Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · 2020

Explique razonadamente los siguientes hechos:

a) El cloruro de sodio tiene un punto de fusión de 801 °C, mientras que el cloro es un gas a temperatura ambiente. [0,5 puntos]

b) El metanol es un compuesto muy soluble en agua, mientras que el metano no lo es. [0,5 puntos]

c) El hierro y el yodo son sólidos a temperatura ambiente; pero el hierro conduce la corriente eléctrica, mientras que el yodo no. [0,5 puntos]

d) El cloruro de magnesio es más duro que el cloruro de calcio. [0,5 puntos]

$\textbf{a) El cloruro de sodio tiene un punto de fusión de 801 °C, mientras que el cloro es un gas a temperatura ambiente. [0,5 puntos]}$

Lo que decide el punto de fusión es la intensidad de las fuerzas que hay que vencer para separar las partículas, y en estos dos casos son de naturaleza muy distinta.

El $\mathrm{NaCl}$ es un compuesto $\textbf{iónico}$. No hay moléculas de NaCl, sino una red cristalina tridimensional en la que cada $\mathrm{Na^+}$ está rodeado de seis $\mathrm{Cl^-}$ y viceversa. Fundirlo exige romper un número enorme de atracciones electrostáticas, muy intensas y de largo alcance.

El $\mathrm{Cl_2}$ es una sustancia $\textbf{molecular}$. Dentro de cada molécula hay un enlace covalente fuerte, pero ese enlace no se rompe al fundir ni al hervir: lo que se vence es la atracción $\textbf{entre}$ moléculas. Y como la molécula es apolar, esas fuerzas son solo de dispersión de London, débiles, de modo que a 25 °C el cloro ya es gas.

$\textbf{b) El metanol es un compuesto muy soluble en agua, mientras que el metano no lo es. [0,5 puntos]}$

La regla es que lo semejante disuelve a lo semejante: para que una sustancia se disuelva en otra, las interacciones entre ambas han de ser comparables a las que ya tenía cada una consigo misma.

El metanol, $\mathrm{CH_3OH}$, tiene un grupo hidroxilo, con un hidrógeno unido directamente al oxígeno. Puede, por tanto, formar $\textbf{enlaces de hidrógeno}$ con el agua, exactamente igual que las moléculas de agua entre sí. Al disolverse no se pierde cohesión, se sustituyen unos enlaces de hidrógeno por otros equivalentes, y de hecho el metanol es miscible con el agua en cualquier proporción.

El metano, $\mathrm{CH_4}$, es una molécula tetraédrica perfectamente simétrica y apolar. No puede formar enlaces de hidrógeno ni interacciones dipolo-dipolo con el agua; meterlo entre las moléculas de agua obligaría a romper enlaces de hidrógeno sin nada que los sustituya, lo que no compensa energéticamente. Por eso es prácticamente insoluble.

$\textbf{c) El hierro y el yodo son sólidos a temperatura ambiente; pero el hierro conduce la corriente eléctrica, mientras que el yodo no. [0,5 puntos]}$

Para conducir hacen falta cargas libres capaces de desplazarse.

El hierro es un $\textbf{metal}$: su red está formada por cationes inmersos en una nube de electrones deslocalizados que pertenecen al cristal entero y no a ningún átomo concreto. Al aplicar una diferencia de potencial esos electrones se desplazan, y de ahí la conductividad. Es también la razón de que los metales conduzcan bien el calor y sean dúctiles y maleables.

El yodo es un sólido $\textbf{molecular}$: cristal formado por moléculas $\mathrm{I_2}$ unidas entre sí por fuerzas de dispersión. Todos sus electrones están localizados en los enlaces o en los pares no enlazantes de cada molécula, y no hay iones ni electrones libres, de modo que no conduce. Y como esas fuerzas intermoleculares son débiles, el yodo sublima con facilidad, mientras que el hierro funde a 1538 °C.

$\textbf{d) El cloruro de magnesio es más duro que el cloruro de calcio. [0,5 puntos]}$

Los dos son compuestos iónicos con la misma fórmula, $\mathrm{MCl_2}$, y con las mismas cargas: $+2$ en el catión y $-1$ en el anión. Lo que los diferencia es el $\textbf{tamaño}$ del catión.

La dureza de un cristal iónico va con su energía reticular, que es tanto mayor cuanto mayores son las cargas y cuanto $\textbf{menor}$ es la distancia entre los iones.

El magnesio y el calcio pertenecen al mismo grupo, pero el magnesio está por encima: tiene una capa electrónica menos, así que el $\mathrm{Mg^{2+}}$ es bastante más pequeño que el $\mathrm{Ca^{2+}}$. Los iones quedan más cerca en la red del $\mathrm{MgCl_2}$, la atracción electrostática es más intensa y la energía reticular, mayor.

Por eso el cloruro de magnesio es más duro, y por la misma razón funde a mayor temperatura.