Cómo racionalizar la diferencia de puntos de ebullición

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Puedes haber notado que diferentes sustancias tienen una amplia variedad de puntos de ebullición. El etanol, por ejemplo, hierve a una temperatura más baja que el agua. El propano es un hidrocarburo y un gas, mientras que la gasolina, una mezcla de hidrocarburos, es un líquido a la misma temperatura. Puedes racionalizar o explicar estas diferencias pensando en la estructura de cada molécula. En el proceso, ganarás algunos nuevos conocimientos sobre la química cotidiana.

Piensa acerca de lo que mantiene unidas a las moléculas en un sólido o un líquido. Todos poseen energía (en un sólido, están vibrando u oscilando y en un líquido se mueven alrededor de la otra). Así que, ¿por qué no solo salen volando como en las moléculas de un gas? No es sólo porque experimentan la presión del aire circundante. Claramente, las fuerzas intermoleculares los mantienen unidas.

Recuerda que cuando las moléculas de un líquido se encuentran libres de las fuerzas que las mantienen juntas y escapan, forman un gas. Pero también sabemos que la superación de esas fuerzas intermoleculares requiere de energía. Por consiguiente, mientras mayor energía molecular cinética hay en un líquido (en otras palabras, a mayor temperatura) más podrán escapar y más rápido se evaporará el líquido.

Al seguir aumentando la temperatura, eventualmente llegarás a un punto en el que las burbujas de vapor comienzan a formarse debajo de la superficie del líquido, es decir, comienza a hervir. Cuanto más fuerte son las fuerzas intermoleculares en el líquido, se necesita más calor, y más alto es el punto de ebullición.

Recuerda que todas las moléculas experimentan una atracción intermolecular débil llamada fuerza de dispersión Londres. Las moléculas más grandes experimentan fuertes fuerzas de dispersión de Londres, y las molésculas con forma de vara experimentar mayores fuerzas de dispersión de Londres que las moléculas esféricas. El propano (C3H8), por ejemplo, es un gas a temperatura ambiente, mientras que el hexano (C6H14) es un líquido (ambos están hechos de carbono e hidrógeno), pero el hexano es una molécula más grande y experimenta fuertes fuerzas de dispersión de Londres.

Recuerda que algunas moléculas son polares, lo que significa que tienen una carga negativa parcial en una región y una carga positiva parcial en otra. Estas moléculas se encuentran débilmente atraídas la uno a la otra, y este tipo de atracción es un poco más fuerte que la fuerza de dispersión de Londres. Si todo lo demás permanece igual, una molécula más polar tendrá un punto de ebullición más alto que una no polar. El o-diclorobenceno, por ejemplo, es polar mientras que el p-diclorobenceno, que tiene el mismo número de átomos de cloro, carbono e hidrógeno, no lo es. Por consiguiente, el o-diclorobenceno tiene un punto de ebullición de 180 grados Celsius, mientras que el p-diclorobenceno hierve a 174 grados Celsius.

Recuerda que las moléculas en las que el hidrógeno está unido al nitrógeno, flúor u oxígeno, pueden formar interacciones llamadas enlaces de hidrógeno. Estos enlaces son mucho más fuertes que las fuerzas de dispersión de Londres o atracción entre moléculas polares; donde están presentes, dominan y elevan el punto de ebullición de manera sustancial.

El agua, por ejemplo, es una molécula muy pequeña, por lo que sus fuerzas de Londres son débiles. Debido a que cada molécula de agua puede formar dos enlaces de hidrógeno, el agua tiene un punto de ebullición relativamente alto de 100 grados Celsius. El etanol es una molécula más grande que el agua y experimenta fuertes fuerzas de dispersión de Londres; ya que sólo tiene un átomo de hidrógeno disponible para la unión de hidrógeno, sin embargo, se forma un menor número de enlaces de hidrógeno. Las fuerzas más grandes de Londres no son suficientes para compensar la diferencia, y el etanol tiene un punto de ebullición más bajo que el agua.

Recordemos que un ion tiene una carga positiva o negativa, por lo que es atraído hacia los iones con una carga opuesta. La atracción entre dos iones con cargas opuestas es muy fuerte (de hecho mucho más fuerte que el enlace de hidrógeno). Son estas atracciones ion a ion que mantienen unidos a los cristales de sal. Probablemente nunca has intentado a hervir agua con sal, lo cual es bueno ya que la sal ebulle a más de 1.400 grados Celsius.

Clasifica las fuerzas interiónicas e intermoleculares en orden de intensidad de la siguiente manera:

Ion a ion (atracciones entre los iones) Enlace de hidrógeno Ion a dipolo (un ion atraído a una molécula polar) Dipolo a dipolo (dos moléculas polares atraídas la una a la otra) Fuerza de dispersión de Londres

Ten en cuenta que la intensidad de las fuerzas entre las moléculas de un líquido o un sólido es la suma de las diferentes interacciones que experimentan.