Tendencias del estado de la materia en la tabla periódica para Química HSC
Aprende cómo la posición en la tabla periódica, la estructura, los enlaces y las fuerzas intermoleculares ayudan a explicar si un elemento es sólido, líquido o gaseoso a temperatura ambiente.
El cloro es un gas. El bromo, situado directamente debajo de él en la tabla periódica, es un líquido. El yodo, situado directamente debajo del bromo, es un sólido.
Este es un problema útil. Todos estos elementos pertenecen al Grupo 17 y tienen un comportamiento químico similar, así que ¿por qué no tienen el mismo estado físico?
Antes de seguir leyendo, haz una predicción: al bajar por el Grupo 17, ¿las partículas se vuelven más fáciles o más difíciles de separar entre sí?
Se vuelven más difíciles de separar. Esta única idea explica el patrón de gas a líquido y a sólido al descender por los halógenos, y nos ofrece una forma de comprender gran parte de la tabla periódica sin memorizar el estado de cada elemento.
01El estado es una competencia entre la atracción y el movimiento térmico
Las partículas de una sustancia están siempre en movimiento. A mayor temperatura, tienen más energía térmica y, en promedio, se mueven con mayor intensidad.
Al mismo tiempo, las partículas pueden atraerse entre sí.
Puedes imaginarlo como una fiesta un poco incómoda. El movimiento térmico es como si todo el mundo deambulara por la sala. Las fuerzas de atracción son las razones por las que las personas siguen agrupándose.
Si las atracciones son débiles en comparación con el movimiento térmico de las partículas, estas pueden separarse ampliamente y la sustancia es un gas.
Si las atracciones son lo bastante fuertes como para mantener las partículas próximas, pero no fijas en una posición, la sustancia puede ser un líquido.
Si la estructura mantiene las partículas en posiciones fijas, y estas principalmente vibran alrededor de dichas posiciones, la sustancia es un sólido.
La analogía tiene sus límites. Las partículas no toman decisiones, y diferentes sustancias pueden mantenerse unidas mediante tipos muy distintos de enlaces y atracciones. Lo útil es la competencia: la energía térmica tiende a separar las partículas, mientras que las interacciones atractivas tienden a mantenerlas juntas.
02El estado a temperatura ambiente depende realmente de los puntos de fusión y ebullición
Un elemento no es permanentemente sólido, líquido o gaseoso. Su estado depende de la temperatura y la presión.
En preguntas de Química del HSC, «temperatura ambiente» suele significar aproximadamente entre \(20^\circ\text{C}\) y \(25^\circ\text{C}\), con una presión cercana a la presión atmosférica.
A una presión fija:
| Temperatura en comparación con las temperaturas de cambio de fase | Estado esperado |
|---|---|
| Por debajo del punto de fusión | Sólido |
| Entre el punto de fusión y el punto de ebullición | Líquido |
| Por encima del punto de ebullición | Gas |
Supongamos que un elemento se funde a \(10^\circ\text{C}\) y hierve a \(80^\circ\text{C}\). A \(25^\circ\text{C}\),
\[ 10^\circ\text{C}<25^\circ\text{C}<80^\circ\text{C} \]
por lo que es un líquido.
Esto nos da una versión más precisa del modelo de partículas anterior. Las atracciones más fuertes generalmente requieren más energía para ser vencidas, por lo que tienden a producir puntos de fusión o ebullición más altos.
La tabla periódica resulta útil porque la posición de un elemento nos da pistas sobre su estructura y sus enlaces, que a su vez nos ayudan a razonar sobre esos puntos de fusión y ebullición.
03El patrón general en la tabla periódica
La mayoría de los elementos son sólidos a temperatura ambiente.
Los gases se concentran en la parte superior derecha de la tabla, además del hidrógeno. Solo un número muy pequeño de elementos conocidos son líquidos a temperatura ambiente.
