3 Uniones entre átomos

3.1 Completa la siguiente tabla, señalando el tipo de enlace que se establece entre los átomos A y B.

3.2 Nombra las siguientes sustancias e indica razonadamente el tipo de enlace existente entre sus átomos: NH3 (g), NaF (s), N2 (g), MgO (s), HCl (g), Fe (s), CaCO3 (s)

Poseen enlace covalente las siguientes especies: NH3 (amoníaco), N2 (nitrógeno), HCl (cloruro de hidró-geno).

Poseen enlace iónico: NaF (fluoruro de sodio), MgO (óxido de magnesio).

Posee enlace metálico el Fe (hierro).

En el CaCO3 (carbonato de calcio) existe enlace iónico entre los iones Ca2+ y el ion carbonato −23CO y enlace

covalente entre el carbono y el oxígeno de este oxoanión.

Solamente son moléculas las especies químicas que posean enlaces covalente, ya que las demás forman redes infinitas.

3.3 Razona el valor de la electrovalencia de cada uno de los componentes de las siguientes sustancias iónicas: CaBr2, KF, BaO, SrS.

Datos. Valores de Z: Ca = 20, Br = 35, K = 19, F = 9, Ba = 56, O = 8, Sr = 38, S = 16

Basándonos en que en los átomos neutros el número de electrones es igual al número de protones y que Z es el número de protones, establecemos las configuraciones electrónicas de los distintos elementos:

[Ca]: 1s22s22p63s23p64s2

[Br]: 1s22s22p63s23p64s23d104p5

[K]: 1s22s22p63s23p64s1

[F]: 1s22s22p5

[Ba]: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s2

[O]: 1s22s22p4

[Sr]: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s2

[S]: 1s22s22p63s23p4

La electrovalencia de los elementos alcalinotérreos: Ca, Sr y Ba será +2, ya que al perder dos electrones, el ion respectivo formado adquiere la configuración electrónica cerrada del gas noble más próximo; esto le confiere estabilidad. Por la misma razón, el potasio pierde su electrón de valencia y su electrovalencia es +1.

Los halógenos F y Br capturan un electrón, y proporcionan aniones monovalentes estables que cumplen la regla del octeto; por tanto, la electrovalencia es –1. Por la misma razón, los anfígenos O y S poseen de elec-trovalencia +2.

A B Tipo de enlace

He Ne No existe enlace

O Al Enlace iónico

O N Enlace covalente

Ca S Enlace iónico

Ag Hg Enlace metálico

Cl O Enlace covalente

1

3.4 Basándote en la configuración electrónica del azufre, razona las electrovalencias que cumplen la regla del octeto.

La configuración electrónica del azufre es:

[S]: 1s22s22p63s23p4

Le faltarían dos electrones para alcanzar la configuración del gas noble más próximo, el argón. Así su electrovalencia es –2. Por otro lado, si pierde los seis electrones de valencia cumplirá también la regla del octeto; en este caso la electrovalencia es +6.

3.5 Determina el número de átomos por unidad cristalina en una red cúbica centrada en las caras.

En una red cúbica centrada en las caras, cada ion se rodea de seis iones de signo contrario. El índice de coordinación tanto para el anión como para el catión, para mantener la neutralidad eléctrica, deberá ser (6,6).

Tenemos ocho átomos en los vértices del cubo, pero cada uno pertenece a ocho a su vez; por tanto, de ese áto-

mo corresponde 8

1 del volumen a cada unidad.

En las caras tenemos seis átomos, y cada uno pertenece a dos unidades cúbicas; luego a cada uno le pertenece

2

1 del volumen de cada átomo. Así:

unidadcelda

átomos4

2

16

8

18Átomos =⋅+⋅=

3.6 Dibuja la celda unidad de una sustancia cristalina AB de índice de coordinación (8,8).

Un índice de coordinación (8,8) significa que cada ion se rodea de ocho iones del signo contrario. Esto corresponde con una red cúbica centrada en el cuerpo.

3.7 A partir del esquema del ciclo de Born-Haber para el fluoruro de sodio:

a) Nombra y define las energías implicadas en los diferentes procesos.

b) Justifica el signo de dichas energías.

c) En función del tamaño de los iones, justifica si la energía reticular del fluoruro de sodio será mayor o menor, en valor absoluto, que la del cloruro de sodio.

12

18

2

a) ∆HF: entalpía de formación. Es la energía desprendida en el proceso de formación de un mol de cristal iónico en estado sólido a partir de sus elementos en estado estándar. Al ser una entalpía, el proceso se realiza a presión constante.

EI: energía de ionización. Es la energía necesaria para arrancar el electrón más débilmente unido a un átomo neutro gaseoso y en estado fundamental, y obtener un ion mononegativo gaseoso más un electrón sin energía cinética. Existe una segunda y tercera energía de ionización según el número de electrones eliminados.

AE: afinidad electrónica. Es la energía desprendida en el proceso en el que un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental (en este caso el flúor) captura un electrón, transformándose en un ion mononegativo gaseoso. Al igual que la energía de ionización, existe una segunda, tercera, etc. afinidad electrónica, pero estos son procesos energéticamente desfavorables.

