3 Uniones entre tomos

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

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

Poseen enlace covalente las siguientes especies: NH3 (amonaco), N2 (nitrgeno), HCl (cloruro de hidr-geno).

Poseen enlace inico: NaF (fluoruro de sodio), MgO (xido de magnesio).

Posee enlace metlico el Fe (hierro).

En el CaCO3 (carbonato de calcio) existe enlace inico entre los iones Ca2+ y el ion carbonato 23CO y enlace covalente entre el carbono y el oxgeno de este oxoanin.

Solamente son molculas las especies qumicas que posean enlaces covalente, ya que las dems forman redes infinitas.

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

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

Basndonos en que en los tomos neutros el nmero de electrones es igual al nmero de protones y que Z es el nmero de protones, establecemos las configuraciones electrnicas 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 alcalinotrreos: Ca, Sr y Ba ser +2, ya que al perder dos electrones, el ion respectivo formado adquiere la configuracin electrnica cerrada del gas noble ms prximo; esto le confiere estabilidad. Por la misma razn, el potasio pierde su electrn de valencia y su electrovalencia es +1.

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

A B Tipo de enlace

He Ne No existe enlace

O Al Enlace inico

O N Enlace covalente

Ca S Enlace inico

Ag Hg Enlace metlico

Cl O Enlace covalente

1

3.4 Basndote en la configuracin electrnica del azufre, razona las electrovalencias que cumplen la regla del octeto.

La configuracin electrnica del azufre es:

[S]: 1s22s22p63s23p4

Le faltaran dos electrones para alcanzar la configuracin del gas noble ms prximo, el argn. As su electrovalencia es 2. Por otro lado, si pierde los seis electrones de valencia cumplir tambin la regla del octeto; en este caso la electrovalencia es +6.

3.5 Determina el nmero de tomos por unidad cristalina en una red cbica centrada en las caras.

En una red cbica centrada en las caras, cada ion se rodea de seis iones de signo contrario. El ndice de coordinacin tanto para el anin como para el catin, para mantener la neutralidad elctrica, deber ser (6,6).

Tenemos ocho tomos en los vrtices del cubo, pero cada uno pertenece a ocho a su vez; por tanto, de ese to-

mo corresponde 81 del volumen a cada unidad.

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

21 del volumen de cada tomo. As:

unidadceldatomos4

216

818tomos =+=

3.6 Dibuja la celda unidad de una sustancia cristalina AB de ndice de coordinacin (8,8).

Un ndice de coordinacin (8,8) significa que cada ion se rodea de ocho iones del signo contrario. Esto corresponde con una red cbica 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 energas implicadas en los diferentes procesos.

b) Justifica el signo de dichas energas.

c) En funcin del tamao de los iones, justifica si la energa reticular del fluoruro de sodio ser mayor o menor, en valor absoluto, que la del cloruro de sodio.

12

18

2

a) HF: entalpa de formacin. Es la energa desprendida en el proceso de formacin de un mol de cristal inico en estado slido a partir de sus elementos en estado estndar. Al ser una entalpa, el proceso se realiza a presin constante.

EI: energa de ionizacin. Es la energa necesaria para arrancar el electrn ms dbilmente unido a un tomo neutro gaseoso y en estado fundamental, y obtener un ion mononegativo gaseoso ms un electrn sin energa cintica. Existe una segunda y tercera energa de ionizacin segn el nmero de electrones eliminados.

AE: afinidad electrnica. Es la energa desprendida en el proceso en el que un tomo neutro, gaseoso y en estado fundamental (en este caso el flor) captura un electrn, transformndose en un ion mononegativo gaseoso. Al igual que la energa de ionizacin, existe una segunda, tercera, etc. afinidad electrnica, pero estos son procesos energticamente desfavorables.

HD: entalpa de disociacin. Es la energa necesaria para romper los enlaces existentes en un mol de sustancia, obtenindose los tomos por separado.

U: energa reticular o de red. Es la energa desprendida en el proceso de formacin de un mol de cristal inico slido a partir de sus iones en estado gaseoso.