Un primer mapa útil es:
| Región de la tabla periódica | Estructura típica | Estado habitual a temperatura ambiente | Razón principal |
|---|---|---|---|
| Metales de la izquierda y el centro | Red metálica gigante | Normalmente sólido | El enlace metálico mantiene muchas partículas en una estructura extendida |
| Elementos como boro, carbono y silicio | Estructura covalente gigante | Sólido | Fuertes enlaces covalentes se extienden por toda la estructura |
| No metales moleculares de la parte superior derecha | Moléculas pequeñas o más grandes | Gas, líquido o sólido | El estado depende en gran medida de las fuerzas intermoleculares |
| Grupo 18 | Átomos individuales | Gas | Solo actúan débiles fuerzas de dispersión entre los átomos |
| Hidrógeno | Moléculas de \(\ce{H2}\) | Gas | Moléculas pequeñas con débiles atracciones intermoleculares |
Este es un patrón, no una ley que permita colorear la tabla periódica sin pensar.
Por ejemplo, el mercurio es un metal, pero es líquido a temperatura ambiente. El galio y el cesio son sólidos a \(25^\circ\text{C}\), pero ambos se funden a temperaturas no muy superiores a la temperatura ambiente. Por tanto, un entorno cálido puede ser importante cerca de un límite de fase.
La mejor pregunta no es simplemente: «¿Es un metal o un no metal?».
Pregunta:
¿Qué partículas o estructura forma el elemento, y qué tan difícil es separarlas?
04Por qué la mayoría de los metales son sólidos
Un metal no está formado por pequeñas moléculas metálicas separadas. Sus átomos forman una estructura metálica extendida.
En el modelo del enlace metálico, los iones metálicos positivos son atraídos por electrones deslocalizados en toda la red. Para fundir un metal, deben vencerse suficientes de estas atracciones para que las partículas puedan desplazarse unas respecto de otras.
Esto normalmente requiere temperaturas superiores a la temperatura ambiente, por lo que la mayoría de los metales son sólidos a \(25^\circ\text{C}\).
Sin embargo, existen diferencias importantes entre los metales. El enlace metálico no tiene exactamente la misma intensidad en todos los elementos. El tamaño atómico, la carga, la configuración electrónica y la estructura cristalina influyen.
Por eso, «metal = sólido» es una primera predicción útil, pero no una regla exacta.
El mercurio es la conocida excepción a temperatura ambiente: es líquido.
05Por qué la esquina superior derecha contiene tantos gases
Ahora observa la parte superior derecha de la tabla periódica.
Varios no metales existen como moléculas pequeñas:
- hidrógeno, \(\ce{H2}\)
- nitrógeno, \(\ce{N2}\)
- oxígeno, \(\ce{O2}\)
- flúor, \(\ce{F2}\)
- cloro, \(\ce{Cl2}\)
Los enlaces covalentes dentro de estas moléculas pueden ser muy fuertes. El enlace \(\ce{N#N}\) del nitrógeno, por ejemplo, ciertamente no es débil.
Pero hacer hervir el nitrógeno no requiere romper todos los enlaces \(\ce{N#N}\).
Esta distinción es fundamental.
Cuando una sustancia molecular simple se funde o hierve, principalmente vencemos las fuerzas intermoleculares entre sus moléculas. Los enlaces covalentes dentro de cada molécula permanecen intactos.
Las moléculas pequeñas tienden a presentar fuerzas de dispersión de London relativamente débiles entre ellas, por lo que muchos de estos elementos tienen puntos de ebullición muy inferiores a la temperatura ambiente. Son gases a \(25^\circ\text{C}\).
06Los halógenos muestran la tendencia con gran claridad
Considera el Grupo 17.
| Halógeno | Partícula elemental | Punto de fusión aprox. | Punto de ebullición aprox. | Estado a \(25^\circ\text{C}\) |
|---|---|---|---|---|
| Flúor | \(\ce{F2}\) | \(-220^\circ\text{C}\) | \(-188^\circ\text{C}\) | Gas |
| Cloro | \(\ce{Cl2}\) | \(-101^\circ\text{C}\) | \(-34^\circ\text{C}\) | Gas |
| Bromo | \(\ce{Br2}\) | \(-7^\circ\text{C}\) | \(59^\circ\text{C}\) | Líquido |
| Yodo | \(\ce{I2}\) | \(114^\circ\text{C}\) | \(184^\circ\text{C}\) | Sólido |
Los puntos de fusión y ebullición aumentan considerablemente al descender por el grupo.
