El enlace químico en el agua

5 El enlace químico
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a) Para que cambie de estado, enlaces intermoleculares (enlaces de H).
b) Para que sus átomos se separen, enlaces intramoleculares (enlaces
covalentes).
c) El proceso a) será estudiado por la física; y el b), por la química,
porque da lugar a sustancias nuevas (el H2 y el O2).
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valencia. Vendrá dado por el grupo de la tabla periódica al que
pertenezcan:
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Enlace
Metálico: se
combinan dos
metales.
Covalentes: EN
parecidas y
altas.
Covalente: EN
parecidas y
altas.
Iónico: EN muy
dispares (metal
y no metal).
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Cuanto mayor es la energía de red, mayor es el punto de fusión.
La asignación correcta es:
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Como los enlaces son polares en ambos casos, BeCl2 es una molécula
lineal, mientras que la molécula Cl2O es angular.
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EN 3,44 2,20 3,04 2,66 1,80 3,16 2,58 3,04 1,80 3,44
Carga parcial − + − + + − + − + −
La polaridad del enlace depende de la diferencia de
electronegatividades. Ordenados desde el más polar al menos polar:
Si−O > Si−Cl > O−H > N−S > N−I
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En la mayoría de las sustancias covalentes los electrones están
localizados, bien en un átomo, bien en un enlace. No hay movilidad de
electrones; en consecuencia, no hay conducción eléctrica.
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3

Son fórmulas empíricas las de las sustancias iónicas y moleculares las
de las sustancias covalentes.
Fórmulas empíricas: AlCl3, NLi3, CaO.
Fórmulas moleculares: NH3, CO, PCl3.
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a) Falso. Cuando una sustancia covalente molecular cambia de estado
lo que se rompen son enlaces intermoleculares, mucho más
débiles que los enlaces covalentes entre sus átomos.
b) Esto sucede en algunos sólidos covalentes cristalinos, como el
grafito, pero no en aquellos en los que todos los electrones forman
parte de enlaces covalentes localizados, como el diamante.
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Cada molécula de agua está unida a las vecinas por dos enlaces de H,
mientras que cada molécula de metanol, solo por un enlace de H. Esto
determina que sea más fácil romper las fuerzas que mantienen unidas
las moléculas de metanol en estado líquido, y por eso tiene un punto
de ebullición más bajo que el agua
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Forman enlace de H aquellas moléculas en las que existe un enlace
−O−H o −N−H
Forman enlace de H: a) H2O2, c) CH3−CH2OH, f) CH3−COOH, g) NH3.
No forman enlace de H: b) SH2, d) CH3−O−CH3, e) CH3−COH.
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La molécula de yodo es una molécula apolar, ya que en ella existe un
enlace covalente entre átomos iguales. El tamaño de la molécula de
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4

yodo es tan grande que permite que los electrones se acumulen
en un extremo y se forme un dipolo, bien de forma instantánea,
bien inducido por otra especie polar.
La molécula de agua es una molécula polar en la que se puede dar
enlace de H.
La molécula de acetona es un poco polar, pero sin posibilidad de
formar enlaces de H.
Para que una sustancia se disuelva en otra se deben formar entre ellas
enlaces que no sean muy distintos de los que existen entre
las moléculas de cada sustancia.
Los enlaces de H entre las moléculas de agua son mucho mayores
que los que se pueden dar entre las moléculas de yodo; por eso no se
disuelven. Se disuelven las moléculas de yodo en acetona, porque los
enlaces entre estas últimas son mucho más débiles y de orden similar
al que se da entre las moléculas de yodo.
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Dureza es la resistencia al rayado. Para que se pueda rayar un cristal
iónico hay que romper la red cristalina, lo que requiere una gran
fuerza.
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Cuando se produce una raya en un sólido covalente molecular se
rompen enlaces intermoleculares, mucho más débiles que los enlaces
covalentes entre átomos que se dan en las redes cristalinas
de los sólidos covalentes.
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Porque los metales tienen una estructura interna cristalina en la que
muchos iones positivos ocupan posiciones perfectamente
determinadas, estabilizada por los electrones del nivel de valencia.
Para fundir un metal hay que romper esta estructura cristalina,
y esto requiere mucha energía.
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Porque en estado sólido los iones ocupan posiciones muy
determinadas de la red cristalina, sin posibilidad de movimiento.
En consecuencia, no hay posibilidad de conducción eléctrica.
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Porque la estructura interna de los metales está formada por iones
positivos estabilizados por los electrones de valencia, que dejan de
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5

