Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · La Rioja · 2023

Ordene, razonadamente, las siguientes especies químicas (0,5 puntos por apartado):

a) en orden creciente de puntos de fusión: $\text{Cl}_2$, $\text{H}_2\text{O}$, $\text{SiO}_2$, $\text{CCl}_4$.

b) en orden creciente de polaridad de enlace: $\text{Cl}-\text{Cl}$, $\text{C}-\text{Cl}$, $\text{C}-\text{F}$.

c) en orden decreciente de afinidad electrónica: $\text{Ar}$, $\text{Cl}$, $\text{F}$.

d) en orden decreciente de radio iónico: $\text{N}^{3-}$, $\text{F}^-$, $\text{O}^{2-}$.

$\textbf{a) en orden creciente de puntos de fusión: Cl₂, H₂O, SiO₂, CCl₄. (0,5 puntos)}$

Lo que hay que comparar no son las moléculas sino lo que hay que romper para fundir cada sólido, y en eso las cuatro sustancias se reparten en tres grupos.

$\mathrm{Cl_2}$ y $\mathrm{CCl_4}$ son moleculares y $\textbf{apolares}$ —el tetracloruro de carbono es tetraédrico y simétrico, de modo que sus cuatro momentos dipolares se cancelan—, así que solo disponen de fuerzas de dispersión de London. Estas crecen con el número de electrones, y el $\mathrm{CCl_4}$ tiene mucho más que el $\mathrm{Cl_2}$, de modo que funde más alto.

$\mathrm{H_2O}$ es molecular pero $\textbf{polar}$ y, sobre todo, forma enlaces de hidrógeno, mucho más intensos que las fuerzas de dispersión de las dos anteriores.

$\mathrm{SiO_2}$ es un $\textbf{sólido covalente}$: una red continua en la que fundir exige romper enlaces covalentes. Está en otra escala.

$\mathrm{Cl_2} < \mathrm{CCl_4} < \mathrm{H_2O} < \mathrm{SiO_2}$

A título orientativo, los valores son $-101$ °C, $-23$ °C, 0 °C y unos 1710 °C.

$\textbf{b) en orden creciente de polaridad de enlace: Cl−Cl, C−Cl, C−F. (0,5 puntos)}$

La polaridad de un enlace la mide la diferencia de electronegatividad entre los dos átomos que lo forman. Con los valores de Pauling (C 2,55; Cl 3,16; F 3,98):

Enlace	$\Delta\mathrm{EN}$	Carácter
Cl−Cl	0	covalente puro, apolar
C−Cl	0,61	covalente polar
C−F	1,43	covalente muy polar

El Cl−Cl une dos átomos idénticos, así que el par se comparte por igual y el enlace es rigurosamente apolar. Entre los otros dos, el flúor es más electronegativo que el cloro, de modo que atrae con más fuerza el par compartido.

$\mathrm{Cl-Cl} < \mathrm{C-Cl} < \mathrm{C-F}$

$\textbf{c) en orden decreciente de afinidad electrónica: Ar, Cl, F. (0,5 puntos)}$

La afinidad electrónica mide la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro y gaseoso capta un electrón, y es tanto mayor cuanto más favorable resulta ese proceso.

El $\textbf{argón}$ es el último con diferencia: tiene el octeto completo y el electrón entrante tendría que ir a un nivel superior, así que el proceso no es favorable en absoluto.

Entre los dos halógenos aparece una anomalía muy conocida: el $\textbf{cloro}$ tiene mayor afinidad electrónica que el $\textbf{flúor}$, aunque este sea el más electronegativo. La razón es que el flúor es un átomo diminuto y su capa de valencia está ya muy congestionada, de modo que el electrón que entra sufre una fuerte repulsión de los que ya estaban; en el cloro, más grande, esa repulsión es menor y compensa de sobra su menor carga nuclear efectiva.

$\mathrm{Cl} > \mathrm{F} > \mathrm{Ar}$

$\textbf{d) en orden decreciente de radio iónico: N³⁻, F⁻, O²⁻. (0,5 puntos)}$

Los tres iones son $\textbf{isoelectrónicos}$: todos tienen 10 electrones, la configuración del neón.

Ion	Protones	Electrones
$\mathrm{N^{3-}}$	7	10
$\mathrm{O^{2-}}$	8	10
$\mathrm{F^-}$	9	10

Como el número de electrones no cambia, lo único que decide es la carga nuclear que los sujeta: cuantos más protones, más contraída queda la nube y menor el radio. El nitruro, con solo 7 protones para 10 electrones, es el más expandido.

$\mathrm{N^{3-}} > \mathrm{O^{2-}} > \mathrm{F^-}$