Ciencias Naturales 8.º

Propiedades según el enlace

50 min · DBA 2

Lo que vas a aprender
  • Predecir el estado de agregación y si la temperatura de fusión es alta o baja a partir del tipo de enlace.
  • Explicar qué pasa con los iones de un compuesto iónico y con las moléculas del azúcar cuando se disuelven en agua, y escribir la ecuación de la disolución de una sal.
  • Justificar con la masa que disolver sal en agua es un cambio físico.
  • Diseñar con el docente una práctica para comparar cómo se disuelven la sal, el azúcar y la parafina.

Para qué

¿Para qué sirve esto?

La sal y el azúcar se parecen mucho: los dos son granitos blancos y los dos se disuelven en el agua. Pero si se calientan en una olla, con un adulto, el azúcar se funde y, si se sigue calentando, se vuelve caramelo, mientras que la sal sigue sólida por mucho que se caliente en la estufa. (Fundirse es un cambio físico; hacerse caramelo ya es un cambio químico: las moléculas de azúcar se rompen y forman otras). Una vela se derrite con el calor de su propia llama, y el agua hierve en cualquier cocina.

¿Por qué unas sustancias se funden o hierven con poco calor y otras no? ¿Por qué unas se disuelven en agua y otras no? Gran parte de la respuesta está en el tipo de enlace que viste en las dos lecciones anteriores. Con esa idea vas a poder predecir cómo se comporta una sustancia antes de experimentar con ella.

Antes de empezar recuerda que en un compuesto iónico hay una red de iones y en una sustancia covalente hay moléculas.

Explicación

Dos maneras de estar unidos

En un compuesto iónico, como la sal, cada ion está atraído por muchos iones vecinos de carga contraria, en todas las direcciones. Para separar los iones hay que vencer muchas atracciones fuertes a la vez.

En una sustancia molecular, como el agua o el azúcar, cada molécula tiene sus átomos unidos por enlaces covalentes fuertes. Pero entre una molécula y otra la atracción es mucho más débil. Al fundir o hervir una sustancia molecular no se rompen los enlaces covalentes: solo se separan las moléculas unas de otras.

Estado de agregación y temperaturas de fusión y ebullición

Por eso los compuestos iónicos, como NaCl, KCl, MgO y CaCl₂, son sólidos a temperatura ambiente, con temperaturas de fusión altas: se necesita mucha energía para soltar los iones de la red. La sal de cocina no se funde en una estufa casera.

Las sustancias moleculares pueden ser gases (H₂, Cl₂, HCl), líquidos (el agua) o sólidos que se funden con mucho menos calor que la sal (el azúcar; la parafina, que además es blanda). Sus temperaturas de fusión y de ebullición son, en general, más bajas que las de los compuestos iónicos: basta separar moléculas que se atraen poco. Ojo: lo que distingue al azúcar de la sal no es la dureza, porque sus granos son duros y quebradizos como los de sal, sino la temperatura a la que se funde.

Un error muy común: cuando el agua hierve, las burbujas no son de hidrógeno y oxígeno. Son vapor de agua: las mismas moléculas de H₂O, ahora separadas unas de otras.

Hay excepciones que conviene conocer. El diamante y la arena de cuarzo tienen enlaces covalentes, pero sus átomos no forman moléculas sueltas: están todos unidos en una red gigante, y por eso son durísimos y se funden a temperaturas muy altas. Los estudiarás más adelante.

La solubilidad en agua

Cuando echas sal en el agua, las moléculas de agua rodean los iones de la superficie del cristal y los van soltando uno por uno. Los iones se reparten por todo el líquido:

$$\mathrm{NaCl \rightarrow Na^{+} + Cl^{-}}$$

La ecuación dice que cada unidad de NaCl deja en el agua dos iones sueltos. Muchos compuestos iónicos se disuelven así en el agua, pero no todos: la tiza, por ejemplo, casi no se disuelve.

Con las sustancias moleculares pasa de todo. El azúcar se disuelve muy bien, pero sus moléculas no se rompen: se separan unas de otras y quedan enteras entre las del agua. La parafina y el aceite, en cambio, casi no se disuelven en agua. Por qué unas moléculas sí y otras no depende de cómo están hechas, y lo verás en décimo.