estar unidos al núcleo del átomo correspondiente para gozar
de una cierta libertad de movimiento. Esa libertad es la que permite
la conducción eléctrica.
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Frágil quiere decir que no resiste los golpes. Al tratar de golpear
un cristal covalente, los núcleos de los átomos que lo forman se
aproximarán hasta una distancia mayor de lo que permite la situación
de equilibrio; entonces, las repulsiones entre los núcleos de los átomos
vecinos se hacen muy grandes y se repelen, rompiendo el cristal.
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Porque tienen la estructura electrónica más estable que puede tener
un átomo. Los demás ganan, pierden o comparten electrones para
tener una estructura electrónica similar a la de un gas noble.
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Las fuerzas de enlace son de naturaleza eléctrica. Son fuerzas de
atracción entre especies con carga positiva y carga negativa. Si todas
las partículas que forman el átomo fuesen similares a los neutrones
no habría cargas eléctricas y los enlaces entre átomos deberían
explicarse por medio de otros tipos de fuerzas.
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Porque antes de que eso suceda cobrarán mucha importancia
las repulsiones entre los núcleos (ambos con carga positiva).
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Los enlaces intramoleculares son los que se producen entre los
átomos que forman un compuesto. Los átomos comparten electrones
que ahora son atraídos por los núcleos de ambos y los mantienen
unidos. Cuando se rompen estos enlaces la sustancia se transforma
en otra diferente; es un proceso químico.
Los enlaces intermoleculares se producen entre moléculas
de una sustancia. Son enlaces mucho más débiles que
los intramoleculares. Cuando se rompen o se forman,
la sustancia cambia de estado, pero sigue siendo la misma
sustancia; la sustancia sufre un proceso físico.
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En la molécula H2 los átomos de H alcanzan la configuración del gas
noble más próximo, el He, compartiendo un par de electrones. El nivel
de valencia del He solo tiene un orbital (1s), por eso se llena con 2
electrones.
El C y el O son elementos del segundo período. En su nivel de valencia
hay 1 orbital s y 3 orbitales p, de ahí que se llene con 8 electrones
(regla del octeto). El CO no cumple la regla del octeto porque es una
molécula deficiente en electrones. Es un caso distinto del H2, que
alcanza la configuración del gas noble más próximo teniendo 2 e en su
nivel de valencia.
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Tendremos que conocer el número de electrones en su nivel de valencia.
Vendrá dado por el grupo de la tabla periódica al que pertenezcan:
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8.
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2
27
7.
.
Enlace de H
intermolecular
Intermolecular
enlace covalente
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Electrones de valencia 2 5 1 6 7 2
Para alcanzar la
configuración de gas
noble debe …
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Perder
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Ganar
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Perder
2 e
Se convierte en el gas
noble…
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EN 2,55 2,20 3,44 0,82 1,83 1,91 2,01 3,44
Enlace
Covalente: EN
parecidas y
altas.
Iónico: EN muy
dispares (metal
y no metal).
Metálico: EN
parecidas y
bajas.
Iónico: EN
dispares (metal
y no metal).
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noble. El compuesto resultante debe ser neutro.
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Electrones de
valencia
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Para alcanzar la
configuración de
gas noble debe …
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Ganar
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Perder
2 e
Ganar
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Perder
3 e
Perder
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2 e
Se convierte en el
gas noble…
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Sb3−
Sr2+
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Al3+
Rb+
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Fórmula del
compuesto
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IC anión 6 4 4 3
IC catión
Índice de coordinación es el número de iones de un signo que rodean
a un ion de signo contrario en su esfera más próxima de un cristal
iónico.
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Por la propia estructura de la red cristalina en la que los iones
positivos están alternados con los negativos, de forma que las
atracciones sean máximas y las repulsiones, mínimas.
La dureza es la resistencia al rayado. Los cristales iónicos son duros
porque para rayarlos hay que romper la red cristalina, lo que requiere
una fuerza importante.
Son frágiles porque al darles un golpe y desplazar un plano de la red
sobre otro la distancia del tamaño de un ión, quedarán enfrentados
iones del mismo signo. Las repulsiones interelectrónicas harán
entonces que se rompa el cristal.
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2.
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1. Golpe sobre el cristal. 2. Los iones se
desplazan.
3. Los iones del mismo
tipo se repelen.
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Sal
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Iones
hidratados
Agua
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Para que un compuesto
iónico se disuelva las
moléculas de disolvente
tienen que rodear los iones,
de forma que la energía de
solvatación compense la
energía de red. Si el
disolvente es gasolina, sus
moléculas serán apolares;
por tanto, no podrán
establecer interacciones
con los iones.
Si el disolvente es agua, sus
moléculas polares podrán
orientarse alrededor de los
iones. Si la energía de red
del compuesto iónico no es
muy grande, podrán llegar
a disolver el cristal.
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Los compuestos iónicos están formados por especies cargadas.
Podrán ser conductores de la electricidad cuando estas especies
se puedan mover bajo la acción de un campo eléctrico.
Esto no es posible cuando el compuesto iónico está en estado sólido,
porque entonces los iones ocupan posiciones muy determinadas
en la red cristalina, pero sí puede suceder cuando el compuesto está
fundido o disuelto.
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Energía de red (kJ/mol) 787 2477 5376
El NaCl se disuelve en agua. Un compuesto iónico
que tenga una energía de red menor que él se disolverá en agua,
y otro que tenga una energía de red muy superior no se disolverá.
Se disolverá en agua el CsBr y no se disolverán el AlCl3 ni,
probablemente, el SrO.
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a) Enlace iónico entre el anión (Cl−
) y el catión (NH4
+
). El catión está
formado por una molécula de amoniaco (NH3) que se une
mediante un enlace covalente dativo a un protón (H1+
). En la
molécula de amoniaco el N está unido a 3 átomos de H mediante
enlaces covalentes.
b) Enlace iónico entre el catión (Ca2+
) y el anión (NO3
−
). Los enlaces
entre los átomos del ion nitrato se indican en la página 128 del libro.
4
42
2.
.
833490 _ 0121-0146.qxd 2/9/08 15:07 Página 135
12

