Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · 2021

a) Justifique, en términos del enlace químico, por qué el ${\text{H}}_2\text{O}$ es un líquido a presión y temperatura ambiente mientras que el ${\text{H}}_2\text{S}$ es un gas en las mismas condiciones. [0,5 puntos]

b) Razone qué tienen en común los siguientes átomos e iones: ${\text{Cl}}^{-}$, $\text{Ar}$ y ${\text{K}}^{+}$. [0,5 puntos]

Datos: $Z(\text{Cl})=17$; $Z(\text{Ar})=18$; $Z(\text{K})=19$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Justifique,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{t}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{rminos}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico,}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{H₂O}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{presi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{ambiente}}\mathbf{\text{mientras}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{H₂S}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{gas}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{mismas}}\mathbf{\text{condiciones.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Las dos moléculas son análogas: el oxígeno y el azufre pertenecen al mismo grupo, las dos son angulares y las dos son polares. Cabría esperar, además, que el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ hirviese a mayor temperatura, por ser más pesado y tener mayores fuerzas de dispersión. Ocurre lo contrario, y la razón está en el tipo de fuerza intermolecular.

En el agua, el hidrógeno está unido a un átomo muy electronegativo y muy pequeño, el oxígeno, lo que permite que se formen $\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}$ entre unas moléculas y otras: el hidrógeno de una queda fuertemente atraído por un par no enlazante del oxígeno de la vecina. Cada molécula de agua puede establecer hasta cuatro de esos enlaces, lo que crea una red tridimensional muy cohesionada.

En el sulfuro de hidrógeno no los hay. El azufre es bastante menos electronegativo y mucho más voluminoso, de modo que la densidad de carga no basta para formar enlaces de hidrógeno; entre sus moléculas solo actúan fuerzas dipolo-dipolo y de dispersión, mucho más débiles.

Por eso el agua es líquida a 25 °C, con un punto de ebullición de 100 °C, mientras que el ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ hierve a $-60$ °C y en esas mismas condiciones es un gas.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{com}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{iones:}}\mathbf{\text{Cl⁻,}}\mathbf{\text{Ar}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{K⁺.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Que las tres especies son $\mathbf{\text{isoelectr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas}}$: tienen el mismo número de electrones y la misma configuración electrónica.

Se comprueba a partir de sus números atómicos, teniendo en cuenta la carga:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}:17+1=18\text{ electrones}$

$\mathrm{A}\mathrm{r}:18\text{ electrones}$

${\mathrm{K}}^{+}:19-1=18\text{ electrones}$

Las tres tienen la configuración del argón, con la capa de valencia completa:

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$

Es justamente la estabilidad de esa configuración la que explica por qué el cloro tiende a captar un electrón y el potasio a cederlo.

Ahora bien, isoelectrónicas no significa idénticas: el número de protones sí es distinto, y por eso sus radios lo son también. Cuantos más protones haya para la misma nube de 18 electrones, más contraída queda:

$r(\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-})>r(\mathrm{A}\mathrm{r})>r({\mathrm{K}}^{+})$