Ejercicios: Propiedades de las sustancias según su enlace

La sal común funde a $801\ \celsius$: hay que calentarla muchísimo para derretirla. Un trocito de su red cristalina se muestra en la figura.

Explica, a partir de su enlace iónico y de su estructura en red cristalina, por qué el punto de fusión del $\text{NaCl}$ es tan alto.

El agua hierve a $100\ \celsius$, mientras que la sal funde a $801\ \celsius$.

1. a) Indica qué estructura tiene cada sustancia: ¿moléculas o red cristalina?
2. b) Explica, a partir de esa diferencia estructural, por qué cambiar de estado al agua cuesta mucho menos energía que fundir la sal.

Los cables de las casas son de cobre, un sólido que conduce la corriente. El modelo del mar de electrones se muestra en la figura.

Explica, usando el modelo del mar de electrones, por qué el cobre conduce la electricidad en estado sólido, a diferencia de un trozo de sal.

Las brocas para perforar roca llevan puntas de diamante, el material natural más duro que se conoce. Un fragmento de su red covalente se muestra en la figura.

Explica, a partir de su red covalente tridimensional, por qué el diamante es tan duro.

Un cristal de sal no conduce la corriente, pero si lo fundes o lo disuelves en agua, sí conduce.

1. a) Explica qué les ocurre a los iones en cada una de las tres situaciones.
2. b) ¿Qué condición deben cumplir unas partículas cargadas para poder transportar la corriente eléctrica?

En la cocina, la sal desaparece al removerla en agua, pero el aceite forma gotas y no se mezcla.

1. a) Explica, por su enlace, por qué la sal se disuelve en agua: las moléculas de agua, polares, rodean y separan a los iones.
2. b) Razona, con la regla «lo semejante disuelve a lo semejante», por qué el aceite no se disuelve en agua.

La «mina» de un lápiz es de grafito: al escribir, las capas de carbono se deslizan unas sobre otras y se desprenden sobre el papel. La estructura en capas se muestra en la figura.

1. a) Explica, a partir de su estructura en capas, por qué el grafito es blando y deja trazo.
2. b) ¿Qué tipo de fuerzas unen unas capas con otras? Compáralas con los enlaces dentro de cada capa.

El pan de oro que se usa en decoración son láminas de oro finísimas obtenidas batiendo el metal. Explica, con el modelo del enlace metálico, por qué los metales se deforman al golpearlos en lugar de romperse, como sí haría un cristal de sal.

Montas un circuito con una pila, una bombilla y dos electrodos para probar la conductividad de la sal. El montaje se muestra en la figura.

1. a) Predice qué observarás al colocar sal común sólida entre los electrodos y explica el resultado.
2. b) Repite la predicción disolviendo antes la sal en agua.
3. c) ¿Qué papel juega la movilidad de los iones en la diferencia de resultados?

El $\text{NaCl}$ funde a $801\ \celsius$ y el $\text{MgO}$ a $2852\ \celsius$, y ambos son cristales iónicos con la misma estructura. Los puntos de fusión se comparan en la figura.

1. a) Indica las cargas de los iones de cada compuesto.
2. b) Explica, comparando esas cargas, por qué la atracción electrostática es mucho mayor en el $\text{MgO}$.
3. c) Relaciona esa atracción con su punto de fusión altísimo: el $\text{MgO}$ se usa, de hecho, para recubrir el interior de los hornos industriales.

A $20\ \celsius$ se pueden disolver hasta $36\ \text{g}$ de $\text{NaCl}$ por cada $100\ \text{g}$ de agua, pero solo $0,0002\ \text{g}$ de $\text{AgCl}$.

1. a) Calcula cuántos gramos de sal común se pueden disolver, como máximo, en $250\ \text{g}$ de agua a $20\ \celsius$.
2. b) Explica, con ayuda de un dibujo en tu cuaderno, cómo las moléculas de agua rodean y separan a los iones al disolverse la sal (hidratación de los iones).
3. c) Concluye por qué afirmar que «las sustancias iónicas se disuelven en agua» es solo una aproximación.

Las líneas de alta tensión son de aluminio y los cables domésticos, de cobre; sus densidades son $2,70\ \text{g/cm}^3$ y $8,96\ \text{g/cm}^3$, respectivamente.

1. a) Explica por qué ambos metales conducen la corriente eléctrica.
2. b) Razona, usando las densidades, qué ventaja tiene tender kilómetros de cable de aluminio colgado de las torres.
3. c) El cobre conduce mejor que el aluminio a igualdad de sección: razona qué interesa más dentro de una pared, donde el peso no importa.

Diamante y grafito son carbono puro, pero sus propiedades son casi opuestas: el diamante es durísimo y no conduce la electricidad; el grafito es blando y sí conduce. Las dos estructuras se comparan en la figura.

1. a) Explica la diferencia de dureza a partir de la estructura de cada uno.
2. b) Explica la diferencia de conductividad eléctrica.
3. c) Razona por qué el grafito raya el papel y el diamante, en cambio, raya el vidrio.

La arena de la playa es sílice, $\text{SiO}_2$: dura, no conduce la electricidad y funde a $1710\ \celsius$.

1. a) Deduce, a partir de esas propiedades, qué tipo de enlace y qué estructura tiene la sílice.
2. b) El $\text{CO}_2$, con el mismo tipo de enlace covalente, es gas a temperatura ambiente: explica cómo es posible.
3. c) Razona por qué la arena sirve como materia prima para fabricar vidrio y el $\text{CO}_2$ no podría servir.

Un cristal de sal se rompe limpiamente al golpearlo con un martillo, mientras que una lámina de cobre solo se abolla.