HS: entalpa de sublimacin. Es la energa necesaria para transformar un mol de una sustancia del estado slido al gaseoso (sublimacin).

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

Tendrn signo negativo: AE, U y HF (si el cristal, como en este caso, es ms estable que los reactivos). Sern positivas: EI, HD, y HS, ya que son procesos que requieren un aporte de energa.

c) Sabiendo que la energa reticular es directamente proporcional al producto de las cargas de los iones e inversamente proporcional a la distancia interinica, tenemos que la energa reticular del fluoruro de sodio es mayor que la energa reticular del cloruro de sodio. Esto se debe a que las cargas de los iones son iguales en ambos cristales inicos (+1, 1); el radio del catin tambin ser el mismo, pero el del ion fluoruro es menor que el radio del ion cloruro y, por tanto, a menor radio del anin, menos distancia y, en consecuencia, mayor energa reticular.

3.8 Razona la veracidad de la siguiente afirmacin: Si la afinidad electrnica no es capaz de contrarrestar el potencial de ionizacin no se formar cristal inico.

Falso. La afinidad electrnica no es suficiente, en general, para contrarrestar el potencial de ionizacin. El cristal se formar si su entalpa de formacin es menor que 0 y esto pasar si la energa 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 slida, es insoluble en disolventes apolares y no conduce la corriente elctrica en ningn estado fsico.

Una sustancia ser inica si es soluble en disolventes polares como el agua y conduce la corriente en disolucin o fundida. Mientras que una sustancia es covalente cuando no es soluble en disolvente polares, y no conduce la corriente en ningn estado. Una sustancia metlica conduce siempre la corriente en cualquier estado. Por tanto, la sustancia a es covalente.

3.10 Ordena razonadamente, de mayor a menor temperatura de fusin, 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 tamao de los iones, disminuye la energa reticular y tambin las temperaturas de fusin. En todos ellos tenemos el mismo anin, por lo que la temperatura de fusin disminuir al aumentar el tamao del catin alcalino; como hemos visto en la unidad anterior, el tamao aumenta al descender en un grupo. Por tanto: LiCl > NaCl > KCl > RbCl > CsCl.

3.11 Por qu la conductividad elctrica de un metal disminuye al calentarlo?

Al aumentar la temperatura, aumenta la energa cintica y, por tanto, el movimiento de oscilacin de las partculas (cationes), lo que dificulta el movimiento de translacin libre de los electrones a lo largo de la red.

3

3.12 El cobre presenta una distribucin de sus cationes en forma de red cbica centrada en caras o compacta, y el sodio presenta una distribucin cbica centrada en el cuerpo. Cul de ellos presenta mayor dureza y por qu?

A mayor compactacin ms dureza y mayor punto de fusin. Por tanto, presentar ms dureza el cobre que se distribuye en una red cbica compacta.

3.13 Observa los puntos de ebullicin de la tabla y razona si los valores son lgicos en relacin con la informacin del ejercico 12.

S, a mayor grado de compactacin, mayor punto de fusin y mayor dureza.

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

El metal transmite fcilmente la agitacin trmica, pues al tener los electrones mviles pueden ir transmitiendo la energa de unas partculas a otras; as, la agitacin llega al otro extremo y nos quemamos la mano.

NATURALEZA DEL ENLACE QUMICO

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

a) Cul presenta el enlace con mayor contribucin inica?

b) Cul presenta el enlace con mayor contribucin covalente?

a) Un enlace tendr mayor contribucin inica cuanto mayor diferencia de electronegatividad exista entre los tomos que se unen. As, el de mayor carcter inico es el HF.

b) El de mayor contribucin covalente es la molcula de H2, ya que se unen dos tomos iguales, por lo que compartirn los electrones por igual.

3.16 Justifica la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:

a) Los metales alcalinos no reaccionan con los halgenos.

b) Los halgenos reaccionan con la mayora de los metales, formando sales inicas.

c) En la molcula 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 ah que se conduzca la corriente elctrica.

4

a) Falso. Los elementos se unen con el fin de ser ms estables. Esto lo consiguen completando su ltima capa. As, los metales alcalinos cedern un electrn al halgeno pasando a tener ambos configuracin electrnica de gas noble.

