Exercicis: Enllaç iònic, covalent i metàl·lic

A la sal, a l'aigua i al coure els àtoms estan units de tres maneres diferents.

1. a) Descriu què passa amb els electrons de valència en l'enllaç iònic, en el covalent i en el metàl·lic.
2. b) Utilitza els termes «transferència», «compartició» i «deslocalització» en la teva resposta.
3. c) Associa cadascuna de les tres substàncies de l'enunciat amb el seu tipus d'enllaç.

La sal comuna, $\text{NaCl}$, està formada per ions ordenats en un cristall.

1. a) Explica què els passa als electrons de valència del sodi i del clor quan es forma el compost.
2. b) Quines partícules formen la sal i quina força les manté unides?
3. c) Dibuixa al teu quadern un trosset de la xarxa cristal·lina alternant ions $\text{Na}^{+}$ i $\text{Cl}^{-}$.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Una molècula d'aigua, $\text{H}_2\text{O}$, conté un àtom d'oxigen unit a dos àtoms d'hidrogen.

1. a) Quin tipus d'enllaç uneix l'oxigen amb els hidrògens?
2. b) Quants enllaços hi ha a la molècula i quants electrons comparteix l'oxigen en total?
3. c) Quants electrons aporta cada àtom d'hidrogen al seu enllaç?

Un clau de ferro és un tros de metall format únicament per àtoms de $\text{Fe}$.

1. a) Explica en què consisteix el «mar d'electrons» de l'enllaç metàl·lic.
2. b) Què significa que els electrons estan deslocalitzats?
3. c) Si els electrons compartits desapareguessin, com interactuarien entre si els cations de ferro? Raona per què es diu que el mar d'electrons és la «cola» del metall.

Classifica les substàncies següents segons el tipus d'enllaç que hi predomina, justificant cada resposta a partir dels elements que es combinen:

1. a) $\text{MgO}$, l'òxid de magnesi dels antiàcids.
2. b) $\text{CO}_2$, el gas de les bombolles dels refrescos.
3. c) $\text{Cu}$, el metall dels cables.
4. d) $\text{NH}_3$, l'amoníac dels productes de neteja.
5. e) $\text{KBr}$, una sal emprada en fotografia.
6. f) $\text{N}_2$, el gas majoritari de l'aire.

Unes substàncies formen xarxes cristal·lines i d'altres formen molècules.

1. a) Explica la diferència entre ambdues estructures.
2. b) Posa un exemple de substància que formi una xarxa cristal·lina i un altre de substància molecular.
3. c) En quin dels dos casos té sentit parlar d'«una molècula» aïllada? Raona la resposta.

El diamant és carboni pur. En ell, cada àtom de carboni està unit a quatre àtoms de carboni més formant una estructura tridimensional contínua.

1. a) Quin tipus d'enllaç uneix els àtoms de carboni entre si?
2. b) És el diamant una substància molecular o una xarxa cristal·lina?
3. c) Quants enllaços forma cada àtom de carboni?

L'electronegativitat mesura la força amb què un àtom atrau cap a si els electrons d'un enllaç; els metalls tenen electronegativitat baixa i els no-metalls, alta.

1. a) Completa la regla pràctica: metall + no-metall → enllaç ...; no-metall + no-metall → enllaç ...; metall + metall → enllaç ....
2. b) Justifica cada cas pensant en qui «estira» més dels electrons.

L'òxid de magnesi, $\text{MgO}$, és el principi actiu d'alguns antiàcids estomacals. Dades: $Z(\text{Mg}) = 12$, $Z(\text{O}) = 8$.

1. a) Escriu les configuracions electròniques dels àtoms de magnesi i d'oxigen i les dels ions que formen.
2. b) Explica, a partir de les càrregues d'aquests ions, per què la fórmula del compost és $\text{MgO}$ i no $\text{Mg}_2\text{O}$ ni $\text{MgO}_2$.
3. c) Amb quin gas noble és isoelectrònic cada ió?

