¿En qué se diferencian las soluciones acuosas de compuestos iónicos y moleculares?
Introducción
Jean-Paul y Simone estaban sentados en un laboratorio, realizando un experimento. Jean-Paul tomó un vaso de precipitados con agua destilada y disolvió una cucharada de sal en su interior. Simone había realizado la misma operación con una cucharada de azúcar en un vaso de precipitados separado de agua destilada.
Simone luego enchufó una bombilla eléctrica a un enchufe de pared. La base en la que se atornilló la bombilla tenía dos cables expuestos que salían de su base. Simone sumergió estos cables en la solución de agua salada y la bombilla se encendió. Sacó los cables de la solución de agua salada, los limpió y los secó, los colocó en la solución de agua azucarada y la bombilla permaneció oscura. Después de quitar, limpiar y desenchufar el aparato, se volvió hacia Jean-Paul y dijo: ‘Está bien, expliquemos lo que sucedió’.
Disociación en compuestos moleculares
Después de pensar por un momento, Jean-Paul dijo: “ Cuando disolví la sal en el agua, los cationes cargados positivamente y los aniones cargados negativamente en la estructura de la red cristalina de la sal se disociaron o separaron para formar cationes y aniones individuales en el agua.’
“Eso parece razonable”, respondió Simone. ¿Y cómo ocurre exactamente este proceso de disociación?
Bueno, respondió Jean-Paul. “Para entender eso, creo que debemos comenzar por revisar lo que sabemos sobre la estructura molecular del agua y del cloruro de sodio”.
Bond dipolos y enlaces polares
“Sabemos que las moléculas de agua son polares , lo que significa que tienen regiones de la molécula con carga positiva y negativa”. dijo Jean-Paul. ‘La naturaleza polar del agua se debe a la formación de enlaces polares , que surgen debido a las diferencias en la electronegatividad de los átomos que se unen. Los enlaces polares forman dipolos de enlace . Estos dipolos de enlace crean regiones cargadas indicadas usando δ + para indicar la región cargada positivamente, y δ – para indicar la región cargada negativamente. ‘
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—Eso parece bastante claro. dijo Simone. —¿Y la estructura del cloruro de sodio?
Proceso de disolución de compuestos iónicos
Jean-Paul continuó: “También sabemos que la red cristalina de cloruro de sodio se mantiene unida por atracciones culómbicas entre los iones de sodio y cloruro”.
‘¿Qué son las atracciones culómbicas?’ preguntó Simone.
Las atracciones coulombicas son aquellas que surgen entre cargas opuestas. El catión sodio tiene una carga positiva y el anión cloruro tiene una carga negativa, por lo que la red cristalina se mantiene unida por las atracciones entre estas cargas ‘.
“Entendido”, dijo Simone. ‘Entonces, ¿qué sucede cuando se pone la sal en el agua?’
«Cuando eso sucede», explicó Jean-Paul, «las regiones cargadas negativamente de la molécula de agua se sienten atraídas por los cationes de sodio y las regiones cargadas positivamente de la molécula de agua se vuelven atraídas por los aniones cloruro por atracciones ion-dipolo. Estas atracciones ion-dipolo son lo suficientemente fuertes como para superar las atracciones coulombic que mantienen unida la red cristalina y los iones se separan y se disuelven. Entonces se dice que los iones están hidratados porque ambos están rodeados por moléculas de agua ‘.
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‘¡Guau!’ dijo Simone. “¿Pero por qué se enciende la luz cuando los cables se colocan en la solución?”
Formación de electrolitos
“Eso es algo complicado”, dijo Jean-Paul. Pero en general, lo que sucede es que, dado que los cables están conectados a la electricidad de la pared, crean una diferencia de voltaje entre ellos. Esta diferencia de voltaje crea un campo eléctrico en el agua y la sal disuelta crea una solución que facilita una corriente que hace que la luz se encienda. Los compuestos iónicos que conducen una corriente eléctrica se denominan electrolitos ».
‘Ok, lo tengo.’ dijo Simone. ‘¿Entonces sin los iones en el agua para formar una solución, no se puede formar corriente para completar el circuito y permitir que la luz se encienda?’
‘Bien’, respondió Jean-Paul. “Pero por qué la luz no se encendió cuando los cables se colocaron en la solución de agua azucarada”.
Cómo se disuelven los compuestos moleculares
“Después de su análisis”, dijo Simone, “comencemos por examinar la estructura molecular del azúcar”.
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“Los átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno del azúcar están unidos covalentemente , lo que significa que los átomos forman enlaces al compartir electrones, en lugar de transferirlos como ocurre con el cloruro de sodio. No hay atracciones culómbicas entre los átomos porque no se forman iones ”.
‘Aun así’, continuó Simone, ‘hay dipolos de enlace, que surgen de las diferentes electronegatividades de los átomos que forman los enlaces. Por lo tanto, puede haber múltiples regiones donde se pueden formar enlaces polares, como explicó en el caso de las moléculas de agua ‘.
Jean-Paul asintió. “Y cada uno de estos enlaces polares, que surgen de la formación de dipolos de enlace, puede ser atraído por otros enlaces polares u otros iones”, completó.
Fuerzas atractivas intermoleculares
“Cuando se agrega azúcar al agua, las atracciones intermoleculares entre las moléculas de agua y las moléculas de azúcar separan las moléculas de azúcar entre sí”, dijo Simone. Estas atracciones son de dos tipos: enlaces de hidrógeno y atracciones dipolo-dipolo . Ocurren entre los enlaces covalentes polares de diferentes moléculas. El extremo positivo de un dipolo de enlace se ve atraído por el extremo negativo de un dipolo de enlace de otra molécula. Aquí hay un ejemplo de este tipo de interacción utilizando moléculas de acetona ‘.
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—Entiendo a qué te refieres —dijo Jean-Paul. “Entonces, cuando el azúcar se agrega al agua, las atracciones diploe-dipolo y las atracciones del enlace de hidrógeno entre el agua y las moléculas de azúcar hacen que el azúcar se disuelva”.
Eso es correcto dijo Simone. Y, dado que no hay iones presentes o formados, no hay nada que conduzca una corriente eléctrica y la luz permanece apagada. Debido a esta propiedad, el azúcar se denomina no electrolito .
—Bueno, déjame ver si esto tiene sentido —dijo Jean-Paul. “Lo que vemos en estos dos ejemplos es que una diferencia entre las soluciones de compuestos iónicos y moleculares es que los compuestos iónicos son electrolitos y conducen una corriente eléctrica, mientras que los compuestos moleculares no son electrolitos y no conducen una corriente eléctrica”.
—Exactamente —dijo Simone, sonriendo.
Resumen de la lección
Repasemos lo que hemos aprendido (y Simone y Jean-Paul). Los compuestos iónicos se disuelven en agua mediante un proceso llamado disociación . Las moléculas de agua separan los cationes e iones mediante atracciones ion-dipolo para formar iones hidratados . Estos iones hidratados son electrolitos y conducen una corriente eléctrica.
Los compuestos moleculares se disuelven en agua por medio de atracciones dipolo-dipolo y atracciones de enlace de hidrógeno . Estas atracciones entre el compuesto molecular y el agua no forman iones cuando un compuesto molecular se disuelve. Debido a esto, este tipo de solución se denomina no electrolito y no conduce corriente eléctrica.