Sea M: metal alcalino; G y G: gases nobles y X: halgeno [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 halgeno capturar los electrones cedidos por el primero, formndose un par de iones que se atraen por fuerzas elctricas generando un cristal inico.

c) Falso. Existe enlace inico entre los iones Ag+ y el ion NO 3 , y enlace covalente entre el nitrgeno y el oxgeno de este oxoanin.

d) Falso. Es una disolucin de plata en mercurio. No existe movimiento de electrones. Si fuese as, uno se oxidara y el otro se reducira.

3.17 Para las siguientes especies qumicas: F2, NaCl, CsF, H2S, AsH3 y SiH4, explica razonadamente: a) Cules tendrn enlaces covalentes puros. b) Cules presentan enlaces covalentes polares. c) Cules tendrn enlaces inicos. d) Cul ser el enlace con mayor carcter inico. 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 tomos de no metales iguales. El nico que cumple esta condicin es la molcula de flor: F2.

b) Se establecen al unirse tomos de no metales distintos. Son H2S, AsH3 y SiH4. La distinta electronegatividad entre el hidrgeno y el arsnico o silicio es tan pequea 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 carcter inico es aquel que posee tomos con la mayor diferencia de electronegatividades. Ser 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) Nquel c) Cloruro de calcio d) Trixido de dicloro

a) Enlace inico. El cesio pierde su electrn ms externo formndose el catin Cs+ y el yodo lo captura, dando el ion yoduro l-. Ambos iones se atraen por fuerzas de carcter elctrico.

b) Enlace metlico. Los tomos de nquel se unen a travs 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 inico. 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 tomos no metlicos 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 energa. Justifica tu eleccin.

La curva a se corresponde con una situacin antienlazante. Ser la de la especie Xe2, ya que el xenn es un gas noble, por lo que no tiene tendencia a formar enlaces. La molcula es ms inestable que los tomos por separado.

Las dos curvas que se corresponden con una situacin enlazante son de las sustancias I2 y CaO. La distancia internuclear de la molcula de yodo es igual al doble del radio del tomo de yodo, mientras que en el CaO es la suma del radio del catin ms el radio del anin que son valores distintos. As b se corresponde con I2 y la curva c con CaO.

3.20 Calcula la electrovalencia del titanio y del oxgeno al formar la especie inica en la que los dos iones cumplen la regla del octeto. Busca informacin sobre esta sustancia en la siguiente direccin de internet: www.e-sm.net/q2bach24 Tomando en cuenta que el nmero atmico Z es el nmero de protones y que en un tomo neutro el nmero de protones es igual al nmero de electrones, se establece su configuracin electrnica:

Z (O) = 8 [O]: 1s2 2s2 2p4 Z (Ti) = 22 [Ti]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2

Para completar el octeto, el oxgeno ganar dos electrones (electrovalencia 2) pasando a tener configuracin:

[O2- ]: 1s2 2s2 2p6 [Ne] El titanio perder, 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. Sabras decir cul es?

MgF2, PbI2, ZrO2, CsCl

Se trata del ion Pb2+ en el PbI2. La configuracin electrnica del Pb es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p2 El catin Pb2+ proviene del tomo 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 inico. Redes inicas

3.22 En una red inica.

a) Calcula el ndice de coordinacin para cada ion si la sustancia cristaliza en un sistema cbico centrado en el cuerpo. Pon un ejemplo de esta sustancia.

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

a) El ndice de coordinacin es el nmero de iones de igual carga que rodean a otro de carga contraria. Un ejemplo sera el CsCl: el ndice de coordinacin tanto del anin como del catin es 8.

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

N. cationes = 1 ion Cs+

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

por celda es: 1818 = ion Cl-.

