QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Fuerzas intermoleculares y propiedades

Andalucía · 2023 · Julio

Enunciado

Bloque B · B3. Responda a las siguientes cuestiones de manera razonada:

a) Dados los compuestos

\text{CaF}_2

\text{CO}_2

, identifique el tipo de enlace que predomina en cada uno de ellos.

b) Ordene los compuestos

\text{CaF}_2

\text{CO}_2

\text{H}_2\text{O}

de menor a mayor punto de ebullición.

c) De los compuestos

\text{NaF}

\text{KF}

\text{LiF}

, ¿cuál tiene mayor energía reticular?

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } \text{CaF}_2 \text{ iónico} \;;\quad \text{CO}_2 \text{ covalente (molecular apolar)}\;}

\boxed{\;\textbf{b) } T_{\text{eb}}: \; \text{CO}_2 < \text{H}_2\text{O} < \text{CaF}_2\;}

\boxed{\;\textbf{c) } \text{LiF}, \text{ por ser } \text{Li}^+ \text{ el catión más pequeño}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El apartado a) es el que sostiene los otros dos: una vez sabes qué tipo de sustancia es cada compuesto, el punto de ebullición sale de comparar qué hay que romper para separar sus partículas.

La escala de intensidades, de mayor a menor, es la brújula de toda la cuestión:

\underbrace{\text{red iónica}}_{\text{cientos de kJ/mol}} \;\gg\; \underbrace{\text{enlace de hidrógeno}}_{\sim 20\text{–}40} \;>\; \underbrace{\text{dipolo-dipolo}}_{\sim 5\text{–}20} \;>\; \underbrace{\text{London}}_{\sim 1\text{–}10}

Desarrollo

a) Tipo de enlace predominante.

$\text{CaF}_2$ : enlace iónico. Combina un metal alcalinotérreo (

\chi = 1{,}0

) con el no metal más electronegativo (

\chi = 4{,}0

\Delta\chi = 4{,}0 - 1{,}0 = 3{,}0 \;\gg\; 1{,}7

El calcio cede sus dos electrones

4s

y cada flúor capta uno. El resultado es una red cristalina de iones

\text{Ca}^{2+}

\text{F}^-

.

$\text{CO}_2$ : enlace covalente. Dos no metales con una diferencia de electronegatividad moderada:

\Delta\chi = 3{,}5 - 2{,}5 = 1{,}0 \;<\; 1{,}7

Forma moléculas discretas

\text{O}\!=\!\text{C}\!=\!\text{O}

, lineales y apolares (los dipolos de enlace se cancelan). Entre moléculas solo actúan fuerzas de dispersión de London.

b) Orden creciente de punto de ebullición.

\text{CO}_2 \;<\; \text{H}_2\text{O} \;<\; \text{CaF}_2

-78{,}5\ ^\circ\text{C (sublima)} \qquad 100\ ^\circ\text{C} \qquad 2\,533\ ^\circ\text{C}

El razonamiento, de menor a mayor:

$\text{CO}_2$ : molecular y apolar. Solo hay fuerzas de London, muy débiles, y basta muy poca energía para separar las moléculas. De hecho ni siquiera funde a presión ordinaria: sublima.
$\text{H}_2\text{O}$ : molecular y polar, con hidrógeno unido a oxígeno. Presenta enlaces de hidrógeno, mucho más intensos que las fuerzas de London del $\text{CO}_2$ . De ahí que hierva a $100\ ^\circ$ C pese a tener menor masa molar ( $18$ frente a $44$ ).
$\text{CaF}_2$ : iónico. Para hervirlo hay que romper una red tridimensional de atracciones electrostáticas entre iones de carga $+2$ y $-1$ . Es, con diferencia, lo más costoso.

La clave es que en 1 y 2 se rompen fuerzas intermoleculares (las moléculas siguen intactas), mientras que en 3 se rompe el enlace mismo.

c) Mayor energía reticular: el $\text{LiF}$ .

Los tres compuestos comparten el mismo anión (

\text{F}^-

) y las mismas cargas (

+1

-1

), así que en la expresión

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

solo varía el radio del catión. Los tres cationes están en el grupo 1 pero en periodos distintos:

r(\text{Li}^+) = 76 \text{ pm} \;<\; r(\text{Na}^+) = 102 \text{ pm} \;<\; r(\text{K}^+) = 138 \text{ pm}

Cuanto menor es el catión, más se acercan los iones y más intensa es la atracción:

|U(\text{LiF})| > |U(\text{NaF})| > |U(\text{KF})|

1\,036 \;>\; 923 \;>\; 821 \; \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

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

Consejo

El apartado b) es un clásico de "ordenar sustancias de distinta naturaleza". El método seguro son dos pasos, siempre en este orden:
Clasifica cada sustancia: ¿iónica, covalente molecular, covalente reticular o metálica?
Solo dentro del grupo molecular compara fuerzas intermoleculares.
Las iónicas y las covalentes reticulares ( $\text{SiO}_2$ , diamante) van siempre arriba del todo; las moleculares apolares y ligeras, abajo. Si empiezas comparando masas molares, el $\text{CO}_2$ te saldrá por encima del agua y perderás el apartado.