¿Por qué?
Cada molécula se vuelve más grande y contiene más electrones. Su nube electrónica se vuelve más polarizable, lo que significa que su distribución electrónica puede deformarse con mayor facilidad.
Esto produce dipolos temporales más intensos y, por tanto, fuerzas de dispersión de London más fuertes entre moléculas vecinas.
Se necesita más energía para separar las moléculas.
Por tanto, a los mismos \(25^\circ\text{C}\):
- la energía térmica mantiene fácilmente separadas las moléculas de \(\ce{Cl2}\) en forma de gas
- las moléculas de \(\ce{Br2}\) permanecen próximas pero móviles como líquido
- las atracciones entre las moléculas de \(\ce{I2}\) son lo bastante fuertes como para que el yodo permanezca sólido
Ejemplo resuelto: ¿Por qué el bromo es un líquido?
El flúor y el cloro son gases a \(25^\circ\text{C}\), mientras que el yodo es sólido. Explica por qué el bromo, que se encuentra entre el cloro y el yodo en el Grupo 17, es líquido a temperatura ambiente.
Paso 1
El bromo elemental existe como moléculas de \(\ce{Br2}\). Por tanto, debemos pensar en las fuerzas entre las moléculas de \(\ce{Br2}\).
Paso 2
Una molécula de \(\ce{Br2}\) tiene más electrones y una nube electrónica más grande y más polarizable que \(\ce{Cl2}\). Por tanto, sus fuerzas de dispersión de London son más fuertes.
Sin embargo, estas fuerzas no son tan fuertes como las que existen entre las moléculas de \(\ce{I2}\), todavía más grandes.
Paso 3
El bromo se funde aproximadamente a \(-7^\circ\text{C}\) y hierve aproximadamente a \(59^\circ\text{C}\).
A \(25^\circ\text{C}\),
\[ -7^\circ\text{C}<25^\circ\text{C}<59^\circ\text{C} \]
por lo que el bromo debe ser un líquido.
Paso 4
Las atracciones intermoleculares en el bromo son lo bastante fuertes como para impedir que sus moléculas se dispersen como un gas a temperatura ambiente, pero no lo bastante fuertes como para fijarlas en una estructura sólida.
07No culpes al enlace dentro de la molécula
Una explicación habitual es la siguiente:
El yodo es sólido porque el enlace covalente \(\ce{I-I}\) es más fuerte que el enlace \(\ce{Cl-Cl}\).
Esta no es la explicación correcta de la tendencia de los estados.
Fundir yodo no requiere romper todos los enlaces \(\ce{I-I}\). Las moléculas de \(\ce{I2}\) siguen siendo \(\ce{I2}\).
El cambio importante es que las moléculas adquieren suficiente energía para desplazarse unas respecto de otras. Estamos venciendo atracciones intermoleculares, no rompiendo la molécula para convertirla en átomos de yodo.
Un hábito útil para los exámenes es preguntarte:
¿Estoy separando moléculas entre sí, o separando átomos dentro de una molécula?
Para la fusión y ebullición de sustancias moleculares simples, normalmente se trata de lo primero.
08El oxígeno y el azufre muestran que la posición en el grupo no lo explica todo
El oxígeno y el azufre pertenecen ambos al Grupo 16.
Por tanto, podrías predecir estados similares. Sin embargo, el oxígeno es un gas a temperatura ambiente, mientras que el azufre es un sólido.
Parte de la explicación es el tamaño, pero hay otro detalle importante: sus moléculas elementales no tienen el mismo tamaño.