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

a) El compuesto que se formar entre A y B, es inico o covalente?

b) Cul es la frmula ms sencilla del compuesto formado al unirse A y B?

a) Basndonos en las configuraciones electrnicas, A es un elemento del tercer perodo (n = 3) y del grupo de los alcalinotrreos (ns2). Se trata, por tanto, del metal magnesio. B pertenece tambin al tercer perodo y al grupo de los anfgenos. Es el S (no metal). Al ser elementos con una diferencia de electronegatividades mayores a 2, formarn un enlace de tipo inico.

b) El metal ceder los dos electrones del orbital 3s, formando el catin Mg2+ y alcanzando configuracin de gas noble [Ne]. El azufre ganar esos dos electrones formando el ion S2-, de esta manera tambin alcanzar la configuracin de gas noble [Ar]. La frmula ms sencilla ser MgS.

3.24 Justifica la veracidad o falsedad de la siguiente afirmacin: El enlace inico no es direccional.

Verdadero. El enlace inico es una interaccin electrosttica entre cargas de distinto signo que se propagan por definicin en todas las direcciones del espacio, de ah que no sea direccional.

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

a) Qu tipo de enlace se podr formar entre A y B?

b) Cul ser la frmula del compuesto resultante?

a) Mediante sus configuraciones electrnicas: [A]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 [B]: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 deducimos que A pertenece al cuarto perodo y al grupo de los metales alcalinotrreos (ns2); ser el calcio. B tambin pertenece al cuarto perodo, pero es un halgeno (ns2 np5); corresponde al bromo. El calcio (metal alcalinotrreo) se une al bromo (no metal), que posee una diferencia de electronegatividad superior a 2, por lo que el enlace que formarn ser inico. El calcio ceder los dos electrones situados en el orbital 4s formando el ion Ca2+, mientras que el bromo acepta un electrn 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 inicas son elctricamente neutras, por cada catin divalente Ca2+ deben existir dos aniones monovalentes Br-. As, la frmula emprica es la que indica los elementos que forman la sustancia y la mnima proporcin es CaBr2, que no es una molcula sino una red infinita.

7

3.26 Calcula el ndice de coordinacin del catin y el anin que constituyen el rutilo (TiO2).

Sabiendo que el ndice de coordinacin del catin es el nmero de aniones que rodean a un mismo catin y el ndice de coordinacin del anin es el nmero de cationes que lo rodean, para el rutilo tenemos:

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

ENERGA RETICULAR. CICLO DE BORN-HABER

3.27 Determina la entalpa de sublimacin del yodo a partir de los datos siguientes:

Hd (I2) = 144 kJ mol-1; Hs (Pb) = 178 kJ mol-1; Hf (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 energa reticular:

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

b) Cuanto ms negativa es la energa reticular de un compuesto, ms favorecida se ve la formacin del mismo.

c) La energa reticular depende exclusivamente del sistema de cristalizacin de la sustancia inica.

d) Cuanto mayor sea la energa reticular de un cristal, mayor ser su punto de fusin.

e) La energa reticular se mide en kJ.

a) Falso. Aumenta con el valor de la carga del anin y del catin.

b) Verdadero. Un compuesto se forma si su entalpa de formacin es negativa, y si aplicamos el ciclo de Born-Haber a cualquier cristal inico se ve que las nicas contribuciones menores que 0 son la afinidad electrnica y la energa reticular. As, cuanto ms negativa sea esta ltima, ms fcil es que la entalpa de formacin sea menor que 0.

c) Falso. Adems de depender de los radios de los iones que definen la red cristalina, es tambin funcin de la carga de los mismos.

d) Verdadero. Cuanto mayor sea en valor absoluto la energa reticular, ms estable es el cristal formado y mayores puntos de fusin y ebullicin tendr, ya que se deben romper enlaces inicos.

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

OxgenoTitanio

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

(Pb)HS

HF

(I2)HS

Pb (g) + I2 (g)

Pb+ (g) + 2I (g)

EI1U

HD

Pb2+ (g) + 2I_ (g)

EI2 2E

8

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

Hs (Na) = 108,7 kJ mol-1; Hf (NaCl) = 411kJ mol-1; EI = 493,7 kJ mol-1; AE = 349,2 kJ mol-1; Hd (Cl2) = 242 kJ mol-1

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

Por el ciclo de Born-Haber:

HF = HS + EI + 21 HD + AE + U

Sustituyendo los datos y despejando U:

U = 785,2 kJ mol-1 Calculamos el valor de U a partir de la ecuacin de Born-Land:

=

n11A

dQqKNU A

Sustituimos los datos:

=

911748,1101081,2

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

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

3.30 De las siguientes grficas, seala cul se corresponde con el proceso de formacin de un cristal estable.

La primera grfica representa el proceso de formacin de un cristal ms estable que los elementos de los que proviene, ya que su contenido energtico es menor.