∆HD: entalpía de disociación. Es la energía necesaria para romper los enlaces existentes en un mol de sustancia, obteniéndose los átomos por separado.

U: energía reticular o de red. Es la energía desprendida en el proceso de formación de un mol de cristal iónico sólido a partir de sus iones en estado gaseoso.

∆HS: entalpía de sublimación. Es la energía necesaria para transformar un mol de una sustancia del estado sólido al gaseoso (sublimación).

b) Los procesos energéticamente favorables son aquellos en los que se desprende energía. Según el criterio de signos, si la energía se desprende, tiene signo negativo, y es positiva si es absorbida.

Tendrán signo negativo: AE, U y ∆HF (si el cristal, como en este caso, es más estable que los reactivos). Serán positivas: EI, ∆HD, y ∆HS, ya que son procesos que requieren un aporte de energía.

c) Sabiendo que la energía reticular es directamente proporcional al producto de las cargas de los iones e inversamente proporcional a la distancia interiónica, tenemos que la energía reticular del fluoruro de sodio es mayor que la energía reticular del cloruro de sodio. Esto se debe a que las cargas de los iones son iguales en ambos cristales iónicos (+1, –1); el radio del catión también será el mismo, pero el del ion fluoruro es menor que el radio del ion cloruro y, por tanto, a menor radio del anión, menos distancia y, en consecuencia, mayor energía reticular.

3.8 Razona la veracidad de la siguiente afirmación: “Si la afinidad electrónica no es capaz de contrarrestar el potencial de ionización no se formará cristal iónico”.

Falso. La afinidad electrónica no es suficiente, en general, para contrarrestar el potencial de ionización. El cristal se formará si su entalpía de formación es menor que 0 y esto pasará si la energía desprendida (AE y U) es mayor que la absorbida (EI, ∆HS, ∆HD).

3.9 Razona el tipo de enlace que presenta una sustancia A que a temperatura ambiente es sólida, es insoluble en disolventes apolares y no conduce la corriente eléctrica en ningún estado físico.

Una sustancia será iónica si es soluble en disolventes polares como el agua y conduce la corriente en disolución o fundida. Mientras que una sustancia es covalente cuando no es soluble en disolvente polares, y no conduce la corriente en ningún estado. Una sustancia metálica conduce siempre la corriente en cualquier estado. Por tanto, la sustancia a es covalente.

3.10 Ordena razonadamente, de mayor a menor temperatura de fusión, los cloruros de los metales alcalinos.

Los cloruros de los metales alcalinos (grupo I) son: LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl. El francio, Fr, no se considera, por ser radioactivo. Al aumentar el tamaño de los iones, disminuye la energía reticular y también las temperaturas de fusión. En todos ellos tenemos el mismo anión, por lo que la temperatura de fusión disminuirá al aumentar el tamaño del catión alcalino; como hemos visto en la unidad anterior, el tamaño aumenta al descender en un grupo. Por tanto: LiCl > NaCl > KCl > RbCl > CsCl.

3.11 ¿Por qué la conductividad eléctrica de un metal disminuye al calentarlo?

Al aumentar la temperatura, aumenta la energía cinética y, por tanto, el movimiento de oscilación de las partículas (cationes), lo que dificulta el movimiento de translación libre de los electrones a lo largo de la red.

3

3.12 El cobre presenta una distribución de sus cationes en forma de red cúbica centrada en caras o compacta, y el sodio presenta una distribución cúbica centrada en el cuerpo. ¿Cuál de ellos presenta mayor dureza y por qué?

A mayor compactación más dureza y mayor punto de fusión. Por tanto, presentará más dureza el cobre que se distribuye en una red cúbica compacta.

3.13 Observa los puntos de ebullición de la tabla y razona si los valores son lógicos en relación con la información del ejercico 12.

Sí, a mayor grado de compactación, mayor punto de fusión y mayor dureza.

3.14 ¿Por qué se usan cucharas de palo o con mango de plástico para dar vueltas a la comida y no las fabricadas completamente de metal?

El metal transmite fácilmente la agitación térmica, pues al tener los electrones móviles pueden ir transmitiendo la energía de unas partículas a otras; así, la agitación llega al otro extremo y nos quemamos la mano.

NATURALEZA DEL ENLACE QUÍMICO

3.15 Considera las moléculas siguientes: H2O, HF, H2 y NH3. Contesta razonadamente a cada una de la siguien-tes cuestiones:

a) ¿Cuál presenta el enlace con mayor contribución iónica?

b) ¿Cuál presenta el enlace con mayor contribución covalente?

a) Un enlace tendrá mayor contribución iónica cuanto mayor diferencia de electronegatividad exista entre los átomos que se unen. Así, el de mayor carácter iónico es el HF.

b) El de mayor contribución covalente es la molécula de H2, ya que se unen dos átomos iguales, por lo que compartirán los electrones por igual.

