QuímicaMedio2 pts

Fuerzas intermoleculares y propiedades

También trata: Enlace químico y geometría molecular
Castilla y León · 2024 · Julio
Enunciado
Responda justificadamente a las siguientes preguntas:

a) (0,6 puntos) ¿Por qué a temperatura ambiente el yodo es sólido y el flúor es gas?

b) (0,6 puntos) ¿Por qué el cloruro sódico es muy soluble en agua y el yodo es prácticamente insoluble?

c) (0,8 puntos) ¿Cuál será más alta, la temperatura de fusión del bromuro potásico (KBr\text{KBr}) o la del cloruro de magnesio (MgCl2\text{MgCl}_2)?

Datos: Números atómicos: F=9\text{F} = 9; Mg=12\text{Mg} = 12; Cl=17\text{Cl} = 17; K=19\text{K} = 19; Br=35\text{Br} = 35; I=53\text{I} = 53.
Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido
Resultado
  • a) Ambos son apolares (solo fuerzas de London); el I2\text{I}_2, más grande y polarizable, tiene fuerzas mucho más intensas: sólido. El F2\text{F}_2, gas.
  • b) El NaCl\text{NaCl} (iónico) se solvata por interacciones ion-dipolo con el agua polar; el I2\text{I}_2 (apolar) no.
  • c) Por energía reticular (cargas 2⋅12\cdot1 y menor distancia), el MgCl2\text{MgCl}_2.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

Las tres preguntas se responden mirando qué hay que romper o vencer en cada sustancia:
  • a) F2\text{F}_2 e I2\text{I}_2 son moléculas apolares: entre ellas solo hay fuerzas de dispersión de London, que crecen con el tamaño de la molécula (su polarizabilidad).
  • b) «Lo semejante disuelve a lo semejante»: el agua es un disolvente polar que solvata bien los iones de un compuesto iónico, pero no interacciona con una molécula apolar.
  • c) Los dos son compuestos iónicos: el punto de fusión depende de la energía reticular, que crece con la carga de los iones y disminuye con la distancia entre ellos.
2

Desarrollo

a) Yodo sólido y flúor gas

El flúor (F2\text{F}_2) y el yodo (I2\text{I}_2) son moléculas diatómicas con un enlace covalente apolar (dos átomos iguales, Δχ=0\Delta\chi = 0). Entre sus moléculas no hay dipolos permanentes ni enlaces de hidrógeno: solo actúan las fuerzas de dispersión de London, debidas a dipolos instantáneos e inducidos.

Estas fuerzas son tanto más intensas cuanto más grande y polarizable es la nube electrónica de la molécula, es decir, cuanto mayor es su masa molecular:
  • F2\text{F}_2: 18 electrones, nube pequeña y poco deformable (M≈38 g/molM \approx 38\ \text{g/mol}). Las fuerzas de London son muy débiles y basta poca energía para separar las moléculas: a temperatura ambiente es un gas (hierve a −188 ∘C-188\ ^\circ\text{C}).
  • I2\text{I}_2: 106 electrones, nube grande y muy polarizable (M≈254 g/molM \approx 254\ \text{g/mol}). Las fuerzas de London son mucho más intensas y mantienen las moléculas unidas en una red molecular: a temperatura ambiente es un sólido (funde a 114 ∘C114\ ^\circ\text{C}).
b) Solubilidad en agua del NaCl y del yodo

El agua es una molécula polar (angular, con enlaces O–H\text{O–H} muy polarizados) capaz de formar enlaces de hidrógeno.
  • El NaCl\text{NaCl} es un compuesto iónico. Al ponerlo en agua, los dipolos del agua se orientan alrededor de los iones de la superficie del cristal: el extremo negativo (el O) hacia los Na+\text{Na}^+ y el extremo positivo (los H) hacia los Cl−\text{Cl}^-. Estas interacciones ion-dipolo liberan energía suficiente para arrancar los iones de la red y rodearlos de moléculas de agua (iones solvatados o hidratados). Por eso es muy soluble.
  • El I2\text{I}_2 es una molécula apolar. Las únicas interacciones que podría formar con el agua (dipolo-dipolo inducido, débiles) no compensan la energía necesaria para romper los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua, que tendrían que separarse para hacerle hueco. Por eso es prácticamente insoluble en agua (en cambio, se disuelve bien en disolventes apolares como el CCl4\text{CCl}_4 o el hexano).
Es la regla «lo semejante disuelve a lo semejante»: los compuestos iónicos y polares se disuelven en disolventes polares; los apolares, en disolventes apolares.

c) Punto de fusión del KBr y del MgCl₂

Ambos son compuestos iónicos: para fundirlos hay que romper la red cristalina, y cuanto mayor es la energía reticular, más alto es el punto de fusión. Según la ecuación de Born-Landé, la energía reticular es proporcional al producto de las cargas de los iones e inversamente proporcional a la distancia entre ellos:U∝∣z+∣ ∣z−∣r++r−U \propto \frac{|z_+|\,|z_-|}{r_+ + r_-}Comparamos los dos factores:
  • Cargas: en el KBr\text{KBr} los iones son K+\text{K}^+ y Br−\text{Br}^-, producto 1⋅1=11 \cdot 1 = 1; en el MgCl2\text{MgCl}_2 son Mg2+\text{Mg}^{2+} y Cl−\text{Cl}^-, producto 2⋅1=22 \cdot 1 = 2.
  • Tamaños: el Mg2+\text{Mg}^{2+} (1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6, dos capas) es mucho más pequeño que el K+\text{K}^+ ([Ne] 3s2 3p6[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^6, tres capas), y el Cl−\text{Cl}^- (tres capas) es más pequeño que el Br−\text{Br}^- (cuatro capas). La distancia entre iones es menor en el MgCl2\text{MgCl}_2.
Los dos factores van en el mismo sentido: el MgCl2\text{MgCl}_2 tiene mayor carga y menor distancia interiónica, luego mayor energía reticular y, según este razonamiento, mayor temperatura de fusión que el KBr\text{KBr}.

Un matiz para quien quiera saber más: experimentalmente los dos puntos de fusión son parecidos (MgCl2\text{MgCl}_2: 714 ∘C714\ ^\circ\text{C}; KBr\text{KBr}: 734 ∘C734\ ^\circ\text{C}), porque el Mg2+\text{Mg}^{2+}, pequeño y con carga +2+2, polariza al Cl−\text{Cl}^- y el MgCl2\text{MgCl}_2 tiene un carácter covalente apreciable (forma una red en capas). En el examen se espera el razonamiento por cargas y radios.
3

Consejo

En a) no hables de «enlace más fuerte»: el enlace covalente I–I\text{I–I} es incluso algo más débil que el F–F\text{F–F}, y además no se rompe al fundir. Lo que decide el estado de agregación son las fuerzas entre moléculas, aquí las de London, que crecen con el tamaño de la molécula.

En c) compara siempre los dos factores de la energía reticular, cargas y radios, y di si van en el mismo sentido. La carga suele pesar más que el tamaño.
Paso 1 de 3
¿Has terminado el problema?
¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.
Sigue practicandoApuntes y todos los problemas de Estructura de la materia →