Ejercicio resuelto de Química · 2020

Teniendo en cuenta la estructura y el tipo de enlace, justifique las siguientes afirmaciones:

a) El cloruro de sodio tiene mayor punto de fusión que el bromuro de sodio. (Hasta 0,5 puntos)

b) El carbono en forma de diamante es un sólido muy duro. (Hasta 0,5 puntos)

c) El nitrógeno molecular presenta gran estabilidad química. (Hasta 0,5 puntos)

d) El amoniaco gaseoso es una molécula polar. (Hasta 0,5 puntos)

$\textbf{a) El cloruro de sodio tiene mayor punto de fusión que el bromuro de sodio. (Hasta 0,5 puntos)}$

Los dos son sólidos iónicos, de modo que fundirlos exige vencer las atracciones electrostáticas de la red, cuya medida es la energía reticular:

$|U| \propto \dfrac{|z^+ \cdot z^-|}{r^+ + r^-}$

Comparten catión y comparten cargas, $+1$ y $-1$, así que el numerador es el mismo y todo depende del tamaño del anión. El cloruro es menor que el bromuro, porque el cloro pertenece al periodo 3 y el bromo al 4.

Menor distancia entre iones significa mayor energía reticular, y de ahí que el $\textbf{cloruro de sodio funda a mayor temperatura}$.

$\textbf{b) El carbono en forma de diamante es un sólido muy duro. (Hasta 0,5 puntos)}$

El diamante es un $\textbf{sólido covalente atómico}$: no está formado por moléculas, sino por una red tridimensional en la que cada átomo de carbono, con hibridación $sp^3$, se une por enlaces covalentes a otros cuatro dispuestos en tetraedro.

Rayar o romper el cristal obliga, por tanto, a romper enlaces covalentes de verdad, que son muy fuertes y están orientados en todas las direcciones del espacio. De ahí su dureza extrema, su punto de fusión altísimo y su carácter aislante, pues no hay electrones deslocalizados.

$\textbf{c) El nitrógeno molecular presenta gran estabilidad química. (Hasta 0,5 puntos)}$

El nitrógeno tiene cinco electrones de valencia, de modo que los dos átomos de la molécula comparten $\textbf{tres pares}$ para completar sus octetos:

$\mathrm{N}{\equiv}\mathrm{N}$

Ese triple enlace es uno de los más fuertes que se conocen, con una energía de disociación cercana a 946 kJ/mol. Cualquier reacción del $\mathrm{N_2}$ tiene que empezar por romperlo, lo que supone una barrera enorme.

Por eso el nitrógeno atmosférico es prácticamente inerte, y fijarlo industrialmente exige presiones y temperaturas elevadas además de un catalizador.

$\textbf{d) El amoniaco gaseoso es una molécula polar. (Hasta 0,5 puntos)}$

El nitrógeno tiene cuatro zonas de densidad electrónica, tres enlaces N–H y un par no enlazante, de modo que la geometría molecular es una $\textbf{pirámide trigonal}$.

Cada enlace N–H es polar, porque el nitrógeno es bastante más electronegativo que el hidrógeno, y al no ser la molécula simétrica los tres momentos dipolares no se cancelan: su suma vectorial apunta hacia el nitrógeno, en la misma dirección que el par libre, que además refuerza el efecto.

Si la molécula fuera plana, como el $\mathrm{BF_3}$, los tres momentos sí se anularían; es el par no enlazante el que rompe la simetría.