3.16 Justifica la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:

a) Los metales alcalinos no reaccionan con los halógenos.

b) Los halógenos reaccionan con la mayoría de los metales, formando sales iónicas.

c) En la molécula AgNO3, todos los enlaces son covalentes.

d) Al obtener una amalgama de plata, existe un movimiento de electrones entre el mercurio y la plata, de ahí que se conduzca la corriente eléctrica.

4

a) Falso. Los elementos se unen con el fin de ser más estables. Esto lo consiguen completando su última capa. Así, los metales alcalinos cederán un electrón al halógeno pasando a tener ambos configuración electrónica de gas noble.

Sea M: metal alcalino; G y G′: gases nobles y X: halógeno

[M] : [G] ns1 → [M+ ] : [G]

[X] : [G′ ] ns2 np5 → [X- ] : [G′ ] completoocteto

62 npns

b) Verdadero. El metal tiene tendencia a perder electrones formando cationes. El halógeno capturará los electrones cedidos por el primero, formándose un par de iones que se atraen por fuerzas eléctricas generando un cristal iónico.

c) Falso. Existe enlace iónico entre los iones Ag+ y el ion NO −3 , y enlace covalente entre el nitrógeno y el

oxígeno de este oxoanión.

d) Falso. Es una disolución de plata en mercurio. No existe movimiento de electrones. Si fuese así, uno se oxidaría y el otro se reduciría.

3.17 Para las siguientes especies químicas: F2, NaCl, CsF, H2S, AsH3 y SiH4, explica razonadamente:

a) Cuáles tendrán enlaces covalentes puros.

b) Cuáles presentan enlaces covalentes polares.

c) Cuáles tendrán enlaces iónicos.

d) Cuál será el enlace con mayor carácter iónico.

Datos. Electronegatividades de Pauling: F = 4,0; Na = 0,9; Cl = 3,0; Cs = 0,7; H = 2,1; S = 2,5; As = 2,0; Si = 1,8.

a) Un enlace covalente es puro si se unen dos átomos de no metales iguales. El único que cumple esta condición es la molécula de flúor: F2.

b) Se establecen al unirse átomos de no metales distintos. Son H2S, AsH3 y SiH4. La distinta electronegatividad entre el hidrógeno y el arsénico o silicio es tan pequeña que se suelen considerar como enlaces covalentes apolares.

c) El NaCl y CsF, ya que se unen un metal y un no metal, y la diferencia de electronegatividad es tan grande que se forman iones.

d) El enlace con mayor carácter iónico es aquel que posee átomos con la mayor diferencia de electronegatividades. Será el CsF, pues presenta una diferencia de electronegatividades de 4 – 0,7 = 3,3, mientras que la diferencia en el NaCl es 3 – 0,9 = 2,1.

3.18 Razona el tipo de enlace que predomina en las siguientes sustancias:

a) Yoduro de cesio

b) Níquel

c) Cloruro de calcio

d) Trióxido de dicloro

a) Enlace iónico. El cesio pierde su electrón más externo formándose el catión Cs+ y el yodo lo captura, dando el ion yoduro l-. Ambos iones se atraen por fuerzas de carácter eléctrico.

b) Enlace metálico. Los átomos de níquel se unen a través de un gas de electrones formado por los electrones de valencia del metal que son compartidos por todos los restos positivos (cationes) del metal.

c) Enlace iónico. El calcio pierde dos electrones formando el ion Ca2+, y el cloro acepta estos electrones, dando lugar al ion cloruro Cl-.

d) Enlace covalente. Se unen dos átomos no metálicos de electronegatividades parecidas, compartiendo electrones y cumpliendo la regla del octeto.

5

3.19 De las sustancias I2, CaO, Xe2, relaciona cada una con su curva de energía. Justifica tu elección.

La curva “a” se corresponde con una situación antienlazante. Será la de la especie Xe2, ya que el xenón es un gas noble, por lo que no tiene tendencia a formar enlaces. La molécula es más inestable que los átomos por separado.

Las dos curvas que se corresponden con una situación enlazante son de las sustancias I2 y CaO. La distancia internuclear de la molécula de yodo es igual al doble del radio del átomo de yodo, mientras que en el CaO es la suma del radio del catión más el radio del anión que son valores distintos. Así “b” se corresponde con I2 y la curva “c” con CaO.

3.20 Calcula la electrovalencia del titanio y del oxígeno al formar la especie iónica en la que los dos iones cumplen la regla del octeto. Busca información sobre esta sustancia en la siguiente dirección de internet: www.e-sm.net/q2bach24 Tomando en cuenta que el número atómico Z es el número de protones y que en un átomo neutro el número de protones es igual al número de electrones, se establece su configuración electrónica:

Z (O) = 8 → [O]: 1s2 2s2 2p4

Z (Ti) = 22 → [Ti]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2

Para completar el octeto, el oxígeno ganará dos electrones (electrovalencia –2) pasando a tener configuración:

[O2- ]: 1s2 2s2 2p6 ≡ [Ne]

El titanio perderá, dada su baja electronegatividad, los dos electrones del orbital 4s y los dos del orbital 3d, siendo, por tanto, su electrovalencia +4.

