Propiedades y Enlaces Químicos: Análisis Comparativo de Sustancias

1. Análisis de Sustancias Químicas: Conductividad, Enlaces y Puntos de Fusión

Dadas las siguientes sustancias químicas: NH₃, Al, C(diamante) y MgCl₂. Indique de forma razonada cuál de ellas:

• a. Es buena conductora del calor y la electricidad.

  Al. Los metales presentan elevadas conductividades térmicas y eléctricas, lo que se explica considerando una estructura con electrones muy libres, con gran facilidad de movimiento, que es típica de los metales. De las cuatro especies presentadas, solo Al presenta enlace metálico entre sus átomos.

• b. Presenta moléculas entre las que existen enlaces por puente de hidrógeno.

  NH₃. El enlace por puente de hidrógeno solo se produce entre moléculas conteniendo hidrógeno y un elemento muy electronegativo y de pequeño tamaño (tipo N, F, O). De las cuatro especies, solo el amoniaco cumple estos requisitos.

• c. Presenta el mayor punto de fusión.

  C(diamante). Esta sustancia está formada por un número muy elevado de átomos unidos entre sí mediante enlace covalente, formando una red covalente. Este tipo de estructuras son extremadamente rígidas y necesitan grandes aportes de energía para pasar de estado sólido a líquido.

• d. Conduce la corriente eléctrica cuando se halla fundida o en disolución acuosa.

  MgCl₂. Las sustancias iónicas en la naturaleza se encuentran formando redes cristalinas, donde los iones carecen de movilidad, y por tanto no conducen la corriente eléctrica. Sin embargo, por ser una sustancia iónica es soluble en agua y cuando sus iones se hallan disociados sí presentan la movilidad suficiente para conducir la electricidad. Dicha movilidad también la presentan al fundirse.

1. Cuestiones Razonadas sobre Propiedades Moleculares

• a. Diferencias en el Punto de Ebullición: Etanol vs. Dimetiléter

  ¿Por qué el punto de ebullición del etanol (C₂H₅OH) es aprox. 103ºC mayor que el dimetiléter (CH₃OCH₃) si ambas especies responden a la misma fórmula molecular?

  Dado que en la molécula de etanol existe un H unido a un elemento muy electronegativo, el O, el enlace O-H se halla muy polarizado y por tanto se establecen enlaces por puente de hidrógeno entre moléculas de etanol. Sin embargo, en la molécula de dimetiléter no existe ningún H unido a elemento muy electronegativo, por lo que las fuerzas intermoleculares por puente de hidrógeno no existen en esta sustancia. Las únicas fuerzas existentes entre las moléculas de dimetiléter son las de Van der Waals, que presentan menor intensidad que las de puente de hidrógeno. Por consiguiente, el cambio de fase de líquido a vapor implica un mayor suministro de energía en el etanol por la necesidad de vencer las fuerzas intermoleculares de puente de hidrógeno.

• b. Ángulos de Enlace: SO₂ vs. H₂O

  ¿Por qué el ángulo entre los enlaces O-S-O en el SO₂ es de aprox. 119º mientras que el ángulo entre los enlaces H-O-H en el agua es menor de 109,5º, si ambas sustancias presentan geometría angular?

  SO₂: S presenta 3 dominios de electrones: un par solitario y dos de enlace, ya que tanto el doble enlace como el sencillo se cuentan como un par. Por consiguiente, según la TRPEV la geometría de los 3 dominios sería trigonal plana y la de la molécula, sabiendo que un par de electrones es no enlazante, será angular. El ángulo O-S-O debería ser 120º; sin embargo, la repulsión con el par de electrones solitario provoca un acercamiento, siendo el ángulo real de 119º.

  H₂O: O presenta 4 dominios de electrones: dos enlazantes y dos antienlazantes. Según la TRPEV la geometría de reparto de los dominios será tetraédrica, pero como solo hay 2 pares enlazantes, la molécula será angular. Y siendo el ángulo teórico entre los enlaces de 109,5º, realmente es menor por el acercamiento que sufren como consecuencia de la repulsión con los dominios no enlazantes.