Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · Navarra · 2020

i) Explique los conceptos de órbita y orbital atómico y señale claramente su diferencia. [0,50 puntos]

ii) Justifique qué tipo de fuerzas hay que vencer para fundir bromuro de potasio. [0,50 puntos]

iii) Explique la solubilidad en agua y la conductividad eléctrica del bromuro de potasio sólido. [1,0 punto]

Datos: Números atómicos (Z): Bromo = 35, Potasio = 19.

$\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{conceptos}}\mathbf{\text{de}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rbita}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{orbital}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{se}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{ale}}\mathbf{\text{claramente}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{diferencia.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Una $\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rbita}}$ es la trayectoria definida que, según el modelo de Bohr, describiría el electrón alrededor del núcleo, como un planeta en torno al Sol. Es un concepto de la física clásica: supone conocer a la vez dónde está el electrón y hacia dónde va.

Un $\mathbf{\text{orbital}}$ es la región del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es alta, convencionalmente del 90 %. Procede de la mecánica cuántica: la función de onda $\psi$, solución de la ecuación de Schrödinger, y su cuadrado ${\psi }^2$, que mide la densidad de probabilidad.

La diferencia de fondo es el principio de incertidumbre de Heisenberg, que impide conocer simultáneamente la posición y la velocidad del electrón: por eso no cabe hablar de trayectorias, sino solo de probabilidades.

$\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{hay}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{vencer}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{fundir}}\mathbf{\text{bromuro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{potasio.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

$\mathrm{K}(Z=19):[\mathrm{A}\mathrm{r}]4s^1\mathrm{B}\mathrm{r}(Z=35):[\mathrm{A}\mathrm{r}]4s^{2}3d^{10}4p^5$

Al potasio le sobra un electrón y al bromo le falta uno, así que hay transferencia y se forman ${\mathrm{K}}^{+}$ y $\mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}$: el compuesto es $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$ y no está formado por moléculas, sino por una red tridimensional en la que cada ion se rodea de los de carga contraria.

Fundirlo exige, por tanto, vencer las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{electrost}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ticas}}$ que mantienen unida esa red, que son intensas y actúan en todas direcciones. De ahí su elevado punto de fusión, muy por encima del de cualquier sustancia molecular de masa parecida.

$\mathbf{\text{iii)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{solubilidad}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{conductividad}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ctrica}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{bromuro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{potasio}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

Sobre la $\mathbf{\text{solubilidad}}$: el bromuro de potasio es muy soluble en agua. Las moléculas de agua son polares y rodean a cada ion orientando hacia él el extremo de carga contraria —el oxígeno hacia el ${\mathrm{K}}^{+}$ y los hidrógenos hacia el $\mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}$—. La energía que se libera en esa hidratación compensa la energía de red que hay que invertir en separar los iones.

Sobre la $\mathbf{\text{conductividad}}$: en estado sólido $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{conduce}}$ la electricidad, porque los iones están fijos en sus posiciones de la red y no hay cargas libres que se puedan mover. Sí conduce, en cambio, fundido o disuelto en agua, porque entonces los iones quedan libres y pueden desplazarse hacia los electrodos.