[Ti4+ ]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ≡ [Ar]

3.21 En las siguientes sustancias hay un ion que no cumple la regla de Kossel. ¿Sabrías decir cuál es?

MgF2, PbI2, ZrO2, CsCl

Se trata del ion Pb2+ en el PbI2. La configuración electrónica del Pb es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p2

El catión Pb2+ proviene del átomo de plomo que ha perdido dos electrones del subnivel 6p, por lo que no posee ocho electrones en su capa de valencia y no cumple la regla de Kossel.

E

d

a

bc

2rat

6

Enlace iónico. Redes iónicas

3.22 En una red iónica.

a) Calcula el índice de coordinación para cada ion si la sustancia cristaliza en un sistema cúbico centrado en el cuerpo. Pon un ejemplo de esta sustancia.

b) Calcula el número de iones de cada tipo en la celda unidad siguiente.

a) El índice de coordinación es el número de iones de igual carga que rodean a otro de carga contraria. Un ejemplo sería el CsCl: el índice de coordinación tanto del anión como del catión es 8.

b) El número de iones en la celda unidad es:

N.º cationes = 1 ion Cs+

N.º aniones = en una celda existen ocho aniones situados en los vértices del cubo y cada uno pertenece a su vez a ocho celdas distintas, por lo que el número de iones

por celda es: 18

18 =⋅ ion Cl-.

3.23 Los átomos A y B tienen las siguientes configuraciones electrónicas: 1s2 2s2 2p6 3s2 y 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 respectivamente.

a) El compuesto que se formará entre A y B, ¿es iónico o covalente?

b) ¿Cuál es la fórmula más sencilla del compuesto formado al unirse A y B?

a) Basándonos en las configuraciones electrónicas, A es un elemento del tercer período (n = 3) y del grupo de los alcalinotérreos (ns2). Se trata, por tanto, del metal magnesio. B pertenece también al tercer período y al grupo de los anfígenos. Es el S (no metal). Al ser elementos con una diferencia de electronegatividades mayores a 2, formarán un enlace de tipo iónico.

b) El metal cederá los dos electrones del orbital 3s, formando el catión Mg2+ y alcanzando configuración de gas noble [Ne]. El azufre ganará esos dos electrones formando el ion S2-, de esta manera también alcanzará la configuración de gas noble [Ar]. La fórmula más sencilla será MgS.

3.24 Justifica la veracidad o falsedad de la siguiente afirmación: “El enlace iónico no es direccional”.

Verdadero. El enlace iónico es una interacción electrostática entre cargas de distinto signo que se propagan por definición en todas las direcciones del espacio, de ahí que no sea direccional.

3.25 Dados los elementos A (Z = 20) y B (Z = 35), razona las siguientes cuestiones.

a) ¿Qué tipo de enlace se podrá formar entre A y B?

b) ¿Cuál será la fórmula del compuesto resultante?

a) Mediante sus configuraciones electrónicas: [A]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 [B]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 deducimos que A pertenece al cuarto período y al grupo de los metales alcalinotérreos (ns2); será el calcio. B también pertenece al cuarto período, pero es un halógeno (ns2 np5); corresponde al bromo. El calcio (metal alcalinotérreo) se une al bromo (no metal), que posee una diferencia de electronegatividad superior a 2, por lo que el enlace que formarán será iónico. El calcio cederá los dos electrones situados en el orbital 4s formando el ion Ca2+, mientras que el bromo acepta un electrón formando el ion bromuro Br-. De esta manera, ambos iones consiguen configuraciones de gas noble y cumplen la regla del octeto.

b) Dado que las sustancias iónicas son eléctricamente neutras, por cada catión divalente Ca2+ deben existir dos aniones monovalentes Br-. Así, la fórmula empírica es la que indica los elementos que forman la sustancia y la mínima proporción es CaBr2, que no es una molécula sino una red infinita.

7

3.26 Calcula el índice de coordinación del catión y el anión que constituyen el rutilo (TiO2).

Sabiendo que el índice de coordinación del catión es el número de aniones que rodean a un mismo catión y el índice de coordinación del anión es el número de cationes que lo rodean, para el rutilo tenemos:

IC (Ti4+) = 6; IC (O2-) = 3

ENERGÍA RETICULAR. CICLO DE BORN-HABER

3.27 Determina la entalpía de sublimación del yodo a partir de los datos siguientes:

ΔHd (I2) = 144 kJ mol-1; ΔHs (Pb) = 178 kJ mol-1; ΔHf (PbI2) = –178 kJ mol-1; EI1 = 715,5 kJ mol-1; EI2 = 1443,5 kJ mol-1; U = –2108 kJ mol-1; AE = –295 kJ mol-1

Por el ciclo de Born-Haber: ∆HF = ∆HS (Pb) + ∆HS (I2) + EI1 + EI2 + ∆HD + 2 AE + U Sustituyendo los datos y despejando:

