Ejercicio resuelto de Química · 2021

PREGUNTA 2.
Explique razonadamente los siguientes hechos:

2.1. La sal común (NaCl) funde a 801 °C mientras que el cloro es un gas a 25 °C.
2.2. El cloruro de sodio sólido no conduce la electricidad y el hierro sí.

$\mathbf{\text{2.1.}}\mathbf{\text{La}}\mathbf{\text{sal}}\mathbf{\text{com}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{(NaCl)}}\mathbf{\text{funde}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{801}}\mathbf{\text{°C}}\mathbf{\text{mientras}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{cloro}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{gas}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{25}}\mathbf{\text{°C.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La diferencia está en el tipo de enlace de cada sustancia y, por tanto, en qué hay que romper para cambiar su estado.

$\mathbf{\text{Cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio.}}$ Se forma entre un metal alcalino y un halógeno, con una diferencia de electronegatividad enorme (0,9 frente a 3,2), de modo que hay transferencia de electrones y el enlace es $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+e^{-}\mathrm{C}\mathrm{l}+e^{-}\to \mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$

El sólido no está formado por moléculas, sino por una red cristalina tridimensional en la que cada $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ está rodeado de seis $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$ y viceversa. Para fundirlo hay que vencer las $\mathbf{\text{atracciones}}\mathbf{\text{electrost}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ticas}}$ entre cargas de signo contrario, que actúan en todas las direcciones y son muy intensas. De ahí los 801 °C.

$\mathbf{\text{Cloro.}}$ Se forma entre dos átomos idénticos, así que no hay diferencia de electronegatividad: comparten el par de enlace por igual y el enlace es $\mathbf{\text{covalente}}$, dando lugar a moléculas discretas $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$.

Ese enlace covalente es fuerte, pero $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{rompe}}$ al fundir ni al hervir: en el líquido y en el gas siguen existiendo moléculas de $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$. Lo único que hay que vencer son las fuerzas entre unas moléculas y otras, que al ser la molécula apolar se reducen a las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{dispersi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{London}}$, las más débiles de todas.

A 25 °C la energía térmica basta de sobra para separarlas, así que el cloro es un $\mathbf{\text{gas}}$; funde a $-101$ °C y hierve a $-34$ °C.

La conclusión general es que no hay que confundir la fuerza del enlace $\mathbf{\text{dentro}}$ de la molécula con la de las fuerzas $\mathbf{\text{entre}}$ moléculas: son estas últimas las que determinan el punto de fusión de una sustancia molecular.

$\mathbf{\text{2.2.}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{conduce}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{electricidad}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{hierro}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Para conducir la corriente hacen falta $\mathbf{\text{cargas}}\mathbf{\text{libres}}$ capaces de desplazarse a lo largo del material. En los dos casos hay cargas, pero solo en uno pueden moverse.

$\mathbf{\text{Cloruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{sodio}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido.}}$ Sus partículas son iones, $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$ y $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, pero están $\mathbf{\text{inmovilizados}}$ en las posiciones de la red por las fuertes atracciones electrostáticas. Solo pueden vibrar en torno a su posición de equilibrio, no trasladarse. Al no haber cargas móviles, no hay corriente.

Conviene añadir que el mismo NaCl $\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}$ conduce fundido o disuelto en agua, porque en esos estados la red se ha deshecho y los iones quedan libres. Lo determinante no es que haya iones, sino que puedan moverse.

$\mathbf{\text{Hierro.}}$ Es un metal, y su enlace es $\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lico}}$: los átomos ceden sus electrones de valencia a un fondo común, de modo que la red está formada por cationes $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ en posiciones fijas inmersos en una $\mathbf{\text{nube}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{deslocalizados}}$ que pertenece al conjunto del cristal.

Esos electrones no están asignados a ningún átomo concreto y se desplazan con facilidad en cuanto se aplica una diferencia de potencial. La conducción es $\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}$, y a diferencia de la iónica no altera químicamente al material ni implica transporte de materia: por eso un hilo metálico puede conducir indefinidamente sin cambiar.

Es la misma nube deslocalizada la que explica las demás propiedades características de los metales: su conductividad térmica, su brillo y su ductilidad y maleabilidad, ya que los planos de cationes pueden deslizar unos sobre otros sin que la nube deje de mantenerlos unidos.