QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Fuerzas intermoleculares y propiedades

También trata: Enlace químico y geometría molecular
Comunidad de Madrid · 2022 · Julio
Enunciado
Considere las moléculas NaBr\text{NaBr}, NH3\text{NH}_3, CH4\text{CH}_4 y HCl\text{HCl}.

a) (1 punto) Justifique, mediante el tipo de enlace y las distintas fuerzas intermoleculares presentes, qué punto de ebullición corresponde a cada molécula: −33,3 ∘C-33{,}3\ ^\circ\text{C}, −85,1 ∘C-85{,}1\ ^\circ\text{C}, 1396 ∘C1396\ ^\circ\text{C} y −161,6 ∘C-161{,}6\ ^\circ\text{C}.

b) (1 punto) Indique la hibridación del átomo central y la geometría de las moléculas NH3\text{NH}_3 y CH4\text{CH}_4.
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Resultado
  • a) NaBr\text{NaBr}: 1396 ∘C1396\ ^\circ\text{C} (iónico); NH3\text{NH}_3: −33,3 ∘C-33{,}3\ ^\circ\text{C} (enlaces de hidrógeno); HCl\text{HCl}: −85,1 ∘C-85{,}1\ ^\circ\text{C} (dipolo-dipolo); CH4\text{CH}_4: −161,6 ∘C-161{,}6\ ^\circ\text{C} (solo dispersión).
  • b) NH3\text{NH}_3: N sp3sp^3, pirámide trigonal. CH4\text{CH}_4: C sp3sp^3, tetraédrica.
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Estrategia

Para hervir hay que separar las partículas, así que el punto de ebullición mide lo fuertes que son las uniones entre partículas. El orden de intensidad es:enlace ioˊnico (red)≫enlace de hidroˊgeno>dipolo-dipolo>dispersioˊn (London)\text{enlace iónico (red)} \gg \text{enlace de hidrógeno} > \text{dipolo-dipolo} > \text{dispersión (London)}Se clasifica cada sustancia por su tipo de enlace (iónico o covalente molecular) y, en las moleculares, por su polaridad y por si tiene H unido a N, O o F. El orden de fuerzas da el orden de puntos de ebullición.

En b), la TRPECV: se cuentan los pares de electrones del átomo central (enlazantes y libres); cuatro pares implican hibridación sp3sp^3, y la geometría la dan solo los átomos, no los pares libres.
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Desarrollo

a) Asignación de los puntos de ebullición.
  • NaBr\text{NaBr} (bromuro de sodio): 1396 ∘C1396\ ^\circ\text{C}. Une un metal muy electropositivo (Na) con un no metal electronegativo (Br): enlace iónico. No forma moléculas, sino una red cristalina tridimensional de iones Na+\text{Na}^+ y Br−\text{Br}^- unidos por fuertes atracciones electrostáticas. Para hervirlo hay que romper esa red, lo que exige muchísima energía: es, con diferencia, el de mayor punto de ebullición (y el único que es sólido a temperatura ambiente).
  • NH3\text{NH}_3 (amoniaco): −33,3 ∘C-33{,}3\ ^\circ\text{C}. Sustancia molecular, con enlaces covalentes N–H polares. La molécula es polar (pirámide trigonal) y tiene H unido a un átomo pequeño y muy electronegativo (N) con un par libre: entre sus moléculas hay enlaces de hidrógeno, además de fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión. Por eso, aun siendo la más ligera de las moleculares polares, hierve a la temperatura más alta de las tres moleculares.
  • HCl\text{HCl} (cloruro de hidrógeno): −85,1 ∘C-85{,}1\ ^\circ\text{C}. Molecular y polar (Cl mucho más electronegativo que H), pero el Cl, más grande y difuso que N, O o F, no forma enlaces de hidrógeno apreciables. Tiene fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión, más débiles que las del amoniaco, aunque su masa molar (36,536{,}5) es el doble que la del NH3\text{NH}_3 (1717).
  • CH4\text{CH}_4 (metano): −161,6 ∘C-161{,}6\ ^\circ\text{C}. Molecular y apolar: los enlaces C–H son casi apolares y, por la simetría tetraédrica, los momentos dipolares se anulan. Solo hay fuerzas de dispersión (London), y débiles por ser una molécula pequeña. Es el de menor punto de ebullición.
Orden: NaBr>NH3>HCl>CH4\text{NaBr} > \text{NH}_3 > \text{HCl} > \text{CH}_4.
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b) Hibridación y geometría de NH3\text{NH}_3 y CH4\text{CH}_4.
  • NH3\text{NH}_3: el nitrógeno (2s2 2p32s^2\,2p^3) tiene 5 electrones de valencia; forma tres enlaces N–H y le queda un par solitario. Son 4 pares alrededor del N, que se disponen hacia los vértices de un tetraedro: hibridación sp3sp^3. Como uno de los cuatro pares no está enlazado, la geometría de los átomos es pirámide trigonal, con ángulos H–N–H de unos 107∘107^\circ (algo menores que los 109,5∘109{,}5^\circ del tetraedro, porque el par libre repele más que los enlazantes).
  • CH4\text{CH}_4: el carbono forma cuatro enlaces C–H, sin pares libres: 4 pares enlazantes, hibridación sp3sp^3 y geometría tetraédrica, con ángulos de 109,5∘109{,}5^\circ.
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Consejo

Aunque el enunciado las llame «moléculas», el NaBr\text{NaBr} es un compuesto iónico: no tiene fuerzas intermoleculares sino una red de iones. Decirlo así suma en la justificación.

En b) no confundas la hibridación con la geometría: NH3\text{NH}_3 y CH4\text{CH}_4 son ambos sp3sp^3, pero el par libre del N hace que la geometría sea piramidal, no tetraédrica.
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