Ejercicio resuelto de Química · 2021

PREGUNTA 2.
Explique razonadamente los siguientes hechos:

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

$\textbf{2.1. La sal común (NaCl) funde a 801 °C mientras que el cloro es un gas a 25 °C. (1 punto)}$

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

$\textbf{Cloruro de sodio.}$ 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 $\textbf{iónico}$:

$\mathrm{Na} \rightarrow \mathrm{Na^+} + e^- \qquad \mathrm{Cl} + e^- \rightarrow \mathrm{Cl^-}$

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

$\textbf{Cloro.}$ Se forma entre dos átomos idénticos, así que no hay diferencia de electronegatividad: comparten el par de enlace por igual y el enlace es $\textbf{covalente}$, dando lugar a moléculas discretas $\mathrm{Cl_2}$.

Ese enlace covalente es fuerte, pero $\textbf{no se rompe}$ al fundir ni al hervir: en el líquido y en el gas siguen existiendo moléculas de $\mathrm{Cl_2}$. Lo único que hay que vencer son las fuerzas entre unas moléculas y otras, que al ser la molécula apolar se reducen a las $\textbf{fuerzas de dispersión de London}$, las más débiles de todas.

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

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

$\textbf{2.2. El cloruro de sodio sólido no conduce la electricidad y el hierro sí. (1 punto)}$

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

$\textbf{Cloruro de sodio sólido.}$ Sus partículas son iones, $\mathrm{Na^+}$ y $\mathrm{Cl^-}$, pero están $\textbf{inmovilizados}$ 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 $\textbf{sí}$ 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.

$\textbf{Hierro.}$ Es un metal, y su enlace es $\textbf{metálico}$: los átomos ceden sus electrones de valencia a un fondo común, de modo que la red está formada por cationes $\mathrm{Fe^{2+}}$ en posiciones fijas inmersos en una $\textbf{nube de electrones deslocalizados}$ 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 $\textbf{electrónica}$, 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.