c) Enlace iónico entre el catión (Mg2+
) y el anión (Br
−
).
d) Enlace iónico entre el catión (Na+
) y el anión, el ión bicarbonato
(HCO3
−
).
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En todos los casos los enlaces son polares. Por tanto, las moléculas
tienen que ser perfectamente simétricas para que la suma de los
momentos dipolares de todos los enlaces sea cero:
4
43
3.
.
Tipos de enlaces
entre átomos
Se da cuando se
combinan
átomos con
electronegatividad
Los átomos adquieren
la configuración de gas
noble
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En ambos casos es una molécula en la que un átomo central se une a
otros dos átomos más electronegativos que él. Cada uno de los enlaces
(C=O en un caso y S=O en el otro) es polar. En consecuencia, la
molécula de CO2 debe ser lineal, y la de SO2, angular.
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Tipos de enlaces
entre átomos
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Se da cuando se
combinan
átomos con
electronegatividad
Muy dispar Parecida y alta
Parecida
y alta
Los átomos adquieren
la configuración de gas
noble
Uno ganando
electrones y el
otro, cediendo
electrones
Compartiendo
electrones
Cediendo los
electrones de
valencia que
estabilizan los
cationes que
se forman
Ejemplo CaCl2 SO2 Ag
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EN 3,16 2,58 3,16 3,98 2,55 2,20 2,04 3,16 2,04 2,20
Carga parcial − + + − − + + − + −
Diferencia EN 0,58 0,82 0,35 1,12 0,16
La polaridad del enlace depende de la diferencia de
electronegatividades. Ordenados desde el más polar al menos polar:
B−Cl > Cl−F > Cl−S > C−H > B−H
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Los electrones están comprometidos en enlaces covalentes
localizados, formando una red cristalina. Por eso es un material
aislante, porque no hay posibilidad de movimiento en los electrones;
y muy duro, porque para rayarlo hay que romper enlaces covalentes
entre átomos de C.
En el grafito, cada átomo de C forma tres enlaces covalentes con otros
tres átomos de C y le queda 1 electrón que puede formar parte de una
nube electrónica que se extiende por todo el cristal. Estos electrones
4
47
7.
.
833490 _ 0121-0146.qxd 2/9/08 15:07 Página 137
14