El oxígeno suele existir como pequeñas moléculas de \(\ce{O2}\). El azufre elemental común a temperatura ambiente contiene moléculas de \(\ce{S8}\) mucho más grandes.
Una molécula de \(\ce{S8}\) tiene muchos más electrones y una nube electrónica mucho mayor. En consecuencia, sus fuerzas de dispersión de London son mucho más fuertes.
Ejemplo resuelto: El oxígeno es un gas, pero el azufre es un sólido
Explica por qué el oxígeno y el azufre tienen estados diferentes a temperatura ambiente a pesar de pertenecer al mismo grupo.
Paso 1
El oxígeno existe como moléculas de \(\ce{O2}\). El azufre sólido común contiene moléculas de \(\ce{S8}\).
Paso 2
Una molécula de \(\ce{S8}\) es mucho más grande y contiene muchos más electrones que una molécula de \(\ce{O2}\).
Por tanto, su nube electrónica es más polarizable.
Paso 3
Una mayor polarizabilidad produce fuerzas de dispersión de London más fuertes entre las moléculas de \(\ce{S8}\) que entre las moléculas de \(\ce{O2}\).
Por tanto, se necesita más energía térmica para separar las moléculas de azufre.
Paso 4
A temperatura ambiente, las débiles atracciones entre las moléculas de \(\ce{O2}\) permiten que el oxígeno exista como gas. Las atracciones más fuertes entre las moléculas de \(\ce{S8}\) contribuyen a que el azufre permanezca sólido.
La lección va más allá del oxígeno y el azufre: la posición en la tabla periódica es útil porque ayuda a razonar sobre la estructura y el tamaño de las partículas. La posición por sí sola no causa directamente un estado de la materia.
09Gases nobles: átomos más grandes, pero siguen siendo gases
El Grupo 18 nos ofrece otra tendencia clara.
Los gases nobles existen como átomos individuales, no como moléculas. Entre esos átomos, las principales atracciones son las fuerzas de dispersión de London.
Al descender por el grupo desde el helio hacia el xenón y el radón:
- los átomos se hacen más grandes
- contienen más electrones
- sus nubes electrónicas se vuelven más polarizables
- las fuerzas de dispersión se hacen más fuertes
- los puntos de ebullición aumentan
Entonces, ¿significa eso que el xenón debería ser sólido a temperatura ambiente?
No.
Su punto de ebullición ha aumentado en comparación con el del helio o el neón, pero sigue estando muy por debajo de \(25^\circ\text{C}\). Por tanto, la temperatura ambiente sigue siendo suficientemente alta para que el xenón sea un gas.
Esta es una advertencia útil. Una propiedad puede aumentar al descender por un grupo sin aumentar lo suficiente como para cruzar el límite entre gas y líquido o entre líquido y sólido.
10A lo largo de un periodo, el patrón no es uniforme
Es tentador buscar una sola regla sencilla de izquierda a derecha.
Algo como:
El radio atómico disminuye a lo largo de un periodo, por lo que los elementos deberían cambiar gradualmente de sólido a líquido y luego a gas.
Esto falla porque el tipo de estructura cambia a lo largo de un periodo.
Considera algunos elementos del Periodo 3:
- el sodio, el magnesio y el aluminio tienen estructuras metálicas y son sólidos
- el silicio tiene una estructura covalente gigante y es sólido
- el fósforo y el azufre forman sólidos moleculares a temperatura ambiente
- el cloro forma pequeñas moléculas de \(\ce{Cl2}\) y es un gas
- el argón es monoatómico y es un gas
Observa lo que ha ocurrido. No nos hemos limitado a hacer cada vez más pequeño un único tipo de partícula.
Hemos pasado de una red metálica a una estructura covalente gigante, después a sustancias moleculares y, finalmente, a átomos individuales.
Este cambio de estructura tiene una enorme importancia.
Por tanto, no existe una regla fiable que diga «muévete tres casillas hacia la derecha y el estado cambiará de sólido a gas». Debes identificar qué tipo de sustancia forma cada elemento.