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS INICOS

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

La sustancia que posee una alta energa reticular poseer tambin un alto punto de fusin. Sabiendo que la energa reticular aumenta con la carga de los iones y con la disminucin de la distancia inica, tenemos: todas las sales poseen la misma carga del catin (+2) y del anin (1), por lo que la energa reticular solo ser funcin de la distancia inica. Al ser en todas el mismo anin (Cl-), la energa reticular ser inversamente proporcional al radio catinico. Todos son cationes de elementos alcalinotrreos. Al bajar en un mismo grupo, el radio inico aumenta, por lo que la energa reticular seguir el orden:

MgCl2 > CaCl2 > SrCl2 > BaCl2

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

Na (s) + CI2 (g) NaCl

HS

HF

HS

Na (g) + CI (g)

Na+ (g) + CI_ (g)

EIU

E

12

12

( I ) ( II )

E E

Elementos

Cristalinico

Cristalinico

Elementos

9

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

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

b) Su conductividad elctrica.

c) Su solubilidad en agua.

a) RbF y CsCl son sustancias inicas, por lo que poseen altos puntos de fusin y se encuentran en estado slido a 25 C y 1 atm. El carbono en forma diamante tambin ser slido, al ser un slido covalente que forma redes infinitas. El tetracloruro de carbono es una sustancia molecular. Su estado en las condiciones indicadas es lquido.

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

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

3.33 Indica cules de las propiedades siguientes se corresponden con una sustancia inica:

a) La transmisin de la corriente elctrica va acompaada de transporte de materia.

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

c) A temperatura ambiente es un slido duro, pero frgil.

d) Se dilata con facilidad.

e) La electrlisis de sus sales disueltas o fundidas permite la obtencin de metales.

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

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

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

d) Falso, ya que supondra debilitar enlaces inicos.

e) Verdadero. El catin captura electrones obtenindose 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 elctrica a temperatura ambiente.

c) Si tienen elevados puntos de fusin.

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

b) nicamente el nquel conducir la corriente elctrica, ya que la sustancia inica a esa temperatura es slida y, por tanto, aislante.

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

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

Sabras decir cul es y justificar este comportamiento? Una sustancia inica se disuelve si la entalpa de solvatacin es mayor que la energa de red (ambas en valor absoluto). Adems la energa reticular aumenta con la carga de los iones y con la disminucin de la distancia interinica.

MX (s)

M+ (g) + X_ (g)

M+ (aq) + X_ (aq) H disolucin

H sol

u. (M

+ )

H sol

u. (X_ )_U

10

Por la ley de Hess:

Hdisolucin= -U + Hsolv (M+) + Hsolv (X-) Se disuelve si Hdisolucin < 0 Por tanto, cuanto ms negativa sea la entalpa de solvatacin, Hsolv., ms soluble ser, y cuanto menor sea la energa reticular en valor absoluto, ms fcilmente se disolver. La energa reticular depende de las cargas de los iones, que en nuestras sustancias son iguales, y de la distancia interinica. As, el de menor distancia es el LiF, ya que en l el radio del anin y el radio del catin son los ms pequeos. Si solo existe una sustancia insoluble, tendr que ser esta sal.

3.36 Justifica razonadamente el aumento observado en la dureza de los xidos de los metales alcalinotrreos 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 energa reticular. Esta sigue el siguiente orden:

UBaO < USrO < UCaO < UMgO < UBeO

ya que es en este sentido en el que disminuye la distancia interinica. A mayor energa reticular, ms difcil de rayar, ya que esto supondra la ruptura de enlaces inicos.