∆HS (I2) = 39 kJ mol-1

3.28 Discute la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones sobre la energía reticular:

a) Su valor aumenta con la carga del catión y disminuye con la del anión, ya que esta es negativa.

b) Cuanto más negativa es la energía reticular de un compuesto, más favorecida se ve la formación del mismo.

c) La energía reticular depende exclusivamente del sistema de cristalización de la sustancia iónica.

d) Cuanto mayor sea la energía reticular de un cristal, mayor será su punto de fusión.

e) La energía reticular se mide en kJ.

a) Falso. Aumenta con el valor de la carga del anión y del catión.

b) Verdadero. Un compuesto se forma si su entalpía de formación es negativa, y si aplicamos el ciclo de Born-Haber a cualquier cristal iónico se ve que las únicas contribuciones menores que 0 son la afinidad electrónica y la energía reticular. Así, cuanto más negativa sea esta última, más fácil es que la entalpía de formación sea menor que 0.

c) Falso. Además de depender de los radios de los iones que definen la red cristalina, es también función de la carga de los mismos.

d) Verdadero. Cuanto mayor sea en valor absoluto la energía reticular, más estable es el cristal formado y mayores puntos de fusión y ebullición tendrá, ya que se deben romper enlaces iónicos.

e) Falso. La unidad en el S. I. de la energía reticular es J mol-1.

OxígenoTitanio

Pb (s) + I2 (s) Pb I2 (s)

(Pb)ΔHS

ΔHF

(I2)ΔHS

Pb (g) + I2 (g)

Pb+ (g) + 2I (g)

EI1U

ΔHD

Pb2+ (g) + 2I_ (g)

EI2 2ΔE

8

3.29 Calcula la energía reticular del NaCl a partir de los siguientes datos:

ΔHs (Na) = 108,7 kJ mol-1; ΔHf (NaCl) = –411kJ mol-1; EI = 493,7 kJ mol-1; AE = –349,2 kJ mol-1; ΔHd (Cl2) = 242 kJ mol-1

Compara el valor obtenido con el calculado a través de la ecuación de Born-Landé, sabiendo que para el cristal de cloruro de sodio, A = 1,748, distancia de equilibrio = 2,81 Å y n = 9.

Por el ciclo de Born-Haber:

∆HF = ∆HS + EI + 2

1∆HD + AE + U

Sustituyendo los datos y despejando U:

U = –785,2 kJ mol-1 Calculamos el valor de U a partir de la ecuación de Born-Landé:

−⋅⋅⋅⋅⋅=n

11A

d

QqKNU A

Sustituimos los datos:

−⋅

−⋅

−⋅⋅⋅−⋅⋅−⋅⋅⋅⋅=9

11748,1

101081,2

19106,1119106,1)1(91092310023,6U

U = –767,3 ּ 103 J mol-1 = –767,3 kJ mol-1

3.30 De las siguientes gráficas, señala cuál se corresponde con el proceso de formación de un cristal estable.

La primera gráfica representa el proceso de formación de un cristal más estable que los elementos de los que proviene, ya que su contenido energético es menor.

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS

3.31 Ordena razonadamente, de mayor a menor punto de fusión, los compuestos BaCl2, MgCl2, SrCl2 CaCl2. Busca una posible explicación para el punto de fusión del dicloruro de berilio (405 ºC)

La sustancia que posee una alta energía reticular poseerá también un alto punto de fusión. Sabiendo que la energía reticular aumenta con la carga de los iones y con la disminución de la distancia iónica, tenemos: todas las sales poseen la misma carga del catión (+2) y del anión (–1), por lo que la energía reticular solo será función de la distancia iónica. Al ser en todas el mismo anión (Cl-), la energía reticular será inversamente proporcional al radio catiónico. Todos son cationes de elementos alcalinotérreos. Al bajar en un mismo grupo, el radio iónico aumenta, por lo que la energía reticular seguirá el orden:

MgCl2 > CaCl2 > SrCl2 > BaCl2

En este mismo sentido aumenta el punto de fusión. El dicloruro de berilio tiene un bajo punto de fusión debido a que no es una sustancia iónica sino covalente. A pesar de unirse un metal (Be) y un no metal (Cl), se forma un enlace covalente.

Na (s) + CI2 (g) NaCl

ΔHS

ΔHF

ΔHS

Na (g) + CI (g)

Na+ (g) + CI_ (g)

EIU

ΔE

12

12

( I ) ( II )

E E

Elementos

Cristaliónico

Cristaliónico

Elementos

9

3.32 Dadas las sustancias, CCl4, RbF, Cdiamante y CsCl, justifica razonadamente:

a) El estado físico en que se halla cada una de ellas a 25 ºC y 1 atm.

b) Su conductividad eléctrica.

c) Su solubilidad en agua.

a) RbF y CsCl son sustancias iónicas, por lo que poseen altos puntos de fusión y se encuentran en estado sólido a 25 ºC y 1 atm. El carbono en forma diamante también será sólido, al ser un sólido covalente que forma redes infinitas. El tetracloruro de carbono es una sustancia molecular. Su estado en las condiciones indicadas es líquido.

b) Solamente conducen la corriente eléctrica el fluoruro de rubidio y el cloruro de cesio fundidos o en disolución acuosa.

c) Las dos sustancias iónicas indicadas son solubles en disolvente polares como el agua.