11Las estructuras covalentes gigantes son diferentes una vez más
El carbono y el silicio ofrecen otro contraste útil con los no metales moleculares pequeños.
En el diamante, cada átomo de carbono está unido covalentemente formando una red tridimensional gigante. El silicio también forma una estructura covalente gigante.
No existen moléculas separadas de \(\ce{C}\) o \(\ce{Si}\) que puedan simplemente alejarse unas de otras.
Para fundir una sustancia covalente gigante, deben vencerse muchos enlaces covalentes fuertes de la estructura extendida. Esto requiere una gran cantidad de energía.
Por tanto, estas sustancias son sólidas a temperatura ambiente.
Por eso la regla «los no metales son gases» no sirve. Algunos no metales son gases, otros son sólidos moleculares, y el carbono puede formar sólidos covalentes gigantes.
La estructura importa.
12Un método de decisión mejor que memorizar colores en una tabla periódica
Cuando te pidan utilizar la posición en la tabla periódica para analizar el estado probable de un elemento, sigue estas preguntas en orden.
¿Es un metal, un no metal o un elemento que probablemente forme una estructura covalente gigante?
La mayoría de los metales y de los elementos con estructuras covalentes gigantes serán sólidos a temperatura ambiente.Si es un elemento molecular, ¿qué tamaño tienen sus moléculas?
Las nubes electrónicas más grandes suelen implicar mayor polarizabilidad y fuerzas de dispersión más fuertes.¿Estás comparando estructuras similares?
Las tendencias de tamaño son especialmente útiles dentro de una familia como los halógenos o los gases nobles. Son mucho menos útiles si una sustancia es una red covalente gigante y otra está formada por átomos individuales.Si se proporcionan los puntos de fusión y ebullición, utilízalos.
No sustituyas datos reales por una tendencia memorizada.Mantén constantes las condiciones.
Un estado a temperatura ambiente es una afirmación sobre una temperatura y una presión determinadas, no una propiedad eterna del elemento.
13Los patrones más útiles que debes recordar
No necesitas memorizar 118 estados distintos para responder la mayoría de las preguntas del HSC.
Ten presentes estos patrones:
- la mayoría de los elementos son sólidos a temperatura ambiente
- la mayoría de los metales son sólidos, siendo el mercurio la conocida excepción líquida
- el hidrógeno es un gas a pesar de estar situado encima del Grupo 1
- el nitrógeno, el oxígeno, el flúor y el cloro son gases
- los gases nobles son gases a temperatura ambiente
- el bromo es líquido a temperatura ambiente
- al descender por un grupo de sustancias moleculares o monoatómicas comparables, el aumento de tamaño y polarizabilidad suele reforzar las fuerzas de dispersión de London
- las atracciones más fuertes entre partículas generalmente producen puntos de fusión y ebullición más altos
- a lo largo de un periodo, los cambios de estructura significan que no existe una única regla uniforme para el estado de la materia
Lo más importante es explicar el patrón mediante la estructura y las atracciones, en lugar de tratar la tabla periódica como una prueba de memoria basada en colores.
14Preguntas y soluciones
Pregunta 1
Un elemento tiene un punto de fusión de \(-12^\circ\text{C}\) y un punto de ebullición de \(47^\circ\text{C}\) a presión atmosférica.
¿Cuál es su estado a \(25^\circ\text{C}\)? Explica tu razonamiento.
Solución 1
El elemento es líquido a \(25^\circ\text{C}\).
Su punto de fusión está por debajo de la temperatura ambiente, por lo que ya se ha fundido. Su punto de ebullición está por encima de la temperatura ambiente, por lo que todavía no ha hervido.
La comparación relevante es
\[ -12^\circ\text{C}<25^\circ\text{C}<47^\circ\text{C}. \]
Como \(25^\circ\text{C}\) se encuentra entre los puntos de fusión y ebullición, el estado estable en estas condiciones es líquido.
