Tipos de sustancias y sus propiedades
En una casa de Boquete, los cables son de cobre, la sal de la cocina es un cristal duro que no se derrite con la llama de la estufa y el hielo seco de una feria se evapora en minutos. ¿Por qué materiales tan distintos se comportan así? La respuesta está en qué partículas los forman y cómo se mantienen unidas.
Cinco tipos de sustancias
Toda sustancia sólida se puede ubicar en uno de cinco tipos. Lo que cambia es la partícula que forma el sólido y la atracción que la mantiene en su lugar.
| Tipo | Partículas | Atracción | Ejemplos |
|---|---|---|---|
| Metálica | Cationes y electrones libres | Enlace metálico | $\text{Cu}$, $\text{Fe}$, $\text{Al}$ |
| Iónica | Cationes y aniones | Atracción ion-ion (enlace iónico) | $\text{NaCl}$, $\text{MgO}$ |
| Molecular polar | Moléculas con dipolo | Fuerzas intermoleculares (dipolo-dipolo, puente de hidrógeno) | $\text{HCl}$, $\text{H}_2\text{O}$ |
| Molecular no polar | Moléculas sin dipolo | Fuerzas de dispersión (London) | $\text{CH}_4$, $\text{CO}_2$, $\text{I}_2$ |
| Red covalente | Átomos | Enlaces covalentes en toda la red | diamante $\text{C}$, $\text{SiO}_2$ |
Para clasificar, hazte tres preguntas en orden: ¿es un metal? Entonces es metálica. ¿Une un metal con un no metal? Probablemente es iónica. ¿Solo hay no metales? Es molecular, salvo que forme una red gigante (carbono, sílice), y entonces es de red covalente. Para saber si una molécula es polar o no polar usa su geometría y la electronegatividad (ver GEOMOL-RPECV).
Clasifica cada sustancia como metálica, iónica, molecular o de red covalente: cloruro de sodio, $\text{NaCl}$; cobre, $\text{Cu}$; diamante, $\text{C}$; y dióxido de…
Clasifica cada sustancia como metálica, iónica, molecular o de red covalente: cloruro de sodio, $\text{NaCl}$; cobre, $\text{Cu}$; diamante, $\text{C}$; y dióxido de carbono, $\text{CO}_2$.
Conductividad eléctrica
Una sustancia conduce la electricidad solo si tiene cargas que se puedan mover: electrones o iones libres.
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Metales: conducen en estado sólido y fundido. Los electrones del «mar» de electrones se mueven libres por el cristal; los cationes quedan fijos.
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Compuestos iónicos: en estado sólido no conducen, porque los iones están fijos en la red. Conducen fundidos o disueltos en agua, cuando los iones quedan libres para desplazarse.
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Sustancias moleculares: casi nunca conducen, ni sólidas ni líquidas, porque las moléculas son neutras. Algunas, como el $\text{HCl}$, forman iones al disolverse en agua y entonces conducen.
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Red covalente: no conducen (los electrones están en enlaces localizados). La excepción notable es el grafito.
| Tipo | Sólido | Fundida | Disuelta |
|---|---|---|---|
| Metálica | Sí | Sí | No se disuelve |
| Iónica | No | Sí | Sí |
| Molecular | No | No | Generalmente no |
| Red covalente | No | No | No se disuelve |
Los cables eléctricos de una casa en Boquete están hechos de cobre. Explica por qué los metales conducen la corriente eléctrica en estado sólido, mencionando qué…
Los cables eléctricos de una casa en Boquete están hechos de cobre. Explica por qué los metales conducen la corriente eléctrica en estado sólido, mencionando qué partículas se mueven.
Indica si el cloruro de sodio sólido conduce la electricidad. Luego señala en qué dos condiciones sí la conduce y explica brevemente por qué cambia su comportamiento.
Indica si el cloruro de sodio sólido conduce la electricidad. Luego señala en qué dos condiciones sí la conduce y explica brevemente por qué cambia su comportamiento.
Punto de fusión y dureza
Para fundir un sólido hay que vencer las atracciones que mantienen las partículas en su sitio. Cuanto más fuerte sea la atracción, mayor el punto de fusión.
| Tipo | Qué se vence al fundir | Punto de fusión |
|---|---|---|
| Molecular no polar | Fuerzas de dispersión (débiles) | Muy bajo |
| Molecular polar | Dipolo-dipolo o puente de hidrógeno | Bajo a moderado |
| Metálica | Enlace metálico | Variable (de bajo a muy alto) |
| Iónica | Atracción ion-ion | Alto |
| Red covalente | Enlaces covalentes de toda la red | Muy alto |
Por eso el diamante y el $\text{SiO}_2$ (arena) son durísimos y casi no se funden: para fundirlos hay que romper enlaces covalentes. El hielo seco, $\text{CO}_2$ sólido, se sublima a unos $-78\ °\text{C}$ porque solo se vencen fuerzas de dispersión débiles entre moléculas; los enlaces $\text{C=O}$ quedan intactos.
