Ejercicios: Fuerzas intermoleculares y propiedades físicas de los líquidos

Valentina está repasando para la evaluación de Ciencias Naturales y escribe en su cuaderno: «Los enlaces covalentes y las fuerzas intermoleculares son lo mismo». Explica por qué esta afirmación es incorrecta. Indica dónde actúa cada tipo de fuerza (dentro de una molécula o entre moléculas) y cuál de las dos suele ser más débil.

Observa las siguientes sustancias líquidas: agua ($H_2O$), etanol ($CH_3CH_2OH$) y hexano ($C_6H_{14}$). Cada molécula de agua y de etanol tiene un grupo $-OH$, y el hexano solo tiene átomos de carbono e hidrógeno. Indica cuáles de estas sustancias pueden formar puentes de hidrógeno entre sus propias moléculas y explica en qué se basa tu respuesta.

Santiago deja caer con cuidado una gota de agua sobre una hoja de plástico y observa que la gota conserva una forma casi redonda en lugar de extenderse por completo. Nombra la propiedad del agua que explica este comportamiento y describe con tus palabras qué ocurre con las fuerzas entre las moléculas de la superficie de la gota.

En el laboratorio del colegio, Mariana mide los puntos de ebullición de tres líquidos a nivel del mar y obtiene la siguiente tabla:

Explica por qué el pentano hierve a una temperatura mucho menor que el etanol y el agua. Relaciona tu explicación con la energía que se necesita para separar las moléculas al pasar de líquido a gas.

Samuel prepara dos mezclas en vasos transparentes. En el primero mezcla agua con etanol y obtiene una sola fase. En el segundo mezcla agua con aceite de cocina y observa que se forman dos capas separadas, con el aceite arriba. Explica ambos resultados usando las fuerzas intermoleculares que actúan en cada mezcla. Explica también por qué el aceite queda por encima del agua si su densidad es menor.

Isabella quiere explicar por qué un clip de metal pequeño puede flotar sobre el agua si se coloca con cuidado, aunque el metal es más denso que el agua. Luego agrega una gota de jabón líquido cerca del clip y este se hunde. Explica ambos hechos usando la tensión superficial y los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua. Indica qué efecto crees que tiene el jabón sobre esas atracciones.

Juan José analiza los datos de dos líquidos de masas molares parecidas a temperatura ambiente:

Además, Juan José sabe que el butano se mezcla muy poco con el agua, mientras que la acetona se mezcla con ella en cualquier proporción. Argumenta, a partir de las fuerzas intermoleculares, por qué sustancias con masas molares casi iguales tienen puntos de ebullición tan distintos. Explica también la diferencia en solubilidad en agua. Ten en cuenta que la acetona no forma puentes de hidrógeno consigo misma, pero sí puede recibirlos del agua a través del átomo de oxígeno.

Daniela estudia los hidruros de los elementos del grupo 16 y encuentra estos puntos de ebullición aproximados:

Observa que, de $H_2S$ a $H_2Te$, el punto de ebullición aumenta al crecer el tamaño de la molécula. El agua rompe esa tendencia. Analiza el caso: explica por qué aumenta el punto de ebullición en los tres primeros compuestos usando las fuerzas de Van der Waals. Explica luego por qué el agua, con la molécula más pequeña, tiene el punto de ebullición más alto. Finalmente, relaciona esa diferencia con la importancia del agua líquida en los ecosistemas, por ejemplo en un páramo como el de Chingaza.