Ejercicio resuelto de Química · 2022

Considere las sustancias siguientes: $\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{s})$, $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{s})$, $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{g})$ y $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{g})$. Conteste, de forma razonada, a las siguientes preguntas:

a) ¿Qué tipo de enlace químico presenta la molécula de $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{g})$?

b) ¿Qué sustancia presentará mayor conductividad eléctrica a temperatura ambiente?

c) ¿Cuál de las sustancias consideradas puede presentar, entre las moléculas, interacciones de Van der Waals del tipo dipolo instantáneo - dipolo inducido?

d) ¿Se puede afirmar que la sustancia $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{s})$ es muy soluble en $\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_4(\mathrm{l})$?

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{presenta}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Cl₂(g)?}}$

Un enlace $\mathbf{\text{covalente}}$, y además apolar.

Los dos átomos son cloro, un no metal de electronegatividad alta, así que ninguno puede arrancarle electrones al otro: la única forma de que ambos completen el octeto es compartir un par.

$\mathrm{C}\mathrm{l}-\mathrm{C}\mathrm{l}$

Cada átomo aporta uno de sus siete electrones de valencia al par compartido y conserva tres pares no enlazantes. Como los dos átomos son idénticos, el par se reparte por igual y no hay momento dipolar: el enlace es covalente $\mathbf{\text{apolar}}$, y la molécula también.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{sustancia}}\mathbf{\text{presentar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{conductividad}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ctrica}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{ambiente?}}$

El $\mathrm{C}\mathrm{a}(\mathrm{s})$.

Conducir la corriente exige portadores de carga libres. Repasando las cuatro sustancias en las condiciones del enunciado:

El $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{g})$ y el HCl(g) son gases moleculares, sin cargas libres: no conducen.

El $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{s})$ es un sólido iónico. Tiene iones, pero fijos en las posiciones de la red, así que tampoco conduce mientras esté en estado sólido; solo lo haría fundido o disuelto.

El calcio, en cambio, es un $\mathbf{\text{metal}}$: sus cationes ocupan la red y sus electrones de valencia quedan deslocalizados formando una nube que pertenece a todo el cristal. Esos electrones se desplazan libremente en cuanto se aplica una diferencia de potencial, y por eso el calcio es buen conductor ya en estado sólido.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{sustancias}}\mathbf{\text{consideradas}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{presentar,}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas,}}\mathbf{\text{interacciones}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Van}}\mathbf{\text{der}}\mathbf{\text{Waals}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{dipolo}}\mathbf{\text{instant}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{neo}}\mathbf{\text{-}}\mathbf{\text{dipolo}}\mathbf{\text{inducido?}}$

El $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{g})$.

Ese tipo de interacción son las fuerzas de dispersión de London, y son las únicas posibles entre moléculas $\mathbf{\text{apolares}}$: la nube electrónica fluctúa, aparece un dipolo instantáneo que induce otro en la molécula vecina, y ambos se atraen.

De las cuatro sustancias, la única molecular apolar es el dicloro. El HCl también es molecular, pero es polar y entre sus moléculas dominan las fuerzas dipolo-dipolo permanentes. El calcio y el cloruro de calcio no son sustancias moleculares: en ellas no hay moléculas entre las que puedan darse fuerzas intermoleculares.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{¿Se}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{afirmar}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{sustancia}}\mathbf{\text{CaCl₂(s)}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{muy}}\mathbf{\text{soluble}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{CCl₄(l)?}}$

No, es falso.

La regla práctica es que «lo semejante disuelve a lo semejante»: los disolventes polares disuelven solutos polares o iónicos, y los apolares disuelven solutos apolares.

El $\mathrm{C}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_4$ es una molécula tetraédrica perfectamente simétrica: aunque sus enlaces son polares, los cuatro momentos dipolares se cancelan y el disolvente es $\mathbf{\text{apolar}}$.

El $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$ es un sólido $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$, con una energía reticular muy alta. Para disolverlo hay que separar los iones de la red, y eso solo compensa si el disolvente los estabiliza rodeándolos, que es lo que hace el agua al solvatarlos con sus dipolos.

El tetracloruro de carbono, al carecer de dipolo, no puede solvatar iones ni aportar la energía necesaria para deshacer la red. Por eso el cloruro de calcio es prácticamente insoluble en él, aunque sí lo sea, y mucho, en agua.