El principio importante es que el estado está determinado por la temperatura en relación con las temperaturas de cambio de fase, no por asignar permanentemente a un elemento la etiqueta de «sólido», «líquido» o «gas».
Pregunta 2
El cloro es un gas a temperatura ambiente, mientras que el yodo es un sólido.
Un estudiante explica la diferencia diciendo: «El enlace covalente \(\ce{I-I}\) es más fuerte, por lo que las moléculas de yodo no pueden separarse».
Identifica el problema de esta explicación y proporciona una explicación mejor.
Solución 2
La explicación se centra en la interacción equivocada. El estado a temperatura ambiente depende principalmente de las fuerzas entre las moléculas, no de romper el enlace covalente dentro de cada molécula.
El cloro existe como \(\ce{Cl2}\), mientras que el yodo existe como \(\ce{I2}\).
Cuando el cloro hierve o el yodo se funde, las moléculas diatómicas normalmente no se rompen para formar átomos individuales. Los enlaces covalentes \(\ce{Cl-Cl}\) o \(\ce{I-I}\) permanecen.
En cambio, las moléculas se separan de las moléculas vecinas.
Una molécula de \(\ce{I2}\) tiene más electrones y una nube electrónica más grande y más polarizable que \(\ce{Cl2}\). Esto produce fuerzas de dispersión de London más fuertes entre las moléculas de \(\ce{I2}\).
Por tanto, el yodo tiene puntos de fusión y ebullición mucho más altos. A \(25^\circ\text{C}\), el yodo permanece sólido mientras que el cloro ya está muy por encima de su punto de ebullición y es un gas.
La trampa consiste en confundir los enlaces covalentes intramoleculares con las fuerzas intermoleculares.
Pregunta 3
Un estudiante hace la siguiente predicción sobre el Periodo 3:
«El radio atómico generalmente disminuye de izquierda a derecha, por lo que los estados de los elementos deberían cambiar gradualmente de sólido a líquido y luego a gas».
Explica por qué esta predicción no es fiable. Haz referencia al menos a tres tipos diferentes de estructuras elementales presentes a lo largo del periodo.
Solución 3
La predicción no es fiable porque el tipo de estructura cambia a lo largo del Periodo 3, de modo que el tamaño atómico por sí solo no puede determinar el estado.
A la izquierda del periodo, el sodio, el magnesio y el aluminio forman estructuras metálicas gigantes. El enlace metálico se extiende por sus redes, y los tres son sólidos a temperatura ambiente.
El silicio forma una estructura covalente gigante. Fuertes enlaces covalentes se extienden por toda la red, por lo que el silicio también es sólido.
Más hacia la derecha, el fósforo, el azufre y el cloro forman sustancias moleculares. Sus estados físicos dependen en gran medida de las fuerzas intermoleculares entre esas moléculas. El cloro tiene pequeñas moléculas de \(\ce{Cl2}\) con fuerzas de dispersión relativamente débiles y es un gas a temperatura ambiente.
El argón está formado por átomos individuales, con solo débiles fuerzas de dispersión entre ellos, y también es un gas.
El error del estudiante consiste en suponer que solo cambia una variable a lo largo del periodo. En realidad, los enlaces y la estructura también cambian, y esos cambios pueden tener un efecto mayor sobre el comportamiento de fusión y ebullición que el radio atómico por sí solo.
Pregunta 4
Se dispone de los siguientes datos aproximados para tres halógenos.
| Elemento | Punto de fusión | Punto de ebullición |
|---|---|---|
| \(\ce{Cl2}\) | \(-101^\circ\text{C}\) | \(-34^\circ\text{C}\) |
| \(\ce{Br2}\) | \(-7^\circ\text{C}\) | \(59^\circ\text{C}\) |
| \(\ce{I2}\) | \(114^\circ\text{C}\) | \(184^\circ\text{C}\) |
Determina el estado de cada elemento a \(70^\circ\text{C}\).
Un estudiante observa que el bromo ya no es líquido y afirma que la tendencia normal de los estados en el Grupo 17 ha «dejado de funcionar». Explica el error de esta conclusión.