3.37 Basndote en la siguiente tabla, justifica cules de las sustancias son slidos inicos y, de ellas, cul crees que ser ms soluble en agua.

Conductor Compuesto PF (C) Slido Lquido

Ag 825 S S MgO 2 852 No S

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

Son slidos inicos el MgO y el NaCl, ya que poseen altos puntos de fusin y solamente conducen la electricidad en estado lquido. De los dos, se espera que sea ms soluble el cloruro de sodio, ya que la solubilidad aumenta cuanto menor es la energa reticular:

Hdisolucin= U + Hsolv (M+) + Hsolv (X-) Se disuelve si:

Hdisolucin < 0 Un valor alto de energa reticular desfavorece la disolucin y sabemos que depende de la carga de los iones y de la distancia interinica.

En el MgO la carga tanto del catin como del anin es el doble que la del NaCl. Adems, la distancia interinica es menor tambin, 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 dixido de silicio, elige: las que forman estructuras gigantes; las que conducen la corriente elctrica solamente en estado lquido y las que poseen altos puntos de fusin y ebullicin.

Son las sustancias inicas las que cumplen todas esas propiedades. De todas, la nica que posee enlace inico es el bromuro de sodio.

LOS METALES Y SUS PROPIEDADES

3.39 Indica si las afirmaciones siguientes son correctas:

a) El cobre es inico porque conduce la corriente elctrica.

b) Los metales son tenaces.

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

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

a) Falso, es metlico. Pueden conducir la corriente elctrica los metales y los compuestos inicos, pero estos solo fundidos o en disolucin.

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

c) Falso. Los compuestos inicos son quebradizos, pero los metlicos no.

d) Falso. En la red metlica los electrones se mueven por toda la nube electrnica; en los compuestos inicos son iones negativos los que estn en posiciones estructurales con los positivos.

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

existe entre la situacin de las cargas en un cristal de cloruro sdico y uno de un metal, como el oro, que presente una estructura cbica?

En el cristal inico la estructura la construyen los iones positivos y negativos, mientras que en el metlico la estructura se construye con los cationes y los electrones. Son partculas mviles en la red.

Presin

Presin

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3.41 Indica, de las dos afirmaciones siguientes, cul es la opcin correcta, y justifica tu eleccin:

a) Si una sustancia conduce la corriente elctrica, ser una sustancia metlica.

b) Si una sustancia slida conduce la corriente elctrica, ser un metal.

a) Es falsa, pues los slidos inicos tambin conducen la electricidad cuando estn disueltos o fundidos.

b) Es verdadera, pues especifica que est en entado slido.

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). Qu 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 lminas como el rollo de papel.

3.43 Muchos de los trajes tpicos de Espaa, como los de la Comunidad Valenciana, se confeccionan con hilos de oro finsimos. Cmo es posible que se obtengan hilos tan finos como para poder coserlos? Explica la propiedad que permite este hecho, ayudndote de un dibujo-esquema de la situacin a nivel microscpico. El oro, como todos los metales, es dctil, esto es, se puede estirar en forma de hilos. Esto es posible porque cuando ejercemos una presin sobre el slido se desplazan los iones positivos de la estructura, pero siguen encontrando una situacin semejante, sin repulsiones.

3.44 Normalmente, casi todos los metales tienen un brillo metlico caracterstico. Indica:

a) A qu se deben estos destellos de luz?

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

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

a) El brillo tpico de los metales se debe a que captan y emiten fcilmente las radiaciones electromagnticas.

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

c) Eliminamos la capa de xido con productos qumicos 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 fcil absorcin y emisin de energa, indica:

a) Por qu el color se acerca tanto al blanco?

b) Observa un anillo de oro. Qu color presenta cuando incide la luz? Por qu se produce esta diferencia de coloracin con la plata?

a) Como absorbe y emite fcilmente la radiacin, absorbe y emite todos los colores, por lo que veo una luz casi blanquecina (tpica 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 s se emite de nuevo.