Escriu la fórmula del compost iònic que formen les parelles d'ions següents, sabent que el conjunt ha de ser elèctricament neutre:

1. a) $\text{Ca}^{2+}$ i $\text{Cl}^{-}$, la sal de desglaç de les carreteres.
2. b) $\text{Al}^{3+}$ i $\text{O}^{2-}$, la capa d'òxid que protegeix l'alumini.
3. c) $\text{Na}^{+}$ i $\text{S}^{2-}$.

En cada cas, indica quants ions de cada classe fan falta i comprova que la càrrega total és zero.

El diòxid de carboni, $\text{CO}_2$, l'exhalem en respirar i l'absorbeixen les plantes. Dades: $Z(\text{C}) = 6$, $Z(\text{O}) = 8$.

1. a) Calcula el nombre total d'electrons de valència de la molècula.
2. b) Sabent que el carboni forma un doble enllaç amb cada oxigen, dibuixa al teu quadern el diagrama de Lewis de la molècula.
3. c) Quants parells d'electrons comparteix el carboni? Comprova que compleix la regla de l'octet.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

L'amoníac, $\text{NH}_3$, dona la seva olor característica a molts netejadors. Dades: $Z(\text{N}) = 7$, $Z(\text{H}) = 1$.

1. a) Calcula el nombre total d'electrons de valència de la molècula.
2. b) Dibuixa al teu quadern el seu diagrama de Lewis.
3. c) Quants parells d'electrons compartits i quants parells solitaris presenta el nitrogen?

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Ningú no ha aïllat mai «una molècula de sal»: el $\text{NaCl}$ forma una xarxa cristal·lina cúbica en la qual cada ió està envoltat per sis ions de signe contrari.

1. a) Explica per què, per als compostos iònics, parlem d'«unitat fórmula» i no de molècula.
2. b) Què representa llavors la fórmula $\text{NaCl}$?
3. c) Dibuixa al teu quadern una capa de la xarxa, alternant ions $\text{Na}^{+}$ i $\text{Cl}^{-}$.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Classifica l'enllaç de cada substància i indica si forma molècules o xarxa cristal·lina, justificant-ho:

1. a) El bronze de les campanes, un aliatge de coure i estany.
2. b) La sorra de la platja, $\text{SiO}_2$.
3. c) El fluorur de sodi dels dentifricis, $\text{NaF}$.
4. d) El nitrogen de l'aire, $\text{N}_2$.
5. e) El clorur de calci de la sal de desglaç, $\text{CaCl}_2$.

Amb aquests valors d'electronegativitat: $\text{Na} = 0,9$, $\text{Cl} = 3,0$, $\text{H} = 2,1$, $\text{O} = 3,5$, $\text{C} = 2,5$ i $\text{Mg} = 1,2$; i la regla pràctica que una diferència d'electronegativitat $\Delta\text{EN} > 1,7$ correspon a un enllaç predominantment iònic. Els valors d'electronegativitat es representen sobre una escala a la figura.

1. a) Calcula $\Delta\text{EN}$ per als enllaços de $\text{NaCl}$, $\text{H}_2\text{O}$ (enllaç $\text{O}-\text{H}$), $\text{CO}_2$ (enllaç $\text{C}-\text{O}$) i $\text{MgO}$.
2. b) Classifica cada enllaç com a predominantment iònic o covalent.
3. c) Explica per què l'enllaç $\text{O}-\text{H}$, tot i ser covalent, es diu que és «polar».

El nitrogen de les bosses de patates fregides protegeix l'aliment perquè és un gas molt poc reactiu. Les molècules $\text{H}_2$, $\text{O}_2$ i $\text{N}_2$ tenen, respectivament, un enllaç simple, un de doble i un de triple.

1. a) Dibuixa al teu quadern el diagrama de Lewis de les tres molècules.
2. b) Quants electrons es comparteixen en cadascuna?
3. c) Raona per què el triple enllaç del $\text{N}_2$ el converteix en un gas tan inert que s'utilitza com a atmosfera protectora.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

Quan una cinta de magnesi crema a l'aire no només es forma $\text{MgO}$: també apareix nitrur de magnesi, $\text{Mg}_3\text{N}_2$. Dades: $Z(\text{Mg}) = 12$, $Z(\text{N}) = 7$.