3.33 Indica cuáles de las propiedades siguientes se corresponden con una sustancia iónica:

a) La transmisión de la corriente eléctrica va acompañada de transporte de materia.

b) No es soluble en disolventes apolares, pero tampoco en agua.

c) A temperatura ambiente es un sólido duro, pero frágil.

d) Se dilata con facilidad.

e) La electrólisis de sus sales disueltas o fundidas permite la obtención de metales.

a) Verdadero, ya que la corriente se transmite por movimiento de los iones.

b) Falso. En general, sí son solubles en agua.

c) Verdadero, ya que presentan alta resistencia a ser rayados (duros) pero escasa a los golpes (frágiles).

d) Falso, ya que supondría debilitar enlaces iónicos.

e) Verdadero. El catión captura electrones obteniéndose el metal.

3.34 Dadas las sustancias Br2, SiO2, Ni, HF y NaBr, justifica:

a) Si son o no solubles en agua.

b) Si conducen la corriente eléctrica a temperatura ambiente.

c) Si tienen elevados puntos de fusión.

a) Son solubles HF y NaBr, ya que una es una sustancia covalente polar (HF) y el bromuro de sodio es una sustancia iónica. El níquel es un metal, por lo que no se disuelve. El bromo es covalente apolar y el dióxido de silicio es un sólido covalente.

b) Únicamente el níquel conducirá la corriente eléctrica, ya que la sustancia iónica a esa temperatura es sólida y, por tanto, aislante.

c) Tienen puntos de fusión elevados: SiO2, Ni y NaBr.

3.35 Uno de los siguientes haluros no es soluble en agua: CaI, LiF, LiI, NaCl, CsF, LiCl, LiBr

¿Sabrías decir cuál es y justificar este comportamiento? Una sustancia iónica se disuelve si la entalpía de solvatación es mayor que la energía de red (ambas en valor absoluto). Además la energía reticular aumenta con la carga de los iones y con la disminución de la distancia interiónica.

MX (s)

M+ (g) + X_ (g)

M+ (aq) + X_ (aq) ΔH disolución

ΔH solu. (M+ )

ΔH solu. (X_ )_U

10

Por la ley de Hess:

∆Hdisolución= -U + ∆Hsolv (M+) + ∆Hsolv (X

-) Se disuelve si ∆Hdisolución < 0 Por tanto, cuanto más negativa sea la entalpía de solvatación, ∆Hsolv., más soluble será, y cuanto menor sea la energía reticular en valor absoluto, más fácilmente se disolverá. La energía reticular depende de las cargas de los iones, que en nuestras sustancias son iguales, y de la distancia interiónica. Así, el de menor distancia es el LiF, ya que en él el radio del anión y el radio del catión son los más pequeños. Si solo existe una sustancia insoluble, tendrá que ser esta sal.

3.36 Justifica razonadamente el aumento observado en la dureza de los óxidos de los metales alcalinotérreos al ascender en el grupo:

Compuesto Dureza

BaO 3,3

SrO 3,5

CaO 4,5

MgO 6,5

BeO 9,0

La dureza es la resistencia a ser rayado y aumenta con la energía reticular. Esta sigue el siguiente orden:

UBaO < USrO < UCaO < UMgO < UBeO

ya que es en este sentido en el que disminuye la distancia interiónica. A mayor energía reticular, más difícil de rayar, ya que esto supondría la ruptura de enlaces iónicos.

3.37 Basándote en la siguiente tabla, justifica cuáles de las sustancias son sólidos iónicos y, de ellas, cuál crees que será más soluble en agua.

Conductor

Compuesto PF (ºC) Sólido Líquido

Ag 825 Sí Sí MgO 2 852 No Sí

P4 44 No No GeO2 1 115 No No NaCl 800 No Sí

Son sólidos iónicos el MgO y el NaCl, ya que poseen altos puntos de fusión y solamente conducen la electricidad en estado líquido. De los dos, se espera que sea más soluble el cloruro de sodio, ya que la solubilidad aumenta cuanto menor es la energía reticular:

∆Hdisolución= –U + ∆Hsolv (M+) + ∆Hsolv (X

-) Se disuelve si:

∆Hdisolución < 0 Un valor alto de energía reticular desfavorece la disolución y sabemos que depende de la carga de los iones y de la distancia interiónica.

En el MgO la carga tanto del catión como del anión es el doble que la del NaCl. Además, la distancia interiónica es menor también, por lo que es de esperar que el MgO sea menos soluble que el NaCl.

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3.38 De las sustancias azufre, bromuro de sodio, dicloruro de azufre, oro y dióxido de silicio, elige: las que forman estructuras gigantes; las que conducen la corriente eléctrica solamente en estado líquido y las que poseen altos puntos de fusión y ebullición.

