7/28/2019 PracticaPropiedades Fisicas y Enlace Quimico en Solidos Respuestas

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Instrucciones para el profesor

Objetivo: Investigar algunas propiedades fsicas de slidos que contienen enlacesinicos, enlaces covalentes, fuerzas de van der Waals y enlaces metlicos paraaprender como discriminar entre ellos con base en las propiedades que

correlacionan con sus tipos de enlace.

Preparacin de la prctica

1. Es mejor tener los slidos y los lquidos disponibles en numerososcontenedores pequeos que sean convenientes para los estudiantes. El

ciclohexano deber estar en la campana2. Si no ha realizado esta actividad con anterioridad, es mejor hacerla antes quelos estudiantes.

3. Deben prepararse contenedores para los residuos (cido lurico yciclohexano) y dar instrucciones precisas de qu hacer con ellos antes de

comenzar la prctica.4. Revisar que estn funcionando los extinguidores, la regadera y los lavabos

para los ojos.5. Debe trabajarse con lentes de seguridad.6. Se deben dar indicaciones a los alumnos de: detener el calentamiento de una

sustancia una vez que se ha fundido, de calentar el NaCl en un tubo de ensayodirectamente en la parte ms caliente de la flama del mechero y de no usar

mecheros cerca de donde hay ciclohexano.7. . En lugar de cido lurico pueden usarse cido palmtico, esterico u olico,

con los que tambin se obtienen buenos resultados.

Resultados anticipados

La siguiente tabla (Tabla R1) incluye los resultados para esta prctica. Los equipos

de los alumnos pueden tener resultados con algunas variaciones, pero los datosdeben parecerse a estos. Con datos similares a los de esta tabla, los estudiantes notendrn dificultad al reconocer las diferencias bsicas en comportamiento entre los

diferentes tipos de slidos. Por ejemplo, el NaCl, tiene caractersticamente unpunto de fusin muy alto, es duro pero quebradizo, es soluble en agua y conduce laelectricidad en disolucin acuosa. En contraste, el cido lurico tiene un

comportamiento casi diametralmente opuesto. Es por lo tanto relativamente simplerelacionar las propiedades con el tipo de enlace en la discusin final.

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Tabla R1. Resultados de las pruebas realizadas

Propiedad NaCl cido lurico SiO2 Fe

Dureza Quebradizo Suave Duro Duro

Volatilidad Ninguna Graso Ninguna Ninguna

Fusin No funde Fcilmente No No

Solubilidad en H2O Soluble No No No

Solubilidad en ciclohexano No Soluble No No

Conductividad slido No No No S

Conductividad, H2O S No No No

Conductividad, ciclohexano No No No No

Respuestas a las aplicaciones e implicaciones

1. Interacciones electrostticas de tipo coulmbico.2. El enlace inico es no-direccional porque el campo elctrico de los iones es

esfrico. El enlace covalente es direccional porque se da entre orbitales con

geometras definidas.3. Son interacciones dbiles como: fuerzas de van der Waals, fuerzas de dispersin

de London, interacciones dipolares, etc. Estas interacciones dependenfuertemente de la distancia (varan de 1/r2 a 1/r6) y slo son importantes adistancias muy cortas. Por ejemplo, no se observa interacciones entre las

molculas de CO2 en estado gaseoso, pero al acercar las molculas aplicandopresin, aparecen interacciones de van der Waals y puede existir como un slido(hielo seco).

4. Se requiere ms energa para perturbar un cristal de un slido inico.5. Los slidos de redes covalentes tienen puntos de fusin muy altos.6. Brillo, maleabilidad, ductilidad, son buenos conductores de la electricidad.7. Las molculas que se mantienen unidas mediante interacciones dbiles de van der

Waals, como en el cido lurico, pueden separarse fcilmente del slido. Esta esla razn por la que esta sustancia tiene un olor fcilmente detectable y tambin

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se deforma fcilmente. Las fuerzas intermoleculares dbiles son la causa delbajo punto de fusin. Algunas de estas sustancias pueden ser altamente voltiles,

incluso gases, y no tener olor, como el hidrgeno y el oxgeno gaseosos. Mientrasmayor sea la sensibilidad de la nariz humana, es menor la cantidad que serequiere para que una sustancia pueda ser detectada.

8. Las molculas de cido lurico se mantienen en estado slido por interaccionesde van der Waals, por ello tiene un punto de fusin bajo (< 100 C). Las otras tres

sustancias se mantienen como slidos por interacciones inicas o covalentes. ElNaCl es un slido inico (p.f. cercano a 800 C), el SiO2 es un slido mantenido

por una red covalente tridimensional (p.f. > 2000 C), y el Fe es un metal (p.f. >2000 C).

9.

No, realmente no. Con el cido lurico las fuerzas intermoleculares dbilespueden sobrepasarse sin afectar los enlaces covalentes intramoleculares. Porotro lado, cuando se funde el NaCl, las fuertes interacciones inicas debensobrepasarse separando los iones.