3.46 Basndote en si conducen o no la electricidad, qu tres tipos de sustancias conoces? Pon un ejemplo de cada una y menciona una aplicacin 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 recin cortado tiene brillo metlico, pero, al cabo de un tiempo, se vuelve blanquecino:

a) A qu crees que se debe este hecho?

b) Escribe la ecuacin que ocurre.

c) Qu tipo de compuesto se ha formado?

d) Para que no se estropee, se guarda sobre un lquido. Es agua? Por qu? Qu lquido sera ptimo para conservarlo?

a) Reacciona con el oxgeno del aire para dar xido de sodio, ms oscuro, y forma una capa.

b) 2 Na (s) + O2 (g) 2 NaO (s) c) Inico.

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

3.48 Por qu los metales son mejores conductores de la electricidad que los compuestos inicos?

Los electrones del metal son mviles, mientras que los compuestos inicos hay que fundirlos o disolverlos para que posean cargas mviles, que sern, en todo caso, ms grandes y difciles de desplazarse que los electrones.

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

Propiedad A B

Punto de fusin Variable Alto

Conductividad elctrica de la sustancia pura S En estado fundido

Solubilidad en CCl4 No No

Solubilidad en agua No S

a) Basndote en ellas, clasifica las sustancias segn 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 slido inico.

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

a) Indica el nombre de cada una. b) Explica con pocas palabras qu diferencia existe entre ambas bandas.

a) Banda de valencia y banda de conduccin.

b) La banda de valencia es la ltima capa completa. La banda de conduccin es una banda semillena con movilidad de electrones en ella o bien una banda vaca 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 inicas, covalentes y metlicas: nitrgeno gas, fluorita, agua, cobre, sal comn, iridio, diamante, cuarzo.

a) Clasifcalas segn ese criterio. Puedes ayudarte visitando la pgina siguiente:

www.e-sm.netq2bach25

b) En esta pgina encontrars un modelo interactivo de enlace metlico. Qu te llama la atencin respecto a los electrones?

c) Prueba a deformarlo con el modelo y explica por qu sern tenaces los metales.

d) Prueba tambin el modelo interactivo de enlace inico y contesta a las preguntas del modelo.

a) El nitrgeno es una sustancia molecular covalente; la fluorita, un slido inico; el agua, una sustancia covalente molecular; el cobre es un metal; el cloruro de sodio (sal comn) es un compuesto inico; el iridio, un metal; el diamante, un slido covalente que forma redes; y el cuarzo tambin es un slido 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 podr deformarse sin romperse.

d) Soluciones: 1 electrn/ ceder/ 7 electrones/ tomar/ enlace inico.

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PROBLEMAS DE SNTESIS

3.52 Dados los elementos A y B de la tabla peridica, con nmeros atmicos 35 y 37 respectivamente:

a) Escribe sus configuraciones electrnicas.

b) Indica razonadamente a qu grupo y perodo pertenecen.

c) Indica razonadamente cul es el elemento de mayor afinidad electrnica.

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

e) El compuesto formado, conducir la electricidad? En qu condiciones?

f) En qu tipo de disolventes ser soluble? Razona tu respuesta.

g) Cmo sern sus puntos de fusin y ebullicin? Razona tu respuesta.

h) Ser duro? Razona tu respuesta.

i) Qu compuestos formar B consigo mismo?

j) Cul ser ms 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 perodo. Es el bromo.

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

c) La afinidad electrnica crece hacia la izquierda en los perodos y hacia arriba en los grupos del sistema peridico, luego el elemento A, el bromo, tendr una mayor afinidad electrnica.

d) El elemento A y el elemento B tendrn electronegatividades muy diferentes; por tanto, darn lugar a un enlace inico y la frmula del compuesto formado sera BA.

e) Solo conducir la electricidad disuelto o fundido porque entonces existir movilidad de cargas.

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

g) Tendr altos puntos de fusin y ebullicin, como corresponde a un compuesto inico.

h) Son duros, es decir, difciles de rayar, porque supondra la ruptura, mediante presin, de algunos enlaces inicos.

i) Enlace metlico.

j) Ser ms conductor el elemento A, pues es un metal y, por tanto, en estado slido posee electrones mviles.

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0102

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