1. a) Dibuja en tu cuaderno dos capas de iones y explica qué ocurre cuando una capa de la red iónica se desliza sobre la otra: ¿qué signos de carga quedan enfrentados?
2. b) Contrasta lo anterior con lo que sucede en el metal al deslizarse sus capas de cationes.
3. c) Concluye por qué decimos que las sales son «frágiles» y los metales, «maleables».

El agua destilada apenas conduce la corriente, la del grifo conduce un poco y el agua de mar, mucho.

1. a) Explica qué partículas transportan la corriente en el agua del grifo y de dónde proceden ($\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{Na}^{+}$, $\text{Cl}^{-}$... disueltos).
2. b) ¿Por qué el agua destilada casi no conduce, si la molécula de agua tiene electrones?
3. c) Ordena las tres aguas por su concentración de iones y relaciónala con su conductividad.

Tres sustancias presentan estas propiedades. X: funde a $1538\ \celsius$, conduce en estado sólido y en líquido y es maleable. Y: funde a $801\ \celsius$, solo conduce fundida o disuelta y es frágil. Z: sublima a $-78\ \celsius$, no conduce en ningún caso y forma cristales blandos.

1. a) Deduce, con justificación, el tipo de enlace que predomina en cada sustancia.
2. b) Propón una sustancia real que pueda corresponder a cada una.
3. c) Para cada propiedad de la lista, indica qué rasgo de la estructura de la sustancia la explica.

En un laboratorio hay tres frascos sin etiqueta con polvos blancos: sal común ($\text{NaCl}$), azúcar (sacarosa, una sustancia molecular) y arena ($\text{SiO}_2$).

1. a) Diseña un procedimiento con tres pruebas — solubilidad en agua, conductividad de la disolución y comportamiento al calentar fuerte — para identificar el contenido de cada frasco.
2. b) Predice el resultado de cada sustancia en cada prueba.
3. c) Explica cada resultado a partir del enlace y de la estructura de la sustancia.

Considera estas sustancias y sus puntos de fusión: $\text{CH}_4$ ($-182\ \celsius$), $\text{H}_2\text{O}$ ($0\ \celsius$), $\text{NaCl}$ ($801\ \celsius$), $\text{CaO}$ ($2572\ \celsius$) y $\text{MgO}$ ($2852\ \celsius$). Los puntos de fusión se representan en la figura.

1. a) Ordénalas de menor a mayor punto de fusión.
2. b) Explica por qué el metano y el agua, sustancias moleculares, funden tan bajo frente a las redes iónicas.
3. c) Compara el $\text{NaCl}$ con el $\text{MgO}$ y el $\text{CaO}$: ¿qué papel juegan las cargas $1+/1-$ frente a $2+/2-$?
4. d) Sin conocer su dato, predice si el punto de fusión del $\text{KCl}$ (iones $\text{K}^{+}$ y $\text{Cl}^{-}$) será más próximo al del $\text{NaCl}$ o al del $\text{MgO}$, y razona la respuesta.

Disuelves $1\ \text{mol}$ de $\text{NaCl}$ en un litro de agua y $1\ \text{mol}$ de $\text{CaCl}_2$ en otro litro. Dato: $N_{\text{A}} = 6,022\cdot10^{23}\ \text{mol}^{-1}$.

1. a) Calcula cuántos moles de iones hay en total en cada disolución.
2. b) Calcula cuántos iones individuales contiene cada disolución; expresa el resultado en notación científica con dos decimales en la mantisa.
3. c) Razona cuál de las dos disoluciones conducirá mejor la corriente eléctrica.

Las brocas que perforan pozos de petróleo llevan insertos de diamante sintético, fabricado sometiendo grafito a presiones y temperaturas enormes.

1. a) Explica por qué el diamante es el material ideal para cortar roca, a partir de su estructura.
2. b) Razona por qué el grafito, siendo el mismo elemento, no serviría para esa punta.
3. c) El diamante no conduce la electricidad y funde por encima de $3500\ \celsius$: explica ambas propiedades fijándote en dónde están sus electrones.

El electrodo negativo de las baterías de ion-litio de los móviles es de grafito: al cargar el teléfono, los iones $\text{Li}^{+}$ se alojan entre sus capas, y el electrodo, además, debe conducir la corriente. El alojamiento de los iones entre las capas se muestra en la figura.

1. a) Explica, a partir de su estructura en capas, por qué el grafito puede alojar iones entre ellas.
2. b) Explica por qué el grafito cumple el requisito de conducir la electricidad, a diferencia de otros materiales covalentes.
3. c) Razona por qué el diamante no podría usarse como electrodo de una batería.

El oro es tan dúctil que con $1\ \text{g}$ se puede fabricar un hilo de unos $2\ \text{km}$ de longitud.

1. a) Explica, con el modelo del mar de electrones, esta maleabilidad y ductilidad extremas.
2. b) Las joyas son de oro de $18$ quilates, una aleación con un $25\ \%$ de cobre y plata, porque el oro puro es demasiado blando: razona por qué unos átomos de distinto tamaño, insertos en la red, dificultan el deslizamiento de las capas y endurecen la aleación sin quitarle el brillo ni la conductividad propias de los metales.
3. c) Contrasta este comportamiento con el de un cristal iónico cuando se deforma.

Redacción: «El enlace explica el mundo material».

1. a) Elige la sal, el agua, el cobre y el diamante y, para cada sustancia, explica su punto de fusión, su conductividad eléctrica y su dureza a partir del tipo de enlace y de la estructura que forma.
2. b) Termina enunciando con tus palabras una regla general que conecte la estructura de una sustancia (moléculas o red cristalina) con sus propiedades.