Relación entre Enlace Químico, Estructura Molecular y Propiedades Físicas

Estudio de Enlaces, Estructura y Propiedades Físicas de Compuestos Químicos

Sección 2A: Identificación de Sustancias y Propiedades

b) Identificación y Estructura

• La sustancia AY es HCl (ácido clorhídrico). Posee un enlace covalente al ser ambos no metales. Su estructura es molecular. Es una molécula polar. Las fuerzas intermoleculares existentes son entre dipolos permanentes y fuerzas de dispersión (London).
• La sustancia XY es LiCl (cloruro de litio). Posee un enlace iónico al ser Li metal y Cl no metal. La estructura es una red cristalina de iones Li⁺ y Cl⁻; no existen moléculas individuales.
• La sustancia Y₂ es Cl₂ (cloro molecular). Posee un enlace covalente al ser un no metal. Su estructura es molecular. Es apolar; solo intervienen fuerzas de dispersión (London).

c) Temperatura de Fusión

La temperatura de fusión está asociada a la intensidad de las fuerzas que mantienen unidas las partículas en la sustancia en estado sólido. Cuanto más intensas sean las fuerzas, mayor será la temperatura (asociada a la energía cinética media de las partículas) necesaria para vencerlas y que se produzca la fusión.

El orden de mayor a menor temperatura de fusión es:

1. LiCl (cristal iónico, fuerzas electrostáticas muy intensas).
2. HCl (molécula polar, fuerzas dipolo-dipolo).
3. Cl₂ (molécula apolar, solo fuerzas de dispersión débiles).

Sección 2B: Geometría Molecular, Polaridad y Solubilidad

a) Geometría y Hibridación

La geometría molecular se determina mediante la Teoría de Repulsión de Pares de Electrones de la Capa de Valencia (TRPECV):

• CO₂ (Dióxido de Carbono):
  • Tiene 2 nubes electrónicas rodeando el átomo de C (dos enlaces dobles, sin pares de electrones no compartidos).
  • Según TRPECV, se disponen en direcciones opuestas, siendo el ángulo 180º.
  • Geometría: Lineal.
  • Hibridación del átomo de carbono: sp.
• CH₃Cl (Clorometano):
  • Hay cuatro grupos de electrones rodeando el átomo central de carbono que forman cuatro enlaces simples.
  • Geometría: Tetraédrica (ángulo ≈ 109,5º).
  • Hibridación del átomo central de carbono: sp³.
• CH₃OH (Metanol):
  • Alrededor del Carbono: Cuatro grupos de electrones que se disponen en los vértices de un tetraedro. Geometría: Tetraédrica (ángulo ≈ 109,5º). Hibridación: sp³.
  • Alrededor del Oxígeno: Cuatro grupos de electrones (dos pares enlazantes y dos pares no enlazantes). Geometría: Angular.

b) Polaridad y Fuerzas Intermoleculares (FIM)

• CO₂: Es una molécula apolar, ya que, aunque los enlaces son polares, la geometría lineal de la molécula cancela los momentos dipolares. Como FIM, presenta únicamente fuerzas de dispersión o de London.
• CH₃Cl: Es una molécula polar, ya que sus enlaces son polares y la geometría de la molécula no cancela la polaridad. FIM: dipolo permanente y de dispersión.
• CH₃OH: Es una molécula polar, ya que sus enlaces son polares y la geometría de la molécula no cancela la polaridad. FIM: enlace de hidrógeno, dipolo permanente y de dispersión.

c) Solubilidad en Agua

CH₃OH (Metanol) será la más soluble en agua al ser polar y, crucialmente, por su capacidad de formar enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua.

d) Temperatura de Ebullición

La temperatura de ebullición está asociada a la intensidad de las fuerzas que mantienen unidas las partículas en la sustancia en estado líquido. Cuanto más intensas sean las fuerzas, mayor será la temperatura necesaria para vencerlas y que se produzca la vaporización.

El orden de mayor a menor temperatura de ebullición es:

1. CH₃OH: Posee enlace de hidrógeno, que son las fuerzas intermoleculares más intensas.
2. CO₂: Es apolar y tiene las fuerzas intermoleculares menos intensas (solo London).

Propiedades Periódicas Fundamentales

A continuación, se definen las principales propiedades periódicas utilizadas para describir el comportamiento atómico:

Radio Atómico

El radio atómico es la distancia entre el núcleo del átomo y su electrón (e⁻) más externo (orbital > 90%).

Energía de Ionización (I)

Es la energía mínima (W = E₀ = h · ν₀) que hay que proporcionar a un átomo en estado gaseoso y fundamental para arrancar un electrón (e⁻) (sin energía cinética) de su capa de valencia.

Afinidad Electrónica (A)

Es la energía mínima que cede o absorbe un átomo que se encuentra en estado gaseoso y fundamental cuando capta un electrón (e⁻).

Electronegatividad (χ)

Es la tendencia relativa de un átomo a atraer hacia sí los pares de electrones (e⁻) compartidos en un enlace.