Clasificación de sólidos por enlace y elección de material
En un taller de materiales se han recibido cuatro sólidos puros sin etiquetar, A, B, C y D. El técnico dispone de la siguiente tabla de propiedades:
| Sólido | Punto de fusión (°C) | Solubilidad en agua | Conductividad eléctrica |
|---|---|---|---|
| A | 801 | alta | la disolución acuosa conduce; el fundido conduce |
| B | 1085 | nula | conduce en estado sólido y fundido |
| C | 146 | alta | no conduce ni disuelto ni fundido |
| D | 52 | nula | no conduce |
Además, A se rompe al golpearlo, B se deforma en láminas, C forma una disolución acuosa que no enciende la bombilla y D se disuelve bien en hexano. Se sabe que uno es un metal, otro un compuesto iónico, otro un sólido molecular polar y otro un sólido molecular apolar. El técnico debe decidir cuál puede usarse como conductor eléctrico flexible, cuál serviría como aislante en contacto con disoluciones acuosas y cuál no debe mojarse con agua. Justifique las respuestas con el tipo de enlace y las fuerzas intermoleculares.
1. Asigne a cada sólido A, B, C y D su tipo de enlace o de sólido y explique la conductividad observada.
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A es un sólido iónico: punto de fusión alto, frágil, soluble en agua y conduce tanto fundido como en disolución porque los iones quedan libres para moverse. B es un metal: conduce en estado sólido porque tiene electrones deslocalizados y es maleable. C es un sólido molecular polar: sus moléculas se unen por fuerzas dipolo-dipolo y enlaces de hidrógeno, lo que explica su solubilidad en agua y su punto de fusión moderado; no conduce porque no hay iones libres ni electrones deslocalizados. D es un sólido molecular apolar: fuerzas de dispersión débiles, bajo punto de fusión, insoluble en agua y soluble en hexano; tampoco conduce.
2. Explique, a nivel estructural, por qué A es frágil y B es maleable.
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En A, los iones de distinto signo ocupan posiciones fijas en una red cristalina iónica. Al aplicar una fuerza, una capa de iones se desplaza y quedan enfrentados iones del mismo signo; la repulsión electrostática rompe el cristal. Por eso es frágil.
En B, los cationes metálicos están rodeados por una nube de electrones deslocalizados. Esa nube actúa como un pegamento que no está dirigido y permite que las capas de cationes se deslicen unas sobre otras sin que aparezcan repulsiones fuertes. Por eso el metal se deforma en láminas en lugar de romperse.
3. Seleccione el sólido más adecuado para un conductor eléctrico flexible y el más adecuado para un aislante que estará en contacto con disoluciones acuosas. Justifique la elección y descarte los demás.
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Para conductor flexible, B: es un metal, conduce en estado sólido y se deforma sin romperse. A es iónico y frágil, C y D son moleculares y no conducen.
Para aislante en contacto con agua, D: es molecular apolar, no conduce y no se disuelve en agua, por lo que repele la disolución y mantiene sus propiedades. C no serviría porque se disuelve en agua; A se disolvería y generaría iones conductores; B conduciría la corriente. La elección se basa en la ausencia de portadores libres y en la insolubilidad en agua.