Disolver es un cambio físico: si se evapora el agua, la sal vuelve a aparecer, con la misma masa que se echó.

Una pista más: la corriente eléctrica

Los iones tienen carga. En el cristal de sal están fijos y no conducen la corriente, pero disueltos en agua (o en la sal fundida) se pueden mover y la disolución conduce la electricidad. El agua con azúcar casi no la conduce, porque las moléculas de azúcar no tienen carga (lo poco que conduce se debe a las sales que ya trae el agua de la llave). Ojo: hay sustancias moleculares que, al disolverse en agua, sí sueltan iones. El HCl, que es un gas, al disolverse forma el ácido clorhídrico, que conduce muy bien la corriente. Con un probador de conductividad, el docente puede mostrar esta diferencia que el ojo no ve.

Na⁺ Na⁺ Na⁺ Na⁺ Na⁺ Cl⁻ Cl⁻ Cl⁻ Cl⁻ Cl⁻ azúcar azúcar azúcar azúcar azúcar sal en agua: iones sueltos azúcar en agua: moléculas enteras

En el agua con sal hay iones Na⁺ y Cl⁻ sueltos; en el agua con azúcar hay moléculas de azúcar enteras. Las moléculas de agua no se dibujan.

NaClCloruro de sodio (sal decocina)red cristalina cúbicaCloro (Cl⁻)Sodio (Na⁺)

Cambia entre la sal y la glucosa (un azúcar más sencillo que el de mesa) y gíralas. La sal es una red: cada ion queda rodeado de iones de carga contraria, sin moléculas sueltas. La glucosa es una molécula con sus átomos unidos; entre una molécula y otra la atracción es débil.

Cómo predecir

Frente a una sustancia nueva, primero se decide el tipo de enlace: un metal de los grupos 1 o 2 con un no metal de los grupos 16 o 17 da un compuesto iónico; dos no metales dan una sustancia molecular. Luego se predice:

  • Iónico: sólido a temperatura ambiente, temperaturas de fusión y ebullición altas, quebradizo; muchos se disuelven en agua, y la disolución conduce la electricidad.
  • Molecular: gas, líquido o sólido que se funde con poco calor comparado con la sal; temperaturas de fusión y ebullición más bajas; unos se disuelven en agua y otros no. Si se disuelven en moléculas enteras, como el azúcar, la disolución casi no conduce; algunas, como el HCl, sueltan iones en el agua y la disolución sí conduce.

Una predicción no es una certeza: se comprueba con un experimento.

La práctica: sal, azúcar y parafina en agua

Con el docente, en tres vasos con la misma cantidad de agua de la llave, echen una cucharadita de sal en el primero, una de azúcar en el segundo y un poco de vela rallada en el tercero. Revuelvan lo mismo en los tres y anoten qué ven. Después, pongan unas gotas de cada vaso en un plato y déjenlas secar al sol hasta el día siguiente. No se usa llama ni se prueba nada con la boca.

Ejemplo resuelto

El cloruro de calcio en agua

El cloruro de calcio se disuelve en agua. ¿Qué partículas quedan sueltas, y la disolución conduce la corriente?

Ver la solución paso a paso
  1. Primero, el tipo de enlace: el calcio es un metal del grupo 2 y el cloro un no metal del grupo 17. Es un compuesto iónico, una red de iones.

  2. Al disolverse, las moléculas de agua rodean los iones de la superficie del cristal y los van soltando: quedan iones de calcio y de cloruro repartidos por el líquido (CaCl₂ → Ca²⁺ + 2Cl⁻).

  3. Los iones tienen carga y en el agua se pueden mover: la disolución conduce la electricidad.

  4. No se formó una sustancia nueva: si se evapora el agua, vuelve a aparecer el cloruro de calcio. Es un cambio físico.

Respuesta: Quedan iones de calcio y de cloruro sueltos, y la disolución conduce la corriente.

Ejemplo resuelto

Sal y azúcar, partícula por partícula

Se disuelve una cucharadita de sal en un vaso de agua y una de azúcar de mesa en otro. Las dos desaparecen de la vista. ¿En qué se diferencia lo que queda suelto en cada vaso?

Ver la solución paso a paso
  1. La sal es iónica: al disolverse, su red se deshace en iones de sodio y de cloruro, con carga (NaCl → Na⁺ + Cl⁻).

