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.

Explicá, 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) Indicá qué estructura tiene cada sustancia: ¿moléculas o red cristalina?
2. b) Explicá, a partir de esa diferencia estructural, por qué el agua cambia de estado a una temperatura mucho más baja que 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.

Explicá, 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.

Explicá, 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 fundís o lo disolvés en agua, sí conduce.

1. a) Explicá 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 revolverla en agua, pero el aceite forma gotas y no se mezcla.

1. a) Explicá, por su tipo de enlace y por las interacciones que se establecen con el agua, por qué la sal común (NaCl) se disuelve en agua.

1. b) Razoná, 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) Explicá, 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? Compará esas fuerzas con los enlaces dentro de cada capa.

El pan de oro que se usa en decoración son láminas de oro finísimas obtenidas golpeando el metal. Explicá, 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.

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

1. a) Predecí qué vas a observar al colocar sal común sólida entre los electrodos y explicá el resultado.
2. b) Repetí 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) Indicá las cargas de los iones de cada compuesto.
2. b) Explicá, comparando esas cargas, por qué la atracción electrostática es mucho mayor en el $\text{MgO}$.
3. c) Relacioná 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) Calculá cuántos gramos de sal común se pueden disolver, como máximo, en $250\ \text{g}$ de agua a $20\ \celsius$.
2. b) Explicá, 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) Concluí 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) Explicá por qué ambos metales conducen la corriente eléctrica.
2. b) Razoná, 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: razoná qué conviene 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) Explicá la diferencia de dureza a partir de la estructura de cada uno.
2. b) Explicá la diferencia de conductividad eléctrica.
3. c) Razoná 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) Deducí, 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: explicá cómo es posible.
3. c) Razoná 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) Dibujá en tu cuaderno dos capas de iones y explicá qué ocurre cuando una capa de la red iónica se desliza sobre la otra: ¿qué signos de carga quedan enfrentados?
2. b) Contrastá lo anterior con lo que sucede en el metal al deslizarse sus capas de cationes.
3. c) Concluí por qué decimos que las sales son «frágiles» y los metales, «maleables».

Podés hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

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

1. a) Explicá qué partículas transportan la corriente en el agua de la canilla 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) Ordená las tres aguas por su concentración de iones y relacionala 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) Deducí, con justificación, el tipo de enlace que predomina en cada sustancia.
2. b) Proponé una sustancia real que pueda corresponder a cada una.
3. c) Para cada propiedad de la lista, indicá 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) Diseñá 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) Predecí el resultado de cada sustancia en cada prueba.
3. c) Explicá cada resultado a partir del enlace y de la estructura de la sustancia.

Considerá 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) Ordenalas de menor a mayor punto de fusión.
2. b) Explicá por qué el metano y el agua, sustancias moleculares, funden tan bajo frente a las redes iónicas.
3. c) Compará 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, predecí 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 razoná la respuesta.

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

1. a) Explicá por qué el diamante es el material ideal para cortar roca, a partir de su estructura.
2. b) Razoná 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 $3500\ \celsius$: explicá ambas propiedades fijándote en dónde están sus electrones.

El electrodo negativo de las baterías de ion-litio de los celulares 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) Explicá, a partir de su estructura en capas, por qué el grafito puede alojar iones entre ellas.
2. b) Explicá por qué el grafito cumple el requisito de conducir la electricidad, a diferencia de otros materiales covalentes.
3. c) Razoná 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) Explicá, 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: razoná 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) Contrastá este comportamiento con el de un cristal iónico cuando se deforma.

Redacción: «El enlace explica el mundo material».

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