Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · La Rioja · 2020

Clasifique las siguientes sustancias: $\text{Fe}$, $\text{CH}_3-\text{CH}_3$, $\text{NaF}$, $\text{Br}_2$, $\text{NH}_3$, razonando su respuesta, según (0,5 puntos por apartado):

a) su conductividad en estado sólido (conductor o aislante).

b) el enlace que presentan (iónico, covalente o metálico). En las covalentes, indique el tipo de fuerzas intermoleculares que existen en cada caso en estado líquido.

c) su solubilidad en agua (soluble o insoluble).

d) su estado de agregación a 1 atm de presión y 25 ºC de temperatura (sólido, líquido o gas).

Conviene identificar primero de qué tipo es cada sustancia, porque de ahí salen las cuatro respuestas:

Sustancia	Tipo	Enlace
$\mathrm{Fe}$	metal	metálico
$\mathrm{CH_3-CH_3}$	molecular apolar	covalente
$\mathrm{NaF}$	sal	iónico
$\mathrm{Br_2}$	molecular apolar	covalente
$\mathrm{NH_3}$	molecular polar	covalente

$\textbf{a) su conductividad en estado sólido (conductor o aislante). (0,5 puntos)}$

Solo conduce el $\textbf{hierro}$. Su enlace metálico deja los electrones de valencia deslocalizados en una nube que pertenece a todo el cristal, y esos electrones se desplazan al aplicar una diferencia de potencial.

Las otras cuatro son $\textbf{aislantes}$ en estado sólido. El $\mathrm{NaF}$ tiene iones, que son portadores de carga, pero en la red están inmovilizados; solo conduce fundido o disuelto. Y las tres sustancias moleculares no tienen ni iones ni electrones libres en ningún estado.

$\textbf{b) el enlace que presentan (iónico, covalente o metálico). En las covalentes, indique el tipo de fuerzas intermoleculares que existen en cada caso en estado líquido. (0,5 puntos)}$

$\mathrm{Fe}$: enlace $\textbf{metálico}$, entre átomos de un elemento de baja energía de ionización.

$\mathrm{NaF}$: enlace $\textbf{iónico}$, entre un metal alcalino y un halógeno, con una diferencia de electronegatividad enorme.

$\mathrm{CH_3-CH_3}$: $\textbf{covalente}$. La molécula es simétrica y sus enlaces apenas están polarizados, así que es apolar: solo tiene fuerzas de $\textbf{dispersión de London}$.

$\mathrm{Br_2}$: $\textbf{covalente}$. Molécula diatómica homonuclear, necesariamente apolar: también solo $\textbf{dispersión de London}$, aunque bastante más intensas que en el etano por su mayor número de electrones.

$\mathrm{NH_3}$: $\textbf{covalente}$. Es piramidal y polar y, sobre todo, tiene hidrógenos unidos a nitrógeno y un par libre para aceptarlos, de modo que forma $\textbf{enlaces de hidrógeno}$, las más intensas de las fuerzas intermoleculares.

$\textbf{c) su solubilidad en agua (soluble o insoluble). (0,5 puntos)}$

La regla es que «lo semejante disuelve a lo semejante», y el agua es un disolvente muy polar que se sostiene sobre una red de enlaces de hidrógeno.

$\mathrm{NaF}$: $\textbf{soluble}$. El agua rodea a cada ion orientando hacia él el extremo de carga opuesta, y la energía de hidratación compensa la de la red.

$\mathrm{NH_3}$: $\textbf{muy soluble}$, precisamente porque forma enlaces de hidrógeno con el agua, igual que el agua consigo misma.

$\mathrm{CH_3-CH_3}$ y $\mathrm{Br_2}$: $\textbf{insolubles}$ o prácticamente. Al ser apolares, no pueden establecer con el agua interacciones que compensen la ruptura de sus enlaces de hidrógeno.

$\mathrm{Fe}$: $\textbf{insoluble}$. Un metal no se disuelve en agua; a lo sumo reacciona con ella o con los ácidos, que es otra cosa.

$\textbf{d) su estado de agregación a 1 atm de presión y 25 °C de temperatura (sólido, líquido o gas). (0,5 puntos)}$

El estado depende de la intensidad de las fuerzas que hay que vencer frente a la agitación térmica a esa temperatura.

$\mathrm{Fe}$: $\textbf{sólido}$. El enlace metálico es muy fuerte; funde a 1538 °C.

$\mathrm{NaF}$: $\textbf{sólido}$. La red iónica exige vencer atracciones electrostáticas por todo el cristal; funde a 993 °C.

$\mathrm{Br_2}$: $\textbf{líquido}$. Es el único elemento no metálico líquido a temperatura ambiente: sus fuerzas de dispersión, con 70 electrones por molécula, ya son apreciables. Hierve a 59 °C.

$\mathrm{CH_3-CH_3}$: $\textbf{gas}$. Molécula pequeña y apolar, con fuerzas de dispersión mínimas; hierve a $-89$ °C.

$\mathrm{NH_3}$: $\textbf{gas}$. Sus enlaces de hidrógeno elevan mucho su punto de ebullición para lo pequeña que es la molécula, pero aun así se queda en $-33$ °C, por debajo de la temperatura ambiente.