  2. El azúcar es molecular: sus átomos están unidos por enlaces covalentes que no se rompen. Cada molécula se separa de las otras moléculas de azúcar y queda entera, sin carga, rodeada de agua.

  3. Por eso el agua con sal conduce la corriente y el agua con azúcar casi no: lo que se ve igual por fuera es distinto por dentro.

Respuesta: En el vaso de sal quedan iones con carga; en el de azúcar, moléculas enteras de azúcar, sin carga.

Ejemplo resuelto

La sal vuelve a aparecer

Se disuelve una cucharada de sal en un vaso de agua y luego se deja evaporar toda el agua en un plato al sol. ¿Qué queda en el plato?

Ver la solución paso a paso
  1. Al disolverse, la sal no desaparece: sus iones se reparten en el agua, y la balanza marca lo que pesaban el agua y la sal juntas.

  2. Al evaporarse, se va solo el agua. Los iones se vuelven a juntar en cristales.

  3. Queda la misma sal que se echó, con la misma masa. Disolver no formó una sustancia nueva: es un cambio físico.

Respuesta: Queda la misma sal, con la misma masa que se disolvió.

Práctica

Al disolverse el cloruro de potasio (la sal baja en sodio) en agua, ¿qué queda en el agua?

¿Por qué el agua con sal conduce la electricidad y un cristal de sal seco no?

¿Qué le pasa a una molécula de azúcar cuando se disuelve en agua?

El agua con azúcar casi no conduce la corriente. ¿Por qué?

Un compuesto está formado por un metal del grupo 1 y un no metal del grupo 17. ¿Qué esperas de él a temperatura ambiente?

La parafina de una vela se funde con poco calor. ¿Qué indica eso?

Se disuelve sal en un vaso de agua puesto sobre una balanza. ¿Qué marca la balanza después de disolver?

Se deja evaporar al sol el agua de un plato con agua azucarada. ¿Qué queda en el plato?

¿Por qué disolver sal en agua es un cambio físico?

¿Cuál de estas sustancias esperas que tenga la temperatura de fusión más alta?

Cuando el agua hierve, ¿qué hay dentro de las burbujas?

Reto

Red de iones o moléculas.

Primero decide el tipo de enlace: metal con no metal, o dos no metales. Luego predice la temperatura de fusión.

Reto

¿Cuál no es como los demás?

En cada ronda, tres se parecen por su tipo de enlace y uno no. Toca el que no es como los demás.

Cierre

En resumen

  • Los compuestos iónicos forman redes de iones con muchas atracciones fuertes; son sólidos con temperaturas de fusión y ebullición altas.

  • Las sustancias moleculares tienen enlaces fuertes dentro de cada molécula, pero sus moléculas se atraen poco; pueden ser gases, líquidos o sólidos que se funden con poco calor, con temperaturas de fusión y ebullición más bajas.

  • Al fundir o hervir una sustancia molecular no se rompen sus enlaces; el vapor de agua sigue siendo H₂O.

  • Al disolverse, un compuesto iónico suelta sus iones (NaCl → Na⁺ + Cl⁻) y la disolución conduce la electricidad; el azúcar se disuelve en moléculas enteras, sin carga, y casi no conduce. Algunas moléculas, como el HCl, sí sueltan iones en el agua.

  • Disolver es un cambio físico; al evaporar el agua se recupera la misma masa de sal.

Vocabulario

Estado de agregación

Forma en que se presenta una sustancia a temperatura ambiente: sólido, líquido o gas.

Temperatura de fusión

Temperatura a la que un sólido se vuelve líquido.

Temperatura de ebullición

Temperatura a la que un líquido hierve y se vuelve gas en todo su volumen.

Solubilidad

Capacidad de una sustancia para disolverse en otra, por ejemplo en agua.

Disolución

Mezcla uniforme en la que una sustancia, el soluto, está repartida en otra, el disolvente, en partículas tan pequeñas que no se ven.

Guía para el docente

Tiempos

Preguntas para el salón

Errores típicos

Tarea sugerida

Escribir un informe corto de la práctica de los tres vasos: pregunta, materiales, pasos, observaciones (qué se disolvió y qué quedó en el plato al secarse) y una conclusión que use el tipo de enlace de la sal, del azúcar y de la parafina.