Propiedades Físicas de Compuestos Químicos: El Rol Crucial de las Fuerzas Intermoleculares
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Introducción a las Fuerzas Intermoleculares y Propiedades Físicas
Este documento explora cómo las fuerzas intermoleculares influyen en las propiedades físicas de diversas sustancias, como los puntos de fusión y ebullición. A través de ejemplos específicos, se justifican las diferencias observadas en el estado de agregación y la estabilidad térmica de compuestos comunes.
Halógenos: Variación del Estado Físico
¿Por qué en condiciones normales el flúor y el cloro son gases, el bromo es líquido y el yodo es sólido?
Todas estas sustancias son moléculas diatómicas covalentes apolares. Al aumentar el tamaño de las moléculas y su peso molecular, aumenta también la magnitud de las fuerzas intermoleculares, en este caso, las fuerzas de London (dipolo instantáneo-dipolo inducido). Por ello, los puntos de fusión y ebullición aumentan en el siguiente orden:
- Flúor (F2)
- Cloro (Cl2)
- Bromo (Br2)
- Yodo (I2)
Esto explica por qué el flúor y el cloro son gases, el bromo es líquido y el yodo es sólido a temperatura ambiente.
Diamante vs. Yodo: La Naturaleza del Enlace Covalente
¿Cómo se justifica que el diamante tenga un punto de fusión superior a 3350 ºC y el yodo solo 113,4 ºC, cuando ambas sustancias forman enlaces covalentes?
El diamante es un sólido covalente formado por una red tridimensional covalente en la que cada átomo de carbono se puede considerar en el centro de un tetraedro y está unido a otros cuatro átomos mediante enlaces covalentes fuertes. Para fundir el diamante, es necesario romper estos enlaces covalentes, lo que requiere una gran cantidad de energía.
En el caso del yodo, se trata de un sólido covalente molecular. Las moléculas individuales de I-I se unen por fuerzas de dispersión débiles (fuerzas de London). Para fundir el yodo, solo es necesario superar estas fuerzas intermoleculares, no romper los enlaces covalentes dentro de las moléculas, lo que explica su bajo punto de fusión en comparación con el diamante.
Comparación de Puntos de Ebullición en Compuestos Específicos
¿Qué compuesto tiene mayor punto de ebullición: Br2 o ICl?
Los pesos moleculares son similares: Br2 = 160 g/mol e ICl = 162 g/mol. La molécula de bromo (Br2) es una molécula apolar; las fuerzas intermoleculares que posee este compuesto son exclusivamente fuerzas de London (dipolo instantáneo-dipolo inducido).
La molécula de cloruro de yodo (ICl), aunque la diferencia de electronegatividad entre I y Cl es baja, no es apolar. Existe una polaridad inherente debido a esta diferencia de electronegatividad, lo que genera un momento dipolar. Por tanto, además de las fuerzas de London, existen también fuerzas débiles dipolo-dipolo. La presencia de estas fuerzas adicionales hace que el punto de ebullición del ICl sea mayor que el del Br2.
¿Qué compuesto tiene mayor punto de ebullición: Br2 o ICl?
Los pesos moleculares son similares: Br2 = 160 g/mol e ICl = 162 g/mol. La molécula de bromo (Br2) es una molécula apolar; las fuerzas intermoleculares que posee este compuesto son exclusivamente fuerzas de London (dipolo instantáneo-dipolo inducido).
La molécula de cloruro de yodo (ICl), aunque la diferencia de electronegatividad entre I y Cl es baja, no es apolar. Existe una polaridad inherente debido a esta diferencia de electronegatividad, lo que genera un momento dipolar. Por tanto, además de las fuerzas de London, existen también fuerzas débiles dipolo-dipolo. La presencia de estas fuerzas adicionales hace que el punto de ebullición del ICl sea mayor que el del Br2.
¿Qué compuesto tiene mayor punto de ebullición: Br2 o I2?
En este caso, ambas moléculas (Br2 e I2) son apolares; las únicas fuerzas existentes son fuerzas de London. Sin embargo, la molécula de yodo (I2) es de mayor tamaño y peso molecular que el bromo (Br2) y, por tanto, sus fuerzas de London son más importantes. A medida que aumenta el peso molecular, aumenta la magnitud de las fuerzas intermoleculares.
Esto se refleja en sus estados físicos a temperatura ambiente: el bromo es un líquido y el yodo un sólido.
¿Qué compuesto tiene mayor punto de ebullición: H2O o H2S?
En este caso, ambos compuestos tienen pesos moleculares similares (H2O ≈ 18 g/mol, H2S ≈ 34 g/mol). Sin embargo, el agua (H2O) presenta puentes de hidrógeno debido a la gran diferencia de electronegatividad entre el oxígeno y el hidrógeno en el enlace, y a que el oxígeno es un átomo pequeño con pares de electrones no compartidos.
Por tanto, el punto de ebullición del agua es mucho mayor que el del sulfuro de hidrógeno (H2S), que solo presenta fuerzas de London y débiles interacciones dipolo-dipolo. Esto explica por qué el agua es líquida y el sulfuro de hidrógeno es un gas a temperatura ambiente.