Solución 4
A \(70^\circ\text{C}\), el cloro es un gas, el bromo es un gas y el yodo es un sólido. Esto no contradice la tendencia periódica.
Para el cloro,
\[ 70^\circ\text{C}>-34^\circ\text{C}, \]
por lo que la temperatura está por encima de su punto de ebullición. El cloro es un gas.
Para el bromo,
\[ 70^\circ\text{C}>59^\circ\text{C}, \]
por lo que el bromo también está por encima de su punto de ebullición y es un gas.
Para el yodo,
\[ 70^\circ\text{C}<114^\circ\text{C}, \]
por lo que el yodo permanece por debajo de su punto de fusión y es un sólido.
La tendencia del Grupo 17 no ha desaparecido. Los puntos de fusión y ebullición siguen aumentando considerablemente desde el cloro al bromo y al yodo porque las fuerzas intermoleculares de dispersión se hacen más fuertes al descender por el grupo.
Lo que cambió fue la temperatura de observación.
A \(25^\circ\text{C}\), el bromo se encuentra entre sus puntos de fusión y ebullición y es líquido. A \(70^\circ\text{C}\), la misma sustancia se encuentra por encima de su punto de ebullición y es un gas.
La trampa consiste en tratar el «estado a temperatura ambiente» como si fuera un estado intrínseco que un elemento tuviera que conservar a cualquier temperatura.
Pregunta 5
Los átomos de xenón son mucho más pesados y contienen más electrones que los átomos de silicio.
Por tanto, un estudiante predice que el xenón debería ser sólido a temperatura ambiente mientras que el silicio debería ser un gas, argumentando que «más electrones significan fuerzas de dispersión más fuertes».
Sin depender únicamente de estados memorizados, explica por qué esta predicción falla.
Solución 5
El silicio es sólido a temperatura ambiente, mientras que el xenón es un gas. La regla del estudiante falla porque los dos elementos tienen estructuras completamente diferentes.
La afirmación sobre el número de electrones contiene una idea útil: dentro de una serie comparable, una nube electrónica más grande y más polarizable puede producir fuerzas de dispersión de London más fuertes.
Por ejemplo, este razonamiento ayuda a explicar por qué el xenón tiene un punto de ebullición más alto que gases nobles más ligeros como el neón.
Pero el silicio no se mantiene unido principalmente mediante fuerzas de dispersión de London entre partículas separadas de silicio.
El silicio forma una red covalente gigante. Cada átomo está conectado con otros mediante fuertes enlaces covalentes que se extienden por toda la estructura. Por tanto, fundir silicio requiere suficiente energía para alterar muchos enlaces covalentes fuertes.
El xenón está formado por átomos separados. Las atracciones entre esos átomos son fuerzas de dispersión de London. Se hacen más fuertes al descender por el Grupo 18, pero siguen siendo lo bastante débiles como para que el punto de ebullición del xenón permanezca por debajo de la temperatura ambiente.
La suposición oculta del estudiante era que «más electrones» podía compararse directamente entre sustancias con tipos de enlace completamente diferentes.
Un orden de razonamiento más seguro es:
primero identifica la estructura, después identifica la atracción importante y, por último, utiliza las tendencias de tamaño y polarizabilidad dentro de estructuras comparables.
15Lo que esta idea prepara a continuación
Las tendencias de los estados de la materia son en realidad una introducción a una habilidad más amplia de Química del HSC: relacionar la estructura, los enlaces y las fuerzas intermoleculares con propiedades físicas medibles.
Una vez que puedas explicar por qué el cloro, el bromo y el yodo tienen estados diferentes, el siguiente paso es explicar las tendencias reales de sus puntos de fusión y ebullición. El mismo razonamiento se extiende después de forma más general a las sustancias moleculares, incluida la explicación de por qué algunos compuestos son gases volátiles, otros son líquidos y otros forman sólidos con puntos de fusión elevados.