Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · 2020

Indique de manera razonada si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas:

a) El amoníaco ($\mathrm{NH_3}$) es un compuesto polar, mientras que el trifluoruro de boro ($\mathrm{BF_3}$) no lo es.

b) El etanol ($\mathrm{C_2H_5OH}$) es más soluble en agua que el etano ($\mathrm{C_2H_6}$).

c) El punto de ebullición del sulfuro de dihidrógeno ($\mathrm{H_2S}$) es más elevado que el punto de ebullición del agua.

$\textbf{a) El amoníaco (NH₃) es un compuesto polar, mientras que el trifluoruro de boro (BF₃) no lo es.}$

$\textbf{Verdadera}$, y la comparación entre ambos es muy ilustrativa, porque los dos tienen tres ligandos y enlaces polares y, sin embargo, se comportan de forma opuesta.

$\mathrm{NH_3}$: el nitrógeno tiene tres pares enlazantes y $\textbf{uno libre}$, cuatro en total. Los pares se disponen en tetraedro, pero como solo tres vértices llevan átomo la geometría molecular es una $\textbf{pirámide trigonal}$. Al no ser simétrica, los tres momentos dipolares no se cancelan, y el par no enlazante contribuye en el mismo sentido: la molécula es $\textbf{polar}$.

$\mathrm{BF_3}$: el boro tiene tres pares enlazantes y $\textbf{ninguno libre}$ —es una excepción al octeto, con solo 6 electrones a su alrededor—, de modo que la geometría es $\textbf{trigonal plana}$, con ángulos de 120°. Los tres enlaces son idénticos y están repartidos simétricamente en un plano, así que sus momentos dipolares se anulan:

$\vec\mu_{\text{total}} = \vec 0$

El $\mathrm{BF_3}$ es $\textbf{apolar}$ pese a que sus enlaces B–F son los más polares de las dos moléculas. La moraleja es que tener enlaces polares no basta: hace falta además que la geometría no los cancele.

$\textbf{b) El etanol (C₂H₅OH) es más soluble en agua que el etano (C₂H₆).}$

$\textbf{Verdadera.}$ La regla práctica es que «lo semejante disuelve a lo semejante», y el agua es un disolvente muy polar que forma enlaces de hidrógeno.

El $\textbf{etanol}$ tiene un grupo hidroxilo, es decir, un hidrógeno unido directamente a un oxígeno que además conserva pares no enlazantes. Eso le permite formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua, en ambos sentidos: cediendo el hidrógeno del $\mathrm{-OH}$ y aceptando el de un agua sobre su oxígeno. De hecho el etanol es miscible con el agua en cualquier proporción.

El $\textbf{etano}$ es un hidrocarburo: una cadena de carbono e hidrógeno con enlaces prácticamente apolares y ningún grupo funcional. Al no poder formar enlaces de hidrógeno ni interacciones dipolo-dipolo con el agua, disolverlo exigiría romper la red de enlaces de hidrógeno del disolvente sin nada que lo compense, y por eso es muy poco soluble.

$\textbf{c) El punto de ebullición del sulfuro de dihidrógeno (H₂S) es más elevado que el punto de ebullición del agua.}$

$\textbf{Falsa}$: es al revés, y por un margen enorme. El agua hierve a 100 °C y el $\mathrm{H_2S}$ a $-60$ °C.

El resultado es contrario a lo que sugeriría la masa molecular, porque el sulfuro de dihidrógeno es casi el doble de pesado. La explicación está en las fuerzas intermoleculares, que son las que hay que vencer al hervir.

El $\textbf{agua}$ forma $\textbf{enlaces de hidrógeno}$, la más intensa de esas fuerzas: tiene hidrógeno unido a oxígeno, un átomo muy electronegativo (3,4) y muy pequeño, que además conserva dos pares no enlazantes. Cada molécula puede unirse así hasta a cuatro vecinas.

El $\textbf{azufre}$, en cambio, tiene una electronegatividad de solo 2,6 y un tamaño mucho mayor, de modo que el enlace S–H apenas está polarizado y no se forman enlaces de hidrógeno: entre moléculas de $\mathrm{H_2S}$ solo actúan fuerzas dipolo-dipolo débiles y dispersión de London.