Page 508 - Quimica - Undécima Edición

478 CAPÍTULO 11 Fuerzas intermoleculares y líquidos y sólidos

Figura 11.12 Estructura
tridimensional del hielo. Cada
átomo de O está enlazado a
cuatro átomos de H. Los enlaces
covalentes se muestran mediante
las líneas sólidas pequeñas y los
enlaces de hidrógeno más débiles
por medio de las líneas largas
punteadas, entre el O y el H. El
espacio vacío en la estructura
explica la baja densidad del hielo.

= O
= H

geno, dos unidos por enlaces covalentes y dos por enlaces de hidrógeno. Esta igualdad en
el número de átomos de hidrógeno y de pares libres no es típica del NH 3 ni del HF o,
para ser más precisos, de ninguna otra molécula que sea capaz de formar enlaces de hi-
drógeno. Por consiguiente, estas moléculas forman anillos o cadenas, pero no estructuras
1.00 tridimensionales.

La estructura tridimensional tan ordenada del hielo (fi gura 11.12) evita que las molé-
Densidad (g/mL) 0.99 culas se acerquen demasiado entre ellas. Sin embargo, veamos lo que sucede cuando el
hielo se funde. En el punto de fusión, varias moléculas de agua tienen sufi ciente energía
cinética para liberarse de los enlaces de hidrógeno intermoleculares. Estas moléculas que-
0.98
dan atrapadas en las cavidades de la estructura tridimensional, las cuales se rompen en
pequeños conglomerados o clusters. Como resultado, hay más moléculas por unidad de
0.97
–20 0 20 40 60 80 volumen en el agua líquida que en el hielo. Puesto que densidad 5 masa/volumen, la
Temperatura (°C) densidad del agua resulta ser mayor que la del hielo. Con un mayor calentamiento, más
moléculas de agua se liberan de los enlaces de hidrógeno intermoleculares, de modo que
Figura 11.13 Diagrama de
densidad contra temperatura la densidad del agua tiende a aumentar con el incremento de la temperatura justo por
para el agua líquida. La densidad arriba del punto de fusión. Por supuesto que, al mismo tiempo, el agua se expande al ser
máxima del agua se alcanza a calentada y, por consiguiente, su densidad disminuye. Estos dos procesos, el atrapamien-
4°C. La densidad del hielo a
to de moléculas de agua libres en cavidades y la expansión térmica, actúan en sentido
0°C es aproximadamente de
3
0.92 g/cm . opuesto. De 0°C a 4°C predomina el atrapamiento y el agua se vuelve progresivamente
más densa. Sin embargo, por arriba de 4°C predomina la expansión térmica y la densidad
del agua disminuye con el aumento de la temperatura (fi gura 11.13).

11.4 Estructura cristalina

Los sólidos se dividen en dos categorías: cristalinos y amorfos. El hielo es un sólido
cristalino que posee un ordenamiento estricto y regular, es decir, sus átomos, moléculas
o iones ocupan posiciones específi cas. Gracias a la distribución de estas partículas en el
sólido cristalino, las fuerzas netas de atracción intermolecular son máximas. Las fuerzas
que mantienen la estabilidad de un cristal pueden ser iónicas, covalentes, de van der Waals,
de enlaces de hidrógeno o una combinación de todas ellas. Un sólido amorfo , como el
vidrio, carece de un ordenamiento bien defi nido y de un orden molecular repetido. Estos
sólidos los estudiaremos en la sección 11.7. En esta sección estudiaremos la estructura de
los sólidos cristalinos.