Son las sustancias iónicas las que cumplen todas esas propiedades. De todas, la única que posee enlace iónico es el bromuro de sodio.

LOS METALES Y SUS PROPIEDADES

3.39 Indica si las afirmaciones siguientes son correctas:

a) El cobre es iónico porque conduce la corriente eléctrica.

b) Los metales son tenaces.

c) Los metales son quebradizos, por eso se parten en láminas.

d) En un cristal iónico y en una red metálica, los electrones no se mueven.

a) Falso, es metálico. Pueden conducir la corriente eléctrica los metales y los compuestos iónicos, pero estos solo fundidos o en disolución.

b) Verdadero, porque al hacer presión no se modifica la estructura sustancialmente; no se enfrentan cargas como pasa en los compuestos iónicos.

c) Falso. Los compuestos iónicos son quebradizos, pero los metálicos no.

d) Falso. En la red metálica los electrones se mueven por toda la nube electrónica; en los compuestos iónicos son iones negativos los que están en posiciones estructurales con los positivos.

3.40 El cloruro de sodio cristaliza en cubos, al igual que hacen algunos metales. ¿Qué diferencia estructural

existe entre la situación de las cargas en un cristal de cloruro sódico y uno de un metal, como el oro, que presente una estructura cúbica?

En el cristal iónico la estructura la construyen los iones positivos y negativos, mientras que en el metálico la estructura se construye con los cationes y los electrones. Son partículas móviles en la red.

Presión

Presión

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3.41 Indica, de las dos afirmaciones siguientes, cuál es la opción correcta, y justifica tu elección:

a) Si una sustancia conduce la corriente eléctrica, será una sustancia metálica.

b) Si una sustancia sólida conduce la corriente eléctrica, será un metal.

a) Es falsa, pues los sólidos iónicos también conducen la electricidad cuando están disueltos o fundidos.

b) Es verdadera, pues especifica que está en entado sólido.

3.42 El aluminio es un metal muy codiciado por su bajo peso (es el componente del papel de aluminio conocido como papel de plata con el que envolvemos los bocadillos). ¿Qué propiedad posee el aluminio para que pueda adquirir esta forma?

El aluminio, como todos los metales, es maleable, esto es, se puede moldear en forma de láminas como el rollo de papel.

3.43 Muchos de los trajes típicos de España, como los de la Comunidad Valenciana, se confeccionan con hilos de oro finísimos. ¿Cómo es posible que se obtengan hilos tan finos como para poder coserlos? Explica la propiedad que permite este hecho, ayudándote de un dibujo-esquema de la situación a nivel microscópico. El oro, como todos los metales, es dúctil, esto es, se puede estirar en forma de hilos. Esto es posible porque cuando ejercemos una presión sobre el sólido se desplazan los iones positivos de la estructura, pero siguen encontrando una situación semejante, sin repulsiones.

3.44 Normalmente, casi todos los metales tienen un brillo metálico característico. Indica:

a) ¿A qué se deben estos destellos de luz?

b) Si no reluce, ¿por qué crees que le pasa esto al metal?

c) Al intentar sacarle brillo o aplicar limpiadores, ¿qué le estamos haciendo al metal?

a) El brillo típico de los metales se debe a que captan y emiten fácilmente las radiaciones electromagnéticas.

b) Tiene una capa en la superficie que le impide absorber y emitir fácilmente las radiaciones; normalmente esa capa es óxido (por ejemplo, el caso del oscurecimiento de la plata) o se debe al engrase que sufren cuando los tocamos.

c) Eliminamos la capa de óxido con productos químicos o la capa de grasa sacando brillo con un trapo.

3.45 Casi todos los metales muestran un color semejante al de la plata, casi blanquecino. Sabiendo que el color y el brillo se deben a la fácil absorción y emisión de energía, indica:

a) ¿Por qué el color se acerca tanto al blanco?

b) Observa un anillo de oro. ¿Qué color presenta cuando incide la luz? ¿Por qué se produce esta diferencia de coloración con la plata?

a) Como absorbe y emite fácilmente la radiación, absorbe y emite todos los colores, por lo que veo una luz casi blanquecina (típica de los metales plateados).

b) El oro no absorbe ni emite la misma luz; al reemitirla se pierde color azul, que es el complementario del amarillo, que sí se emite de nuevo.

3.46 Basándote en si conducen o no la electricidad, ¿qué tres tipos de sustancias conoces? Pon un ejemplo de cada una y menciona una aplicación que se derive de esa propiedad.

Conductores, como, por ejemplo, el hierro, semiconductores como el germanio y aislantes como el helio.

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3.47 El sodio recién cortado tiene brillo metálico, pero, al cabo de un tiempo, se vuelve blanquecino:

a) ¿A qué crees que se debe este hecho?

b) Escribe la ecuación que ocurre.

c) ¿Qué tipo de compuesto se ha formado?

d) Para que no se estropee, se guarda sobre un líquido. ¿Es agua? ¿Por qué? ¿Qué líquido sería óptimo para conservarlo?

a) Reacciona con el oxígeno del aire para dar óxido de sodio, más oscuro, y forma una capa.

b) 2 Na (s) + O2 (g) → 2 NaO (s)

c) Iónico.

d) Tolueno o benceno. Nunca se podría conservar en agua, pues reacciona con ella de forma muy violenta y explosiva.

