Ejercicio resuelto de Química · 2021

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

a) El agua pura es mala conductora de la electricidad.

b) El cloruro de sodio, en estado sólido, conduce la electricidad.

c) El etanol no es soluble en agua.

d) El hierro es conductor de la electricidad.

e) El metano tiene bajo punto de fusión.

$\textbf{a) El agua pura es mala conductora de la electricidad. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$. Para que haya conducción hacen falta portadores de carga libres, y en el agua pura casi no los hay: es una sustancia molecular, sin electrones deslocalizados, y su única fuente de iones es la autoionización, que es mínima.

$2\,\mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_3O^+} + \mathrm{OH^-} \qquad K_w = 10^{-14}$

A 25 °C eso significa apenas $10^{-7}$ mol/L de cada ion, una concentración diez millones de veces menor que la de una disolución 1 M. Por eso el agua destilada es prácticamente aislante.

La confusión habitual viene de que el agua $\textbf{del grifo}$ sí conduce, y bien: pero eso se debe a las sales disueltas que lleva, no al agua misma.

$\textbf{b) El cloruro de sodio, en estado sólido, conduce la electricidad. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Falsa}$. El $\mathrm{NaCl}$ es un compuesto iónico, y sus portadores de carga son los iones $\mathrm{Na^+}$ y $\mathrm{Cl^-}$. En el sólido esos iones ocupan posiciones fijas en la red cristalina, sujetos por atracciones electrostáticas intensas: pueden vibrar, pero no desplazarse de un sitio a otro. Y tampoco hay electrones libres, como sí ocurre en un metal.

Sí conduce, en cambio, $\textbf{fundido o disuelto}$ en agua, porque entonces la red se destruye y los iones quedan libres para migrar hacia los electrodos. Es precisamente la prueba experimental que distingue un compuesto iónico de uno covalente.

$\textbf{c) El etanol no es soluble en agua. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Falsa}$: el etanol es $\textbf{miscible con el agua en cualquier proporción}$.

La razón está en su grupo $\mathrm{-OH}$, con el hidrógeno unido directamente a un oxígeno muy electronegativo. Gracias a él, el etanol puede formar enlaces de hidrógeno con el agua tanto cediendo su hidrógeno como aceptándolos por los pares libres de su oxígeno, es decir, exactamente las mismas interacciones que el agua tiene consigo misma.

Su parte apolar, además, es mínima: solo dos carbonos. A medida que la cadena se alarga esa parte pesa más y la solubilidad va cayendo, hasta hacerse limitada a partir del pentan-1-ol.

$\textbf{d) El hierro es conductor de la electricidad. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$. El hierro es un metal, y su enlace es metálico: los cationes ocupan las posiciones de la red y los electrones de valencia quedan $\textbf{deslocalizados}$ en una nube que pertenece a todo el cristal.

Al aplicar una diferencia de potencial esos electrones se desplazan con facilidad, de modo que el hierro conduce la electricidad tanto en estado sólido como fundido, a diferencia de los compuestos iónicos. Por la misma razón es también buen conductor térmico, dúctil, maleable y presenta brillo metálico.

$\textbf{e) El metano tiene bajo punto de fusión. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$. El $\mathrm{CH_4}$ es una sustancia covalente $\textbf{molecular}$, así que fundirla no exige romper los enlaces C–H, sino solo vencer las fuerzas entre moléculas.

Y esas fuerzas son las más débiles posibles: la molécula es tetraédrica y perfectamente simétrica, con enlaces apenas polarizados, de modo que es apolar y solo dispone de fuerzas de dispersión de London, muy pequeñas además por su reducido número de electrones.

El resultado es un punto de fusión de $-182$ °C, uno de los más bajos que se conocen.