Ejercicio resuelto de Química · 2024

C3. Considera las siguientes sustancias: $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{O}$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$, C (diamante).

a) Determinar el tipo de enlace presente en cada caso: metálico, iónico, molécula covalente, o red covalente. (0,50)
b) ¿Cuáles son las interacciones intermoleculares en las especies moleculares? (0,50)
c) Asignar un punto de fusión a cada sustancia. Razonar la respuesta. (0,50)

$T_f{(}^{\circ }\mathrm{C})$	3550	0	1235	−86

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Determinar}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{presente}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{caso:}}\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lico,}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico,}}\mathbf{\text{mol}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{cula}}\mathbf{\text{covalente,}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{red}}\mathbf{\text{covalente.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

La clasificación se hace atendiendo a la naturaleza de los elementos que forman cada sustancia: metal con no metal da enlace iónico, un metal solo da enlace metálico, y entre no metales el enlace es covalente, que puede formar moléculas discretas o una red extendida por todo el cristal.

Sustancia	Elementos	Tipo de enlace $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{O}$	metal + no metal	iónico ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$	dos no metales	molécula covalente ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$	dos no metales	molécula covalente C (diamante)	un solo no metal	red covalente

El óxido de cobre(I) es una red tridimensional de iones $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{+}$ y ${\mathrm{O}}^{2-}$. El agua y el sulfuro de hidrógeno forman moléculas independientes de tres átomos. El diamante es el caso singular de un no metal que enlaza covalentemente con cuatro vecinos en las tres direcciones del espacio, sin cerrar nunca una molécula: el cristal entero es una sola red covalente.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{interacciones}}\mathbf{\text{intermoleculares}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{moleculares?}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

Solo tiene sentido hablar de fuerzas intermoleculares en las dos especies que forman moléculas, el agua y el sulfuro de hidrógeno; en las otras dos no hay moléculas que atraerse entre sí, sino una red continua. Se comprueba en cada caso si la molécula es polar y si tiene hidrógeno unido a un elemento muy electronegativo.

Las dos moléculas son angulares y polares, pero solo el agua reúne las condiciones del enlace de hidrógeno: hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y pequeño con pares solitarios disponibles.

${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}:\text{mol}\acute{\text{e}}\text{cula angular y polar}\Rightarrow \text{enlaces de hidr}\acute{\text{o}}\text{geno}$

En el sulfuro de hidrógeno el azufre es bastante menos electronegativo que el oxígeno y mucho más voluminoso, de modo que no llega a formar puentes de hidrógeno y se queda en simples atracciones entre dipolos permanentes.

${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}:\text{mol}\acute{\text{e}}\text{cula angular y polar}\Rightarrow \text{Van der Waals, dipolo–dipolo}$

Sustancia	Interacción intermolecular $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{O}$	no procede: es una red iónica, no hay moléculas ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$	enlace de hidrógeno ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$	fuerzas de Van der Waals, dipolo-dipolo C (diamante)	no procede: es una red covalente, no hay moléculas

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Asignar}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{sustancia.}}\mathbf{\text{Razonar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(0,50)}}$

Fundir exige vencer la interacción que mantiene unidas las partículas del sólido, de modo que el orden de los puntos de fusión reproduce el orden de fuerza de esas interacciones. Se ordenan de mayor a menor y se emparejan con los cuatro valores que da el enunciado.

$\text{enlace covalente}>\text{enlace i}\acute{\text{o}}\text{nico}>\text{enlace de hidr}\acute{\text{o}}\text{geno}>\text{dipolo–dipolo}$

Sustancia	Interacción que hay que romper	$T_f{(}^{\circ }\mathrm{C})$ C (diamante)	enlace covalente en las tres direcciones	$3550$ $\mathrm{C}{\mathrm{u}}_2\mathrm{O}$	enlace iónico en toda la red	$1235$ ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$	enlaces de hidrógeno	$0$ ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$	fuerzas dipolo-dipolo	$-86$

El diamante se lleva el valor más alto porque fundirlo obliga a romper enlaces covalentes propiamente dichos, cada carbono con sus cuatro vecinos. Le sigue el óxido de cobre(I), donde hay que vencer las atracciones electrostáticas de una red iónica, intensas pero menores que un enlace covalente.

Los dos últimos valores corresponden a las especies moleculares, en las que solo hay que separar unas moléculas de otras sin tocar los enlaces internos. Entre ellas, el agua funde muy por encima del sulfuro de hidrógeno porque sus enlaces de hidrógeno son bastante más fuertes que las atracciones dipolo-dipolo del sulfuro; de hecho la tendencia es la contraria a la que marcaría la masa molar, mayor en el sulfuro.