se pueden mover bajo la acción de un campo eléctrico. Por eso el
grafito es un material conductor. El grafito se puede separar en
láminas porque solo están unidos mediante enlaces covalentes los
átomos de C de cada plano; los de un plano y el siguiente están
unidos por medio de la nube electrónica, que da lugar a un enlace
mucho más débil.
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Esto sucede con los cristales iónicos o de sólidos covalentes, como el
diamante, en los que las partículas que los forman (iones de distinto
signo o átomos) ocupan posiciones muy concretas y tratar de que se
aproximen o se separen obliga a que aparezcan repulsiones o que haya
que vencer la atracción entre iones en la red cristalina o en enlace
covalente entre átomos. En los cristales metálicos los electrones de
valencia forman una especie de nube que evita que aparezcan
repulsiones nuevas cuando tratamos de rayarlo o golpearlo y absorbe
parte de la luz con que se iluminan, impidiendo que sean transparentes.
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Cuando se unen mediante enlace covalente átomos con
electronegatividades diferentes, uno de ellos tiene más tendencia a
llevarse sobre sí los electrones del enlace; sobre él aparecerá una
carga parcial negativa, debido a que los electrones están más
próximos a él, pero no llega a ser una carga real porque no llega a
arrancar los electrones al otro elemento, que adquiere una carga
parcial positiva.
Cuando la diferencia de electronegatividades es muy grande, uno de
los átomos llega a arrancar electrones al otro y adquiere una carga
total, convirtiéndose ambos en iones.
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No. Una molécula con enlaces polares puede ser apolar si la suma
vectorial de los momentos dipolares de cada uno de sus enlaces es
cero; esto puede suceder si la geometría de la molécula es apropiada.
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15

• Si se unen átomos con electronegatividades parecidas y altas se
forma una sustancia covalente y su fórmula es molecular. Esto
sucede con: a) SCl2, c) BF3, e) SiO2, g) TeO, j) BrI.
• Si se unen átomos con electronegatividades muy dispares se forma
una sustancia iónica y su fórmula es empírica. Esto sucede con: b)
MgCl2, d) AlCl3, f) BaO, h) RbI.
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a) Cierto, porque habrá muchas partículas fuertemente unidas y para
separarlas y que cambien de estado hay que comunicar energía
considerable.
b) Falso. Los cristales metálicos conducen la electricidad, y los iónicos
la conducen cuando se disuelven o están en estado líquido.
c) Falso. Esto sucede con los cristales metálicos o de sólidos
covalentes como el diamante. Si el cristal es iónico, estará formado
por átomos con electronegatividad muy distinta.
d) Es falso en el caso de los cristales metálicos en los que la nube
de electrones permite que se puedan deslizar unos planos sobre
otros o abrir espacios entre átomos (rayar) sin grandes
dificultades.
e) Cierto; es una característica de las sustancias cristalinas.
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Sí. Podrán formar enlaces covalentes o metálicos; nunca enlaces
iónicos.
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Los compuestos iónicos que se disuelven lo hacen en disolventes
polares, pues son los únicos en los que las interacciones ion-dipolo
(de la molécula de disolvente) pueden compensar la energía de red.
Hay compuestos iónicos que no se disuelven.
Los compuestos covalentes se disuelven en disolventes de polaridad
parecida a la del compuesto.
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En la molécula de agua H−O−H hay enlaces covalentes polares. Las
moléculas se pueden unir entre sí por enlaces de H, un enlace
intermolecular relativamente fuerte, lo que hace que aparezca en
estado líquido a temperatura ambiente.
El hidrógeno y el oxígeno forman moléculas covalentes apolares H−H,
O=O. Como los átomos son de pequeño tamaño, las fuerzas que se
pueden establecer entre sus moléculas son muy débiles; por eso solo
se licuarán a temperaturas muy bajas y presiones muy altas.
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Al desplazar unos sobre otros los planos de un cristal metálico, la nube
de electrones evita que aparezcan nuevas repulsiones, algo que
sucede si intentamos desplazar los planos de un cristal iónico.
(Observar las figuras 5.12 y 5.28 del libro de texto.)
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Los compuestos iónicos no conducen la electricidad en estado sólido y
sí lo hacen en estado líquido. La razón es que en estado sólido los
iones ocupan posiciones fijas en la red cristalina y no se pueden
mover, lo que sí pueden hacer en estado líquido.
Los metales conducen la electricidad tanto en estado sólido como
líquido. La razón está en que esta conducción se realiza por los
electrones de valencia que estabilizan los iones metálicos positivos,
tanto en el metal sólido como líquido.
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La energía del enlace covalente es mucho mayor que la del enlace de
hidrógeno (véase la tabla en el margen de la página 120). Cuando se
calienta agua se rompen los enlaces entre sus moléculas, que pasan
al estado de vapor; por calentamiento habitual no llegan a romperse
los enlaces covalentes entre los átomos de O y de H.
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Entre las moléculas de etanol se forman enlaces de H, mientras que
entre las de éter solo se forman enlaces dipolo-dipolo, unas fuerzas
mucho más débiles que las anteriores, y por eso esta sustancia tiene
un punto de ebullición tan bajo.
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De acuerdo con la gráfica de la figura 5.30, sería del orden de −50 ºC.
A temperatura ambiente el agua se encontraría en estado gaseoso. La
mayor parte de nuestro cuerpo es agua; por tanto, la vida no se podría
desarrollar como la conocemos.
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a) Los patines de hielo tienen una cuchilla que facilita el
deslizamiento. La presión hace que f
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b) Cuando nos movemos, la presión d
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18