3.48 ¿Por qué los metales son mejores conductores de la electricidad que los compuestos iónicos?

Los electrones del metal son móviles, mientras que los compuestos iónicos hay que fundirlos o disolverlos para que posean cargas móviles, que serán, en todo caso, más grandes y difíciles de desplazarse que los electrones.

3.49 En la siguiente tabla se recogen algunas propiedades de ciertas sustancias.

Propiedad A B

Punto de fusión Variable Alto

Conductividad eléctrica de la sustancia pura Sí En estado fundido

Solubilidad en CCl4 No No

Solubilidad en agua No Sí

a) Basándote en ellas, clasifica las sustancias según su tipo de enlace.

b) Pon un ejemplo de cada tipo de sustancia.

a) La sustancia A es un metal y la B es un sólido iónico.

b) A: Fe; B: NaCl. 3.50 Dentro de la teoría de bandas, existen dos tipos de bandas:

a) Indica el nombre de cada una.

b) Explica con pocas palabras qué diferencia existe entre ambas bandas.

a) Banda de valencia y banda de conducción.

b) La banda de valencia es la última capa completa. La banda de conducción es una banda semillena con movilidad de electrones en ella o bien una banda vacía que solapa con la de valencia y permite la movilidad de los electrones.

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3.51 Entre las siguientes sustancias hay sustancias iónicas, covalentes y metálicas:

nitrógeno gas, fluorita, agua, cobre, sal común, iridio, diamante, cuarzo.

a) Clasifícalas según ese criterio. Puedes ayudarte visitando la página siguiente:

www.e-sm.netq2bach25

b) En esta página encontrarás un modelo interactivo de enlace metálico. ¿Qué te llama la atención respecto a los electrones?

c) Prueba a deformarlo con el modelo y explica por qué serán tenaces los metales.

d) Prueba también el modelo interactivo de enlace iónico y contesta a las preguntas del modelo.

a) El nitrógeno es una sustancia molecular covalente; la fluorita, un sólido iónico; el agua, una sustancia covalente molecular; el cobre es un metal; el cloruro de sodio (sal común) es un compuesto iónico; el iridio, un metal; el diamante, un sólido covalente que forma redes; y el cuarzo también es un sólido que forma redes covalentes.

b) Los electrones son capaces de desplazarse por toda la red.

c) Los metales son tenaces por el comportamiento que tienen los electrones; se comportan como un gas o una nube de electrones, de tal manera que un golpe brusco no provoca enfrentamiento de cargas opuestas ni, por tanto, repulsiones. La estructura podrá deformarse sin romperse.

d) Soluciones: 1 electrón/ ceder/ 7 electrones/ tomar/ enlace iónico.

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PROBLEMAS DE SÍNTESIS

3.52 Dados los elementos A y B de la tabla periódica, con números atómicos 35 y 37 respectivamente:

a) Escribe sus configuraciones electrónicas.

b) Indica razonadamente a qué grupo y período pertenecen.

c) Indica razonadamente cuál es el elemento de mayor afinidad electrónica.

d) Indica razonadamente el tipo de enlace y la fórmula del compuesto formado entre ambos.

e) El compuesto formado, ¿conducirá la electricidad? ¿En qué condiciones?

f) ¿En qué tipo de disolventes será soluble? Razona tu respuesta.

g) ¿Cómo serán sus puntos de fusión y ebullición? Razona tu respuesta.

h) ¿Será duro? Razona tu respuesta.

i) ¿Qué compuestos formará B consigo mismo?

j) ¿Cuál será más conductor, AB o A?

a) Z = 35 → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 Z = 37 → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1

b) El elemento A (Z = 35), pertenece al grupo 17 (VII A) y al tercer período. Es el bromo.

El elemento B (Z = 37), pertenece al grupo 1 (I A) y al período 5. Es el rubidio.

c) La afinidad electrónica crece hacia la izquierda en los períodos y hacia arriba en los grupos del sistema periódico, luego el elemento A, el bromo, tendrá una mayor afinidad electrónica.

d) El elemento A y el elemento B tendrán electronegatividades muy diferentes; por tanto, darán lugar a un enlace iónico y la fórmula del compuesto formado sería BA.

e) Solo conducirá la electricidad disuelto o fundido porque entonces existirá movilidad de cargas.

f) Será soluble en disolventes polares como el agua, debido a la existencia de interacciones ion-dipolo.

g) Tendrá altos puntos de fusión y ebullición, como corresponde a un compuesto iónico.

h) Son duros, es decir, difíciles de rayar, porque supondría la ruptura, mediante presión, de algunos enlaces iónicos.

i) Enlace metálico.

j) Será más conductor el elemento A, pues es un metal y, por tanto, en estado sólido posee electrones móviles.

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