Ejercicio resuelto de Química · 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
$\mathrm{F}\mathrm{e}$	metal	metálico
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$	molecular apolar	covalente
$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}$	sal	iónico
$\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2$	molecular apolar	covalente
$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$	molecular polar	covalente

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{conductividad}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}\mathbf{\text{(conductor}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{aislante).}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Solo conduce el $\mathbf{\text{hierro}}$. 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 $\mathbf{\text{aislantes}}$ en estado sólido. El $\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}$ 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.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{presentan}}\mathbf{\text{(i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico,}}\mathbf{\text{covalente}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lico).}}\mathbf{\text{En}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{covalentes,}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{intermoleculares}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{existen}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{caso}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$: enlace $\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lico}}$, entre átomos de un elemento de baja energía de ionización.

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}$: enlace $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$, entre un metal alcalino y un halógeno, con una diferencia de electronegatividad enorme.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$: $\mathbf{\text{covalente}}$. La molécula es simétrica y sus enlaces apenas están polarizados, así que es apolar: solo tiene fuerzas de $\mathbf{\text{dispersi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{London}}$.

$\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2$: $\mathbf{\text{covalente}}$. Molécula diatómica homonuclear, necesariamente apolar: también solo $\mathbf{\text{dispersi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{London}}$, aunque bastante más intensas que en el etano por su mayor número de electrones.

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$: $\mathbf{\text{covalente}}$. Es piramidal y polar y, sobre todo, tiene hidrógenos unidos a nitrógeno y un par libre para aceptarlos, de modo que forma $\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}$, las más intensas de las fuerzas intermoleculares.

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

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.

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

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$: $\mathbf{\text{muy}}\mathbf{\text{soluble}}$, precisamente porque forma enlaces de hidrógeno con el agua, igual que el agua consigo misma.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$ y $\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2$: $\mathbf{\text{insolubles}}$ o prácticamente. Al ser apolares, no pueden establecer con el agua interacciones que compensen la ruptura de sus enlaces de hidrógeno.

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

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{agregaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{atm}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{presi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{25}}\mathbf{\text{°C}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{(s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido,}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{gas).}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

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

$\mathrm{F}\mathrm{e}$: $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}$. El enlace metálico es muy fuerte; funde a 1538 °C.

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}$: $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}$. La red iónica exige vencer atracciones electrostáticas por todo el cristal; funde a 993 °C.

$\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2$: $\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido}}$. 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.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$: $\mathbf{\text{gas}}$. Molécula pequeña y apolar, con fuerzas de dispersión mínimas; hierve a $-89$ °C.

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$: $\mathbf{\text{gas}}$. 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.