QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Fuerzas intermoleculares y propiedades

Andalucía · 2022 · Reserva 3

Enunciado

Bloque B · B3. Justifique:

a) ¿Qué compuesto tendrá mayor dureza,

\text{LiBr}

\text{KBr}

?

b) ¿Qué tipo de fuerzas hay que vencer para vaporizar agua?

c) ¿Por qué la longitud del enlace

\text{C}\!-\!\text{C}

va disminuyendo en la serie etano-eteno-etino?

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) LiBr} \;-\; \text{Li}^+ \text{ es menor} \Rightarrow \text{mayor energía reticular} \Rightarrow \text{mayor dureza}\;}

\boxed{\;\textbf{b) fuerzas intermoleculares: enlaces de hidrógeno (y dipolo-dipolo y London)}\;}

\boxed{\;\textbf{c) al aumentar el orden de enlace (1, 2, 3) el enlace se acorta: } 154 > 134 > 120 \text{ pm}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Tres preguntas sobre tres escalas distintas del enlace:

a) Enlace iónico: la dureza depende de la energía reticular, $U \propto q_+q_-/(r_+ + r_-)$ .
b) Fuerzas intermoleculares: al vaporizar un líquido molecular se separan moléculas, no se rompen enlaces.
c) Enlace covalente: el orden de enlace decide la longitud.

Desarrollo

a) Mayor dureza: el $\text{LiBr}$ .

Los dos compuestos comparten el mismo anión (

\text{Br}^-

) y las mismas cargas (

+1

-1

), así que en la expresión de la energía reticular

U \;\propto\; \frac{|q_+ \cdot q_-|}{r_+ + r_-}

solo varía el radio del catión. El litio está en el periodo 2 y el potasio en el 4:

r(\text{Li}^+) = 76 \text{ pm} \;\ll\; r(\text{K}^+) = 138 \text{ pm}

Los iones del

\text{LiBr}

están mucho más juntos, la atracción electrostática es más intensa y cuesta más deformar la red:

|U(\text{LiBr})| = 807 \;>\; |U(\text{KBr})| = 682 \; \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

Mayor energía reticular significa mayor dureza y también mayor punto de fusión.

b) Fuerzas intermoleculares, en particular los enlaces de hidrógeno.

Al vaporizar el agua se separan las moléculas unas de otras, pero cada molécula $\text{H}_2\text{O}$ permanece intacta: los enlaces covalentes

\text{O}\!-\!\text{H}

(con

463\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

cada uno) no se rompen.

Lo que hay que vencer son las fuerzas intermoleculares, y en el agua son de tres tipos, por orden de importancia:

Enlaces de hidrógeno, los dominantes. Cada molécula puede formar hasta cuatro (dos como donante, por sus hidrógenos, y dos como aceptora, por los pares solitarios del oxígeno). Unos $20\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ cada uno.
Interacciones dipolo-dipolo, por la fuerte polaridad de la molécula ( $\mu = 1{,}85$ D).
Fuerzas de dispersión de London, presentes siempre pero muy débiles aquí.

La entalpía de vaporización del agua,

\Delta H_{\text{vap}} = 40{,}7\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

, es anormalmente alta para su masa molar precisamente por los enlaces de hidrógeno; y es mucho menor que la energía de los enlaces covalentes, lo que confirma que estos no se rompen.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

c) Porque aumenta el orden de enlace.

\text{etano } \text{CH}_3\!-\!\text{CH}_3 \qquad \text{eteno } \text{CH}_2\!=\!\text{CH}_2 \qquad \text{etino } \text{CH}\!\equiv\!\text{CH}

	Orden de enlace	Hibridación	Longitud	Energía
Etano	1	$sp^3$	$154$ pm	$348$ kJ·mol⁻¹
Eteno	2	$sp^2$	$134$ pm	$612$ kJ·mol⁻¹
Etino	3	$sp$	$120$ pm	$837$ kJ·mol⁻¹

Hay dos razones complementarias:

Más pares compartidos. Al pasar de uno a dos y a tres pares de electrones entre los mismos dos núcleos, la densidad electrónica en la zona internuclear aumenta y la atracción los acerca más.
Más carácter $s$ en los híbridos. La proporción de orbital $s$ pasa de $25\ \%$ ( $sp^3$ ) a $33\ \%$ ( $sp^2$ ) y a $50\ \%$ ( $sp$ ). Los orbitales $s$ están más próximos al núcleo que los $p$ , así que los híbridos son más compactos y el enlace, más corto.

Y con la longitud va la energía, en sentido inverso: enlace más corto, enlace más fuerte.

Consejo

El apartado b) es una pregunta trampa clásica. La respuesta incorrecta más frecuente es "los enlaces covalentes $\text{O}\!-\!\text{H}$ ". Si se rompieran, el vapor de agua no sería agua, sería una mezcla de hidrógeno y oxígeno. Compara las energías: $\Delta H_{\text{vap}} = 41 \; \text{frente a} \; E(\text{O}\!-\!\text{H}) = 463 \; \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ Un factor once de diferencia. Un cambio de estado nunca rompe enlaces intramoleculares.

Y en a), cuando el anión es el mismo y las cargas coinciden, la comparación es directa: gana el catión más pequeño.