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Fuerzas intermoleculares y propiedades
Teoría
2022 · Extraordinaria · Reserva
B3
Examen

Justifique:

a) ¿Qué compuesto tendrá mayor dureza, LiBr\ce{LiBr} o KBr\ce{KBr}?b) ¿Qué tipo de fuerzas hay que vencer para vaporizar agua?c) ¿Por qué la longitud del enlace CC\ce{C-C} va disminuyendo en la serie etano-eteno-etino?
Enlace iónicoFuerzas intermoleculares
a) El LiBr\ce{LiBr} tendrá mayor dureza. La dureza en compuestos iónicos se relaciona directamente con la energía reticular. La energía reticular es directamente proporcional al producto de las cargas de los iones e inversamente proporcional a la suma de sus radios iónicos. Tanto el LiBr\ce{LiBr} como el KBr\ce{KBr} están formados por iones con cargas idénticas (LiX+\ce{Li+} y KX+\ce{K+} tienen +1, y BrX\ce{Br-} tiene -1).

Para comparar la dureza, se debe analizar el tamaño de los cationes LiX+\ce{Li+} y KX+\ce{K+}. El ion LiX+\ce{Li+} es más pequeño que el ion KX+\ce{K+}. Esto se debe a que Li\ce{Li} tiene su electrón diferenciador en el nivel energético n=2n=2, mientras que K\ce{K} lo tiene en el nivel n=4n=4. A pesar del aumento de la carga nuclear (ZZ) de Li\ce{Li} a K\ce{K}, el aumento de los niveles electrónicos y del apantallamiento (SS) de los electrones internos en K\ce{K} hace que el radio iónico del KX+\ce{K+} sea mayor que el del LiX+\ce{Li+}. Al ser el radio del LiX+\ce{Li+} menor, la distancia internuclear en el LiBr\ce{LiBr} es menor que en el KBr\ce{KBr}, lo que resulta en fuerzas electrostáticas de atracción más intensas y, por lo tanto, una mayor energía reticular. Una mayor energía reticular implica una mayor dureza.

b) Para vaporizar agua hay que vencer las fuerzas intermoleculares que mantienen unidas las moléculas de agua en estado líquido. Las moléculas de agua (HX2O\ce{H2O}) son polares y pueden formar enlaces de hidrógeno debido a que el oxígeno, un átomo muy electronegativo, está unido directamente a átomos de hidrógeno. También presentan interacciones dipolo-dipolo y fuerzas de dispersión de London. La fuerza intermolecular dominante y más fuerte en el agua son los enlaces de hidrógeno. No se rompen los enlaces covalentes intramoleculares OH\ce{O-H} al vaporizar el agua, solo las interacciones entre moléculas.c) La longitud del enlace CC\ce{C-C} disminuye en la serie etano-eteno-etino debido al aumento del orden de enlace y al cambio en la hibridación de los átomos de carbono.

En el etano (CX2HX6\ce{C2H6}), el enlace CC\ce{C-C} es un enlace simple, con un orden de enlace de 1. Los átomos de carbono tienen hibridación sp3sp^3. En el eteno (CX2HX4\ce{C2H4}), el enlace C=C\ce{C=C} es un enlace doble, con un orden de enlace de 2. Los átomos de carbono tienen hibridación sp2sp^2. En el etino (CX2HX2\ce{C2H2}), el enlace CC\ce{C#C} es un enlace triple, con un orden de enlace de 3. Los átomos de carbono tienen hibridación spsp.A medida que aumenta el número de pares de electrones compartidos (el orden de enlace), la atracción entre los núcleos de carbono se intensifica, lo que los acerca y disminuye la longitud del enlace. Además, el carácter s de los orbitales híbridos aumenta en el orden sp3<sp2<spsp^3 < sp^2 < sp. Un mayor carácter s implica que los electrones de enlace están más cerca del núcleo, resultando en un orbital híbrido más compacto y un enlace más corto y fuerte.