Ejercicio resuelto de Química · 2021

C3. Seleccionar razonadamente de entre las siguientes sustancias:
$\mathrm{L}\mathrm{i},\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4,\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3,{\mathrm{H}}_2\mathrm{O},\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F},\mathrm{N}\mathrm{e}$

a) Dos compuestos que forman enlaces de hidrógeno. (0,50)
b) Los dos compuestos con los menores puntos de ebullición. (0,50)
c) Dos compuestos conductores de la electricidad en estado líquido. (0,50)

Conviene establecer primero el tipo de enlace de las seis sustancias, porque las tres respuestas salen de ahí. Se parte de las configuraciones electrónicas.

$\mathrm{L}\mathrm{i}(Z=3):1s^{2}2s^1;\mathrm{C}(Z=6):1s^{2}2s^{2}2p^2;\mathrm{N}(Z=7):1s^{2}2s^{2}2p^3$

$\mathrm{O}(Z=8):1s^{2}2s^{2}2p^4;\mathrm{F}(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5;\mathrm{N}\mathrm{e}(Z=10):1s^{2}2s^{2}2p^6$

Sustancia	Tipo de enlace	Fuerzas entre partículas Li	metálico	enlace metálico $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$	molécula covalente apolar	dispersión de London $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$	molécula covalente polar	enlaces de hidrógeno ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$	molécula covalente polar	enlaces de hidrógeno LiF	iónico	atracción electrostática de la red Ne	gas noble monoatómico	dispersión de London muy débil

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Dos}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{forman}}\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

El enlace de hidrógeno exige dos condiciones: que haya hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y de pequeño tamaño, y que ese átomo tenga pares solitarios disponibles para aceptar el puente. Solo el flúor, el oxígeno y el nitrógeno cumplen el papel de átomo aceptor.

$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3:\mathrm{H}\text{ unido a }\mathrm{N};{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}:\mathrm{H}\text{ unido a }\mathrm{O}$

El metano queda descartado porque el carbono no es lo bastante electronegativo y además no tiene pares solitarios; el fluoruro de litio y el litio no son moleculares, y el neón no tiene hidrógeno.

Los dos compuestos que forman enlaces de hidrógeno son el amoniaco y el agua.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{menores}}\mathbf{\text{puntos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ebullici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

El punto de ebullición será más bajo en aquellas sustancias cuyas interacciones entre partículas sean más débiles. Se descartan de entrada el litio y el fluoruro de litio, que exigen romper enlace metálico e iónico respectivamente, y el amoniaco y el agua, que tienen enlaces de hidrógeno.

$\mathrm{N}\mathrm{e}:1s^{2}2s^{2}2p^6\Rightarrow \text{gas noble, capa completa, }\acute{\text{a}}\text{tomos aislados}$

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4:\text{tetra}\acute{\text{e}}\text{drico y sim}\acute{\text{e}}\text{trico}\Rightarrow {\vec{\mu }}_{\text{total}}=\vec{0}\Rightarrow \text{apolar}$

El neón es un gas noble monoatómico, con la capa de valencia completa y sin ninguna tendencia a enlazarse; el metano es una molécula apolar por simetría y no forma enlaces de hidrógeno. En ambos casos solo actúan fuerzas de dispersión de London, las más débiles de todas.

Las dos sustancias con los menores puntos de ebullición son el neón y el metano. Entre ellas el neón es todavía más bajo, porque su nube electrónica es mucho más pequeña y menos polarizable.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Dos}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{conductores}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{electricidad}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{l}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{quido.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

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.

$\mathrm{L}\mathrm{i}:1s^{2}2s^1\Rightarrow \text{un electr}\acute{\text{o}}\text{n de valencia desapareado}\Rightarrow \text{car}\acute{\text{a}}\text{cter met}\acute{\text{a}}\text{lico}$

El litio es un metal, y en el enlace metálico los electrones de valencia están deslocalizados en toda la red, de modo que conduce tanto sólido como fundido.

$\mathrm{L}\mathrm{i}\to \mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}(1s^2);\mathrm{F}+e^{-}\to {\mathrm{F}}^{-}(1s^{2}2s^{2}2p^6)$

El fluoruro de litio es iónico, porque así ambos elementos alcanzan configuración de gas noble. En estado sólido sus iones están inmovilizados en la red y no conduce, pero al fundirlo quedan libres y sí lo hace.

Las dos sustancias conductoras en estado líquido son el litio y el fluoruro de litio. Las otras cuatro son moleculares o monoatómicas y no disponen de portadores de carga en ningún estado.