Ejercicio resuelto de Química · 2025

Considere las especies siguientes: Na, $\mathrm{CH_4}$, KCl y $\mathrm{H_2O}$.

Seleccione la especie química que:

a) presenta interacciones de van der Waals y es un gas a temperatura ambiente;

b) presenta una elevada conductividad eléctrica cuando se encuentra en estado sólido;

c) presenta interacciones tipo enlace de hidrógeno y se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente;

d) es buen conductor de la electricidad cuando se encuentra en disolución, pero es muy mal conductor en estado sólido.

En todos los casos justifique, de manera razonada, la elección de la especie química seleccionada.

$\textbf{a) presenta interacciones de van der Waals y es un gas a temperatura ambiente;}$

Es el $\mathrm{CH_4}$.

El metano es una molécula covalente tetraédrica y perfectamente simétrica, así que los cuatro momentos dipolares de los enlaces C–H se anulan y la molécula resulta apolar. Entre moléculas apolares las únicas fuerzas posibles son las de dispersión de London, el tipo más débil de las de van der Waals.

Como además la molécula es pequeña y tiene pocos electrones, esas fuerzas son muy débiles y basta muy poca energía para separar unas moléculas de otras: el metano es un gas a temperatura ambiente.

$\textbf{b) presenta una elevada conductividad eléctrica cuando se encuentra en estado sólido;}$

Es el Na.

El sodio es un metal, y en el sólido metálico los cationes ocupan las posiciones de la red mientras sus electrones de valencia quedan deslocalizados formando una nube que pertenece al conjunto del cristal. Esos electrones se mueven con libertad por toda la red, de modo que basta aplicar una diferencia de potencial para que circule corriente.

Es la diferencia decisiva con un sólido iónico: en el metal los portadores de carga son móviles ya en estado sólido, mientras que en el KCl los iones están fijos en la red.

$\textbf{c) presenta interacciones tipo enlace de hidrógeno y se encuentra en estado líquido a temperatura ambiente;}$

Es el $\mathrm{H_2O}$.

El agua cumple las dos condiciones que exige el enlace de hidrógeno: tiene hidrógeno unido directamente a un átomo muy electronegativo y pequeño —el oxígeno—, y ese oxígeno conserva pares de electrones no enlazantes que actúan de aceptores.

Además la molécula es angular, así que sus dos dipolos de enlace no se cancelan y la molécula es polar. Cada molécula puede formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno con sus vecinas, y esa red es la que explica que el agua sea líquida a temperatura ambiente pese a su masa molecular tan pequeña, mientras que el $\mathrm{H_2S}$, de masa mayor, es un gas.

$\textbf{d) es buen conductor de la electricidad cuando se encuentra en disolución, pero es muy mal conductor en estado sólido.}$

Es el KCl.

El cloruro de potasio es un compuesto iónico: un sólido cristalino formado por iones $\mathrm{K^+}$ y $\mathrm{Cl^-}$ ordenados en una red y fuertemente unidos por atracción electrostática.

En estado sólido los iones ocupan posiciones fijas y no pueden desplazarse, de modo que no hay portadores de carga móviles y el cristal no conduce.

Al disolverlo en agua, en cambio, las moléculas de agua rodean y solvatan a los iones, la red se deshace y los iones quedan libres en la disolución:

$\mathrm{KCl(s)} \xrightarrow{\ \mathrm{H_2O}\ } \mathrm{K^+(aq)} + \mathrm{Cl^-(aq)}$

Ahora sí hay cargas móviles y la disolución conduce bien la corriente. Lo mismo ocurre al fundirlo.