El enlace de H se forma en moléculas covalentes que presentan
enlaces −O−H o −N−H. Esto sucede en las siguientes: b) CH3−NH2,
f) HCOOH.
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En la molécula de O=C=O hay dos enlaces covalentes polares
pero, como su geometría es lineal, es una molécula apolar. Las
fuerzas intermoleculares son muy débiles, de ahí que para
solidificarla hay que someterla a fuertes presiones y bajas
temperaturas. Cuando se abre el recipiente que contiene la nube
carbónica, se encontrará a temperatura y presión ambiental, lo que
hace que desaparezcan las fuerzas entre las moléculas y pase
rápidamente al estado gaseoso.
6
65
5.
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Entre el agua y el alcohol se pueden formar enlaces del H, igual a los
que existen entre las moléculas de agua entre sí y entre las moléculas
de alcohol entre sí. La molécula de cloroformo es polar, pero no
permite la formación de enlaces de hidrógeno; por eso no se mezcla
con el agua. Lo semejante se disuelve en lo semejante.
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La clave está en la diferencia de electronegatividades entre los átomos
que se enlazan:
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El filete está formado por sustancias covalentes, y cortar un filete
significa romper fuerzas intermoleculares. Para cortar el tenedor
tendremos que romper el cristal metálico. El enlace metálico es mucho
más fuerte que las fuerzas intermoleculares.
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El CaCl2 es un compuesto iónico. Cuando se disuelve en agua, cada
uno de estos iones se rodean de moléculas de agua, dando lugar
a interacciones ión-dipolo. La molécula de agua es polar y orienta
su polo positivo en torno al ion negativo (Cl−
), y su polo negativo,
en torno al ion positivo (Ca2+
).
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El Na2CO3 es un compuesto iónico. Cuando se disuelve en agua, cada
uno de estos iones se rodean de moléculas de agua dando lugar a
interacciones ión-dipolo. La molécula de agua es polar y orienta su
polo positivo en torno al ion negativo (CO3
2−
), y su polo negativo, en
torno al ion positivo (Na+
).
Por lo que respecta al ion carbonato, los átomos de O están unidos al
átomo de C mediante enlaces covalentes, del modo siguiente:
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El metanol es una molécula covalente en la que el C actúa de átomo
central. El agua también es una molécula covalente en la que los dos
átomos de H están unidos a un átomo de O. Ambas sustancias tienen
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Sólido a temperatura ambiente, sublima
con facilidad.
Conduce la electricidad en estado sólido.
El líquido es más denso que el sólido.
Es una molécula deficiente en electrones.
Su cristal es muy duro.
Es un gas formado por átomos aislados.
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21

enlace −O−H, lo que indica que pueden formar enlaces de H entre
ellas, además del enlace de H que se establece entre moléculas de
agua y el que se establece entre moléculas de metanol:
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Los disolventes derivados del petróleo, a base de C e H son moléculas
apolares. Por tanto, las grasas deben ser sustancias apolares, ya que
lo semejante se disuelve en lo semejante. En agua solo se disuelven
las sustancias polares.
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Si el diamante es el material más duro que existe, es capaz de rayar
cualquier otro material, incluidos los cristales iónicos. Esto determina
que la fuerza que mantiene unidos a los átomos de C del diamante es
mayor que la que mantiene a los iones en la red cristalina.
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22

a) AB2.
b) Covalente, pues los dos necesitan captar electrones para alcanzar
la configuración de gas noble.
c) Probablemente líquido. Se formarán una molécula polar de tamaño
no pequeño.
d) No conduce la electricidad porque todos los electrones pertenecen
a un átomo o a enlaces localizados
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23

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