10.Las fuerzas intramoleculares son ms fuertes en el cido lurico. Estasconsistesn en enlaces covalentes que mantienen juntos a los tomos de carbono,hidrgeno y oxgeno en las molculas. Las fuerzas intermoleculares soninteracciones moderadamente dbiles de van der Waals, en consecuencia lasmolculas estn sujetas con menos fuerza dentro del cristal y la red cristalina se

puede romper fcilmente.11.El NaCl se disuelve en agua pero no en ciclohexano, mientras el cido lurico sedisuelve en ciclohexano pero no en agua. Ni la silica ni el hierro se disuelven enestos disolventes. El agua est formada de molculas polares, su interaccin con

los iones que existen en el NaCl les permite sobrepasar las fuerzas atractivas enla red cristalina del NaCl (y muchos otros solutos polares) y disolver la sustancia.Debido a que el cido lurico no es polar, no interacta con el agua lo

suficientemente fuerte como para disolverse. El ciclohexano es una sustancia nopolar y puede disolver al cido lurico. En el caso de los otros slidos, las fuerzasde atraccin son muy fuertes e impiden su disolucin.

12.Las respuestas de los estudiantes variarn dependiendo de la identidad de lamuestra desconocida. En cualquier caso, sus respuestas debern estar basadasen los datos reunidos en la tabla I y debern ser empleados para justificar laclasificacin de la muestra desconocida dentro de una de las cuatro clases de

sustancias

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Discusin posterior a la prctica.

Debe hacerse una discusin sistemtica acerca de los tipos de enlace que existen enlos diferentes slidos despus de que los alumnos hayan obtenido todos sus datos.En general, es posible hacer algunas generalizaciones:

En gran medida, las propiedades fsicas de los slidos estn determinadas por eltipo de enlace que mantiene unidos a los tomos, molculas o iones en forma deslido. Los diferentes tipos de enlace dan lugar a slidos inicos, slidosmoleculares, metales y slidos de red covalente, cada uno son sus propiascaractersticas fsicas. Por esto, el tipo de slido puede ser determinado,

frecuentemente, estudiando sus propiedades fsicas.

Los slidos inicos consisten de iones opuestamente cargados arreglados en una redcristalina de forma que cada ion est rodeado de otros dos, cuatro, seis u ochocontraiones opuestamente cargados. Esto causa una atraccin muy fuerte, dando

slidos que tpicamente son muy duros, con altos puntos de fusin. Los slidosinicos generalmente son solubles en agua pero insolubles en disolventes orgnicosno polares. Como slidos, no conducen la electricidad, pero lo hacen cuando se

funden o cuando se disuelven en agua. Sin embargo, no todos los compuestos inicosson solubles en agua, por ejemplo, el carbonato de calcio. En estos casos, las

atracciones entre los iones en la red cristalina son demasiado fuertes para sercompensados por las atracciones favorables con las molculas polares de agua.

Los slidos moleculares estn compuestos de molculas mantenidas unidas porfuerzas relativamente dbiles. Por lo tanto, estos slidos tienden a ser suaves,funden a baja temperatura, y son ms o menos voltiles. Los slidos moleculares

tienden a ser insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgnicos. Noconducen la corriente elctrica ni como slidos, ni al fundirlos, ni al disolverlos.Pocos slidos moleculares son solubles en agua, como el azcar de mesa (sacarosa);

estos slidos estn formados de molculas polares y por eso se disuelven endisolventes polares como el agua.

Los slidos de red covalente estn enlazados por interacciones covalentes en redes

de tres, dos o una dimensin donde cada tomo est unido covalentemente a otrotomo. Las molculas estn amplificadas, as que cualquier tamao de muestraque se estudie, en principio, puede ser considerado como una molcula. Actualmente,el trmino molcula tiene poco significado en este sentido. El fuerte enlace

multidireccional produce slidos con puntos de fusin muy altos que son

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generalmente duros, no voltiles e insolubles en todos los disolventes; no sonconductores de la electricidad con excepcin del grafito, un slido de red molecular

de dos dimensiones.

Los tomos metlicos estn unidos entre s por enlaces metlicos. Estos enlaces

generalmente son fuertes (aunque hay notables excepciones como el mercurio, quees lquido a temperatura ambiente y el galio que puede fundirse en la mano de unapersona) pero no son altamente direccionales (como los enlaces covalentes). Lanaturaleza no direccional del enlace metlico se debe a la movilidad relativa de sus

electrones de valencia, relacionada tambin con la maleabilidad de muchos metales.La mayora de los metales tienen 6, 8 o 12 tomos vecinos ms prximos, pero tienenpocos electrones de valencia. Aunque los pocos electrones de valencia pueden

moverse libremente, los tomos no, por eso la mayora de los metales son slidos atemperatura ambiente y tienen formas definidas. As, podemos decir que los tomosmetlicos se comportan como si fueran esferas empacadas en arreglos regulares;

entre una capa y otra de tomos, hay arreglos casi planos, por esto la movilidad delos electrones a lo largo de un plano es sencilla. Estas caractersticas dan lugar a labuena conduccin del calor y la electricidad de muchos metales, as como a sumaleabilidad, brillo metlico y a que no sean voltiles. Aunque los metales no se

disuelven en agua o en disolventes orgnicos, forman disoluciones slidas, queconocemos como aleaciones o como amalgamas cuando incluyen mercurio.

Asesora durante la prctica

La respuesta del estudiante al identificar una muestra desconocida, es una buena

forma de evaluar cunto ha aprendido al realizar esta actividad. Es importanteasesorarlos en las tcnicas de manipulacin de las sustancias as como darles pistasde cmo estn realizando la actividad experimental.

Es importante que los estudiantes vean las relaciones entre enlace, estructura y

propiedades. Esta actividad refuerza este aprendizaje y estimula numerosaspreguntas que pueden usarse para evaluar su comprensin del tema. Por ejemplo, esposible darles datos experimentales similares a los que obtuvieron en ellaboratorio para una sustancia en particular y discutir con ellos en cul de estas

cuatro categoras lo clasificaran.