Ejercicio resuelto de Química · 2024

Responda justificadamente a las siguientes preguntas:

a) ¿Por qué a temperatura ambiente el yodo es sólido y el flúor es gas? (Hasta 0,6 puntos)

b) ¿Por qué el cloruro sódico es muy soluble en agua y el yodo es prácticamente insoluble? (Hasta 0,6 puntos)

c) ¿Cuál será más alta, la temperatura de fusión del bromuro potásico $(\text{KBr})$ o la del cloruro de magnesio $({\text{MgCl}}_2)$? (Hasta 0,8 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{ambiente}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{yodo}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{fl}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{or}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{gas?}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{0,6}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los dos son halógenos y forman moléculas diatómicas apolares, ${\mathrm{I}}_2$ y ${\mathrm{F}}_2$, así que las únicas fuerzas que las mantienen unidas entre sí son las de dispersión de London.

Esas fuerzas nacen de dipolos instantáneos y son tanto más intensas cuanto mayor es la nube electrónica y más fácil de deformar, es decir, cuanto mayor es la $\mathbf{\text{polarizabilidad}}$ del átomo.

El yodo tiene 53 electrones repartidos en cinco capas, frente a los 9 del flúor en dos. Su nube es mucho más voluminosa y difusa, de modo que las fuerzas de dispersión entre moléculas de ${\mathrm{I}}_2$ son bastante mayores y hace falta más energía para separarlas: el yodo es sólido y el flúor, gas.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{dico}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{muy}}\mathbf{\text{soluble}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{yodo}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{pr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cticamente}}\mathbf{\text{insoluble?}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{0,6}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Se resume en que lo semejante disuelve a lo semejante.

El cloruro de sodio es un sólido iónico. Al ponerlo en agua, las moléculas de agua, muy polares, rodean cada ion orientando hacia él el polo de signo contrario; esa hidratación libera bastante energía y compensa la que cuesta deshacer la red iónica, así que la sal se disuelve.

El yodo, en cambio, es una sustancia molecular apolar. Sus moléculas solo pueden interaccionar con el agua por fuerzas de dispersión, demasiado débiles para compensar la ruptura de los enlaces de hidrógeno del agua. Por eso el yodo es prácticamente insoluble en agua y sí se disuelve bien en disolventes apolares como el tetracloruro de carbono.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{alta,}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{bromuro}}\mathbf{\text{pot}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}\mathbf{\text{(KBr)}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{magnesio}}\mathbf{\text{(MgCl₂)?}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{0,8}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Ambos son sólidos iónicos, de modo que la temperatura de fusión sigue a la energía reticular:

$\mathrm{\mid }U\mathrm{\mid }\propto {\displaystyle \frac{\mathrm{\mid }{z}^{+}\cdot z^{-}\mathrm{\mid }}{r^{+}+r^{-}}}$

En el KBr las cargas son $+1$ y $-1$; en el $\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$, $+2$ y $-1$, así que el producto de cargas es el doble.

Y los tamaños empujan en el mismo sentido: el $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ es mucho más pequeño que el ${\mathrm{K}}^{+}$, por ser de un periodo anterior y estar más cargado, y el cloruro es menor que el bromuro.

Mayor producto de cargas y menor distancia entre iones significan mayor energía reticular, así que el $\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{magnesio}}$ funde a temperatura más alta.