Ejercicio resuelto de Química · 2020

C1. Considerando las siguientes sustancias: K, $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$, Ne, $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$.

a) ¿Cuáles estarán formadas por moléculas o átomos aislados, enlaces metálicos, enlaces de hidrógeno y redes cristalinas a temperatura ambiente? Razonar. (0,50)
b) Asociar a cada sustancia una de estas temperaturas de fusión. Razonar. (0,50)
$-248{}^{\circ }\mathrm{C},64{}^{\circ }\mathrm{C},782{}^{\circ }\mathrm{C},-78{}^{\circ }\mathrm{C}$
c) ¿Cuáles serán conductoras en estado líquido? Razonar. (0,50)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{estar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{formadas}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{culas}}\mathbf{\text{o}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{aislados,}}\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{licos,}}\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{redes}}\mathbf{\text{cristalinas}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{temperatura}}\mathbf{\text{ambiente?}}\mathbf{\text{Razonar.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

Se clasifica cada sustancia según la naturaleza de los elementos que la forman: un metal solo da enlace metálico, metal con no metal da red iónica, un gas noble queda como átomos aislados, y entre no metales el enlace es covalente y forma moléculas.

Sustancia	Elementos	Unidad estructural	Fuerzas entre partículas K	un solo metal	red de cationes y electrones	enlace metálico $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$	dos no metales	moléculas polares	enlaces de hidrógeno Ne	gas noble	átomos aislados	dispersión de London muy débil $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$	metal + no metal	red de iones	enlace iónico

El neón es el único formado por átomos aislados, ya que su capa de valencia está completa y no tiene ninguna tendencia a enlazarse. El amoniaco forma moléculas, y entre ellas se establecen enlaces de hidrógeno porque hay hidrógeno unido a un nitrógeno muy electronegativo con un par solitario disponible. El potasio presenta enlace metálico y el cloruro de calcio una red cristalina iónica.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Asociar}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{sustancia}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{estas}}\mathbf{\text{temperaturas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{Razonar.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

Fundir exige vencer la interacción que mantiene unidas las partículas del sólido, de modo que el orden de las temperaturas reproduce el orden de fuerza de esas interacciones.

$\text{enlace i}\acute{\text{o}}\text{nico}>\text{enlace met}\acute{\text{a}}\text{lico}>\text{enlace de hidr}\acute{\text{o}}\text{geno}>\text{dispersi}\acute{\text{o}}\text{n de London}$

Sustancia	Interacción que hay que romper	$T_f{(}^{\circ }\mathrm{C})$ $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$	enlace iónico en toda la red	$782$ K	enlace metálico	$64$ $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$	enlaces de hidrógeno	$-78$ Ne	fuerzas de dispersión	$-248$

El cloruro de calcio se lleva el valor más alto porque hay que vencer atracciones electrostáticas intensas entre iones de carga doble y simple extendidas por todo el cristal. Le sigue el potasio: su enlace metálico es real pero débil para un metal, ya que aporta un solo electrón de valencia y su catión es voluminoso, y de hecho es un metal que se corta con un cuchillo. Los dos últimos valores corresponden a las especies moleculares y atómicas, en las que solo hay que separar partículas sin romper enlaces internos.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{conductoras}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido?}}\mathbf{\text{Razonar.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

Para conducir la electricidad hace falta que existan portadores de carga con libertad de movimiento: electrones deslocalizados en los metales o iones móviles en los compuestos iónicos fundidos.

$\mathrm{K}:[\mathrm{A}\mathrm{r}]4s^1\Rightarrow \text{electr}\acute{\text{o}}\text{n de valencia deslocalizado}$

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(l)\to \mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}+2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\text{(iones m}\acute{\text{o}}\text{viles)}$

El potasio conduce por ser un metal, tanto sólido como fundido. El cloruro de calcio no conduce en estado sólido, porque sus iones están inmovilizados en la red, pero sí al fundirlo, cuando quedan libres.

Serán conductoras en estado líquido el potasio y el cloruro de calcio. El amoniaco y el neón no lo son en ningún estado: sus partículas son neutras y todos sus electrones están localizados.