Ejercicio resuelto de Enlace químico · Química · 2022

C3. Teniendo en cuenta las estructuras de Lewis y las geometrías de estas moléculas y razonando las respuestas: $\mathrm{C}{\mathrm{F}}_4$, LiF, ${\mathrm{F}}_2$, HF

a) Seleccionar los compuestos que son apolares en estado gaseoso. (0,50)
b) Seleccionar un compuesto con enlaces iónicos. (0,50)
c) Comparando ${\mathrm{F}}_2$ y HF, ¿cuál tendrá un punto de ebullición mayor? (0,50)

Conviene establecer primero, para las cuatro sustancias, el tipo de enlace y la geometría, porque de ahí salen las tres respuestas. Se parte de las configuraciones electrónicas de los átomos implicados.

$\mathrm{L}\mathrm{i}(Z=3):1s^{2}2s^1;\mathrm{C}(Z=6):1s^{2}2s^{2}2p^2;\mathrm{F}(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5$

Sustancia	Elementos	Tipo de enlace	Geometría	Polaridad $\mathrm{C}{\mathrm{F}}_4$	dos no metales	covalente	tetraédrica	apolar $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$	metal + no metal	iónico	red iónica	no procede ${\mathrm{F}}_2$	un solo no metal	covalente	lineal	apolar $\mathrm{H}\mathrm{F}$	dos no metales	covalente	lineal	polar

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Seleccionar}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{compuestos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{apolares}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{gaseoso.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

Una molécula es apolar si no tiene enlaces polarizados o si, teniéndolos, su geometría es tan simétrica que los momentos dipolares se cancelan al sumarlos como vectores. Se examinan las tres especies moleculares.

El flúor molecular une dos átomos idénticos, de modo que el enlace no está polarizado en absoluto: no hay momento dipolar que sumar.

${\mathrm{F}}_2:\text{enlace sim}\acute{\text{e}}\text{trico}\Rightarrow \vec{\mu }=\vec{0}\Rightarrow \text{apolar}$

El tetrafluoruro de carbono sí tiene enlaces polarizados, porque el flúor es mucho más electronegativo que el carbono, pero los cuatro son equivalentes y apuntan a los vértices de un tetraedro. Al sumar los cuatro momentos, la simetría los cancela exactamente.

$\mathrm{C}{\mathrm{F}}_4:\mathrm{A}{\mathrm{X}}_4\Rightarrow \text{tetra}\acute{\text{e}}\text{drica}\Rightarrow {\vec{\mu }}_{\text{total}}=\sum {\vec{\mu }}_i=\vec{0}\Rightarrow \text{apolar}$



El fluoruro de hidrógeno, en cambio, es una molécula diatómica de átomos distintos: su único enlace está muy polarizado y no hay nada que compense ese momento.

Los compuestos apolares en estado gaseoso son el ${\mathrm{F}}_2$ y el $\mathrm{C}{\mathrm{F}}_4$, y lo son por motivos distintos: el primero porque sus enlaces no están polarizados, el segundo porque su geometría tetraédrica anula los momentos de cuatro enlaces que sí lo están.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Seleccionar}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicos.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

Se busca la combinación de un metal con un no metal, es decir, aquella en la que la diferencia de electronegatividad es tan grande que hay transferencia de electrones en lugar de compartición.

$\mathrm{L}\mathrm{i}\to \mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}+e^{-}([\mathrm{H}\mathrm{e}]);\mathrm{F}+e^{-}\to {\mathrm{F}}^{-}([\mathrm{N}\mathrm{e}])$

El litio es un metal alcalino con un solo electrón de valencia y el flúor el no metal más electronegativo de la tabla, al que le falta uno para completar el octeto. El litio cede su electrón y ambos alcanzan configuración de gas noble.

El compuesto con enlace iónico es el $\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$. Conviene precisar que no forma moléculas discretas, sino una red cristalina en la que cada ion se rodea de iones de signo contrario, de modo que hablar de su geometría molecular o de su momento dipolar no tiene sentido.



Hervir un líquido molecular exige separar unas moléculas de otras, de modo que el punto de ebullición lo determinan las fuerzas intermoleculares. Se comparan las de ambas especies.

El flúor molecular es apolar y solo dispone de fuerzas de dispersión de London, las más débiles de todas.

${\mathrm{F}}_2:\text{ apolar}\Rightarrow \text{solo fuerzas de dispersi}\acute{\text{o}}\text{n}$

El fluoruro de hidrógeno reúne las dos condiciones del enlace de hidrógeno: hidrógeno unido al átomo más electronegativo que existe, y pares solitarios sobre ese flúor capaces de aceptar el puente. Sus moléculas quedan asociadas por una red de puentes de hidrógeno especialmente fuertes.

$\mathrm{H}\mathrm{F}:\text{ muy polar}+\text{H unido a F}\Rightarrow \text{enlaces de hidr}\acute{\text{o}}\text{geno}$

$M(\mathrm{H}\mathrm{F})=20\text{ g/mol}<M({\mathrm{F}}_2)=38\text{ g/mol}$

El punto de ebullición mayor lo tiene el fluoruro de hidrógeno. Lo notable es que la tendencia va contra la masa molar, casi el doble en el flúor: el enlace de hidrógeno pesa mucho más que ese efecto. Es el mismo motivo por el que el agua hierve tan por encima de lo que le correspondería por su tamaño.