1. a) Escriu les configuracions electròniques dels dos àtoms i dels ions $\text{Mg}^{2+}$ i $\text{N}^{3-}$.
2. b) Justifica la fórmula $\text{Mg}_3\text{N}_2$ comprovant que la càrrega total del compost és nul·la.
3. c) Amb quin gas noble és isoelectrònic cada ió? Comenta què té de particular aquesta situació.

Un laboratori analitza dues substàncies desconegudes. La substància A fon a $770\ \celsius$, no condueix el corrent en estat sòlid, però sí fosa o dissolta en aigua, i és molt soluble. La substància B bull a $-161\ \celsius$, no condueix en cap estat i és insoluble en aigua.

1. a) Dedueix, justificant-ho, quin tipus d'enllaç predomina en cada substància.
2. b) Proposa una substància coneguda que pugui correspondre a cadascuna.
3. c) Explica, a partir de l'estructura de cadascuna, la dada de la conductivitat elèctrica.

El diamant i la sal comuna són ambdós xarxes cristal·lines amb punts de fusió altíssims i, tanmateix, es comporten de manera molt diferent.

1. a) Explica quines partícules ocupen els nusos de cada xarxa i quines forces les mantenen unides.
2. b) La sal fosa condueix l'electricitat, però el diamant sòlid no la condueix: explica la diferència fixant-te en els electrons de cada estructura.
3. c) Raona per què ambdues substàncies fonen a temperatures tan altes malgrat que els seus enllaços són de naturalesa diferent.

L'elèctrode negatiu de les bateries de liti dels mòbils és de grafit. En el grafit, cada carboni s'uneix només a tres carbonis més, formant capes d'hexàgons, i el seu quart electró de valència queda deslocalitzat al llarg de tota la capa.

1. a) Dibuixa al teu quadern l'estructura d'una capa de grafit.
2. b) Explica per què el grafit condueix l'electricitat encara que l'enllaç entre els seus àtoms sigui covalent.
3. c) Assenyala l'analogia entre els electrons deslocalitzats del grafit i el mar d'electrons d'un metall.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

A l'aigua cal distingir dues classes de forces: els enllaços covalents $\text{O}-\text{H}$ dins de cada molècula, molt forts, i les forces entre molècules (enllaços d'hidrogen), molt més febles. Observa l'esquema:

1. a) Explica la diferència entre forces intramoleculars i intermoleculars.
2. b) Per fer bullir aigua, quines forces cal vèncer? I per descompondre-la en $\text{H}_2$ i $\text{O}_2$?
3. c) Utilitza l'anterior per explicar per què l'aigua bull a només $100\ \celsius$ però descompondre-la químicament exigeix temperatures altíssimes o una electròlisi.

La molècula de $\text{CO}_2$ té $16$ electrons de valència i dos dobles enllaços.

1. a) Comprova, comptant electrons, que amb aquesta estructura el carboni i els dos oxígens compleixen la regla de l'octet.
2. b) Quants parells d'electrons enllaçants i quants parells no enllaçants hi ha a la molècula?
3. c) Aplica el mateix recompte a la molècula de $\text{N}_2$ ($10$ electrons de valència, triple enllaç) i dibuixa ambdós diagrames de Lewis al teu quadern.

Pots fer-ho en paper i enviar una foto amb la teva resposta.

El mercuri és l'únic metall líquid a temperatura ambient i, com el coure o l'alumini, condueix el corrent elèctric.

1. a) Descriu el model de l'enllaç metàl·lic: quines partícules hi ha i com estan organitzades.
2. b) Explica, amb aquest model, per què un metall condueix l'electricitat tant en estat sòlid com líquid.
3. c) El bronze (coure i estany) i l'acer inoxidable (ferro, crom i níquel) també condueixen: explica per què barrejar diversos metalls no «trenca» l'enllaç metàl·lic.

Redacció: «Tres maneres d'unir-se».

1. a) Compara l'enllaç iònic, el covalent i el metàl·lic responent, per a cadascun, a tres preguntes: què passa amb els electrons de valència?, quina estructura es forma, molècules o xarxa?, quin exemple ho il·lustra millor, $\text{NaCl}$, $\text{CO}_2$ o $\text{Fe}$?
2. b) Acaba explicant com es pot predir el tipus d'enllaç a partir de la posició dels elements a la taula periòdica.