Fuerzas intermoleculares y propiedades

a) Identificación y configuraciones:

• X: su monocatión $\text{X}^+$ tiene 10 electrones, luego el átomo neutro tiene 11 y $Z = 11$. Es el sodio, Na (alcalino del periodo 3).

$$\text{Na}\ (Z = 11):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$$

• Y: grupo 14, periodo 2: capa de valencia $2s^2\,2p^2$. Es el carbono, C.

$$\text{C}\ (Z = 6):\ 1s^2\,2s^2\,2p^2$$

• Z: halógeno (grupo 17) del periodo 3: capa de valencia $3s^2\,3p^5$. Es el cloro, Cl.

$$\text{Cl}\ (Z = 17):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$$b) i) Falsa. El radio atómico aumenta al bajar en un grupo (más capas) y disminuye al avanzar en un periodo (aumenta la carga nuclear efectiva sobre la misma capa). El carbono está en el periodo 2, así que es el más pequeño. Sodio y cloro están en el periodo 3, pero el cloro tiene 17 protones frente a 11 y atrae con más fuerza a los electrones de la tercera capa. El de mayor radio es el sodio (X), no el cloro: $r(\text{Na}) > r(\text{Cl}) > r(\text{C})$.

b) ii) Verdadera. La afinidad electrónica es la energía que se desprende cuando un átomo gaseoso en estado fundamental capta un electrón. Aumenta (en valor absoluto) hacia la derecha en un periodo y hacia arriba en un grupo. El sodio, con un único electrón de valencia y poca carga nuclear efectiva, tiene muy poca tendencia a captar otro (le resulta mucho más favorable perder el $3s^1$). El cloro, al que le falta un electrón para completar el octeto, es el que mayor afinidad tiene, y el carbono queda en medio. El de menor afinidad electrónica es, por tanto, el sodio (X).

b) iii) Falsa. El carbono (configuración $2s^2\,2p^2$, cuatro electrones de valencia) puede presentar tres hibridaciones:

• $sp^3$ cuando forma cuatro enlaces sencillos (metano, etano): geometría tetraédrica.
• $sp^2$ cuando forma un doble enlace (eteno, grupo carbonilo): geometría trigonal plana.
• $sp$ cuando forma un triple enlace o dos dobles (etino, $\text{CO}_2$): geometría lineal.

No se limita a $sp^3$ y $sp^2$.

c) XZ = NaCl (cloruro de sodio). El sodio (muy poco electronegativo, tiende a perder un electrón) y el cloro (muy electronegativo, tiende a ganarlo) tienen una gran diferencia de electronegatividad: el sodio cede su electrón $3s$ al cloro y se forman los iones $\text{Na}^+$ y $\text{Cl}^-$, ambos con configuración de gas noble. El enlace es iónico. El compuesto no está formado por moléculas, sino por una red cristalina de iones, de modo que no hay propiamente fuerzas intermoleculares: lo que mantiene unido el sólido son las atracciones electrostáticas entre iones de signo contrario en toda la red, que son muy intensas (por eso el NaCl es sólido a temperatura ambiente y funde a unos $800\ ^\circ\text{C}$).

YZ$_4$ = CCl$_4$ (tetracloruro de carbono, tetraclorometano). Carbono y cloro son no metales con una diferencia de electronegatividad moderada: comparten electrones y forman cuatro enlaces covalentes C–Cl sencillos (C con hibridación $sp^3$). Cada enlace C–Cl es polar (el cloro es más electronegativo), pero la molécula es tetraédrica y simétrica, así que los cuatro momentos dipolares de enlace se anulan: la molécula es apolar ($\vec\mu = 0$).

Entre moléculas apolares solo actúan fuerzas de dispersión de London (fuerzas de Van der Waals entre dipolos instantáneos e inducidos). Son débiles, aunque en el $\text{CCl}_4$ resultan apreciables por el tamaño de la molécula, muy polarizable: es un líquido a temperatura ambiente.