Los iones y su carga
En los sólidos iónicos la atracción crece con la carga de los iones y disminuye con su tamaño. El $\text{MgO}$ ($\text{Mg}^{2+}$ y $\text{O}^{2-}$) tiene cargas dobles y atrae mucho más que el $\text{NaCl}$ ($\text{Na}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$); por eso funde a una temperatura mucho mayor.
La tabla muestra datos de tres sustancias: | Sustancia | Punto de fusión (°C) | Conduce en estado sólido | Conduce disuelta en agua | |---|---|---|---| | X | 801 | No |…
La tabla muestra datos de tres sustancias:
| Sustancia | Punto de fusión (°C) | Conduce en estado sólido | Conduce disuelta en agua |
|---|---|---|---|
| X | 801 | No | Sí |
| Y | 1,085 | Sí | No se disuelve |
| Z | -114 | No | No |
Clasifica cada sustancia (iónica, metálica o molecular) y justifica tu elección con los datos de la tabla.
El diamante y el dióxido de silicio (arena de las playas) son sólidos de red covalente, mientras que el hielo seco, $\text{CO}2$ sólido, es un sólido molecular. Explica…
El diamante y el dióxido de silicio (arena de las playas) son sólidos de red covalente, mientras que el hielo seco, $\text{CO}_2$ sólido, es un sólido molecular. Explica por qué los dos primeros tienen puntos de fusión muy altos y el hielo seco se sublima a temperatura muy baja. Menciona qué se rompe o se vence en cada caso al fundir o sublimar.
Solubilidad y uso de los materiales
Regla práctica: lo semejante disuelve a lo semejante.
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Las sustancias iónicas y las moleculares polares se disuelven bien en agua (solvente polar). Ejemplo: la sal y el azúcar en una chicha.
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Las sustancias moleculares no polares se disuelven en solventes no polares (aceite, gasolina), no en agua.
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Los metales y las sustancias de red covalente no se disuelven en agua.
Las propiedades determinan el uso. El cobre es buen conductor eléctrico y térmico (cables, bases de ollas). Los plásticos, formados por moléculas, son malos conductores térmicos y eléctricos (mangos de ollas, forro de cables). El diamante y el $\text{SiO}_2$ se usan para cortar y pulir por su dureza.
Itzel necesita elegir un material para el mango de una olla y otro para su base. Dispone de cobre, $\text{Cu}$, y de plástico (un polímero molecular). Decide cuál usar…
Itzel necesita elegir un material para el mango de una olla y otro para su base. Dispone de cobre, $\text{Cu}$, y de plástico (un polímero molecular). Decide cuál usar en cada parte y explica tu decisión con las propiedades de cada tipo de sustancia (conductividad térmica y enlace).
Casos para razonar: orden de puntos de fusión y el grafito
El caso del grafito
El diamante y el grafito son solo carbono, pero se comportan distinto:
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Diamante: cada átomo de C se une a otros 4 en forma tetraédrica. Todos los electrones están en enlaces; no conduce y es durísimo.
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Grafito: cada átomo de C se une a 3 vecinos en capas planas hexagonales. Sobra un electrón por átomo, que queda deslocalizado en cada capa y puede moverse. Por eso conduce la electricidad. Las capas se mantienen unidas por fuerzas de dispersión débiles, así que resbalan unas sobre otras (por eso la mina de un lápiz deja trazo).
El grafito es una red covalente en cada capa, pero con rasgos metálicos (electrones móviles) y rasgos moleculares (capas unidas por fuerzas débiles). Es un buen ejemplo de que la clasificación en cinco tipos es un modelo, y algunas sustancias quedan entre dos.
Se tienen cuatro sustancias: $\text{MgO}$, $\text{NaCl}$, $\text{HCl}$ y $\text{CH}4$. Clasifícalas según su tipo de sustancia y ordénalas de mayor a menor punto de…
Se tienen cuatro sustancias: $\text{MgO}$, $\text{NaCl}$, $\text{HCl}$ y $\text{CH}_4$. Clasifícalas según su tipo de sustancia y ordénalas de mayor a menor punto de fusión. Argumenta el orden considerando la naturaleza de las partículas y la fuerza de las atracciones, y explica por qué $\text{MgO}$ debería fundir a mayor temperatura que $\text{NaCl}$ (considera las cargas de los iones).
El grafito y el diamante están formados solo por carbono, pero el grafito conduce la electricidad y el diamante no. Analiza ambos casos: describe cómo se enlazan los…
El grafito y el diamante están formados solo por carbono, pero el grafito conduce la electricidad y el diamante no. Analiza ambos casos: describe cómo se enlazan los átomos en cada uno, explica a qué se debe la diferencia de conductividad y discute si el grafito puede clasificarse sin dudas como sólido de red covalente o si tiene rasgos de otro tipo de sustancia.