Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · La Rioja · 2024

Razone sobre la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones (0,4 puntos cada una):

a) Las sustancias iónicas tienen puntos de fusión y ebullición elevados debido a la fuerza repulsiva entre sus iones.

b) La molécula $\text{BF}_3$ tiene una estructura trigonal plana, con ángulos de enlace de 120º.

c) El radio iónico de los siguientes iones aumenta según la serie: $\text{Ca}^{2+} < \text{K}^+ < \text{Cl}^- < \text{S}^{2-}$.

d) La configuración electrónica del elemento $\text{Ca}\ (Z = 20)$ en su estado fundamental es $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1$.

e) Las fuerzas de Van der Waals son fuerzas intramoleculares de atracción que existen entre moléculas de sustancias covalentes.

$\textbf{a) Las sustancias iónicas tienen puntos de fusión y ebullición elevados debido a la fuerza repulsiva entre sus iones. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Falsa}$. El hecho es cierto —los compuestos iónicos funden y hierven a temperaturas muy altas— pero la causa que se da está invertida.

Lo que hay que vencer al fundir un cristal iónico son las fuerzas $\textbf{atractivas}$ entre iones de signo contrario, que son intensas y se extienden por toda la red tridimensional. En la posición de equilibrio de la red las repulsiones entre iones del mismo signo están más que compensadas por esas atracciones; si predominaran las repulsiones, el cristal sencillamente no existiría.

La medida de esa cohesión es la energía reticular, que crece con la carga de los iones y disminuye con la distancia entre ellos.

$\textbf{b) La molécula BF₃ tiene una estructura trigonal plana, con ángulos de enlace de 120°. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$. El boro aporta 3 electrones de valencia y los emplea en tres enlaces simples con los flúores, sin que le quede ningún par no enlazante. Es una excepción a la regla del octeto: se queda con solo 6 electrones a su alrededor.

Con tres zonas de densidad electrónica y ningún par libre, la máxima separación se consigue repartiéndolas en un plano a 120°: la hibridación es $\mathrm{sp^2}$ y la geometría, $\textbf{trigonal plana}$.

Al ser los tres enlaces idénticos y simétricamente dispuestos, sus momentos dipolares se anulan y la molécula resulta apolar, pese a que cada enlace B–F es muy polar.

$\textbf{c) El radio iónico de los siguientes iones aumenta según la serie: Ca²⁺ < K⁺ < Cl⁻ < S²⁻. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$. Los cuatro iones son $\textbf{isoelectrónicos}$: todos tienen 18 electrones, la configuración del argón.

Ion	Protones	Electrones
$\mathrm{Ca^{2+}}$	20	18
$\mathrm{K^+}$	19	18
$\mathrm{Cl^-}$	17	18
$\mathrm{S^{2-}}$	16	18

Como el número de electrones es el mismo, lo único que cambia es la carga nuclear que los atrae. Cuantos más protones, más fuertemente se sujeta la nube electrónica y menor es el radio; y al revés, el $\mathrm{S^{2-}}$, con solo 16 protones para 18 electrones, es el más expandido.

El orden creciente de radio es, por tanto, el que propone el enunciado.

$\textbf{d) La configuración electrónica del elemento Ca (Z = 20) en su estado fundamental es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Falsa}$. Basta contar los electrones de la configuración propuesta:

$2+2+6+2+6+1 = 19$

Son 19, no 20, así que esa es la del potasio. La configuración correcta del calcio en su estado fundamental es:

$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2 \equiv [\mathrm{Ar}]\,4s^2$

Con sus dos electrones en el $4s$, el calcio pertenece al grupo 2, el de los alcalinotérreos, y por eso su ion estable es el $\mathrm{Ca^{2+}}$.

$\textbf{e) Las fuerzas de Van der Waals son fuerzas intramoleculares de atracción que existen entre moléculas de sustancias covalentes. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Falsa}$, y el error está en una sola palabra: son $\textbf{intermoleculares}$, no intramoleculares. La propia definición que da el enunciado se contradice, porque dice que actúan «entre moléculas».

Las fuerzas intramoleculares son los enlaces que mantienen unidos a los átomos $\textbf{dentro}$ de cada molécula, y son mucho más intensas. Las de Van der Waals actúan entre moléculas distintas e incluyen las interacciones dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido y las fuerzas de dispersión de London.

La distinción tiene una consecuencia práctica clara: al fundir o hervir una sustancia molecular solo se vencen las fuerzas de Van der Waals, no los enlaces covalentes, y por eso estos compuestos tienen temperaturas de cambio de estado bajas.