1. Considera los puntos de ebullición de las siguientes dos series de compuestos. Explica las tendencias. Alcano P. e. (ºC) Cloruro de alquilo P. e. (ºC) CH4 - 160 CH3Cl - 24 CH3CH3 - 89 CH3CH2Cl 12 CH3CH2CH3 - 42 CH3CH2CH2Cl 47 CH3CH2CH2CH3 0 CH3CH2CH2CH2Cl 78 CH3CH2CH2CH2CH3 36 CH3CH2CH2CH2CH2Cl 108 Solución El punto de ebullición es la temperatura a la que ocurre la transición de fases de una sustancia desde el estado líquido hacia la fase vapor. Un mayor punto de ebullición indica que hay que adicionar mayor energía para que las moléculas de un líquido se separen y abandonen el estado condensado.

En la columna de la izquierda de la Tabla se puede apreciar que hay un aumento en el valor de los puntos de ebullición de los alcanos a medida que el número de carbonos de la cadena se incrementa. En el estado líquido, las moléculas de los alcanos dependen íntegramente de las fuerzas atractivas de van der Waals que puedan desarrollar sobre su superficie para poder permanecer unidas y mantener así la fase condensada, ya que grupos funcionales polares como OH o C=O que podrían contribuir a ello se hallan ausentes. Como el número de fuerzas de van der Waals en una molécula aumenta conforme su superficie expuesta lo hace, resulta claro que las moléculas con una cadena más larga, al contar con una mayor superficie y, por tanto, con un mayor número de dichas fuerzas, demandarán una mayor energía para poder ser separadas y pasar a la fase vapor, lo que estaría asociado a una mayor temperatura para que la ebullición tenga lugar. Esto es justamente lo que se observa en la Tabla: a medida que se incrementa el largo de una cadena el punto de ebullición se eleva,

Si se compara ahora esta columna con la de la derecha se aprecia que en esta última,

además de que los puntos de ebullición de los cloruros de alquilo también aumentan conforme la cadena lo hace (como se espera), éstos son comparativamente mayores. Lo anterior es debido a la presencia de un átomo más grande y también más rico en electrones, el cloro, lo que permite que las fuerzas de van der Waals se desarrollen con mayor eficiencia estimulando una mayor atracción entre las moléculas, lo que da ligar a un mayor punto de ebullición para el cloruro de alquilo con respecto al del alcano con el mismo número de carbonos. 2. Considera los puntos de ebullición de las siguientes dos series de compuestos. Explica las tendencias.

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Cloruro de alquilo P. e. (ºC) Alcohol P. e. (ºC) CH3Cl - 24 CH3OH 65 CH3CH2Cl 12 CH3CH2OH 78 CH3CH2CH2Cl 47 CH3CH2CH2OH 97 CH3CH2CH2CH2Cl 78 CH3CH2CH2CH2OH 118 CH3CH2CH2CH2CH2Cl 108 CH3CH2CH2CH2CH2OH 138 Solución Los puntos de ebullición de los alcoholes son comparativamente superiores porque poseen en su molécula el grupo funcional hidroxilo, OH, que permite que se establezcan uniones tipo puente de hidrógeno entre sus moléculas (con mucha mayor fortaleza que las de van der Waals). Una mayor asociación está ligada a condiciones energéticas más vigorosas (mayor temperatura) para que las moléculas se separen y puedan pasar a la fase vapor, de allí su mayor punto de ebullición. 3. Considera los puntos de ebullición de las siguientes dos series de compuestos. Explica las tendencias. Alcoholes P. e. (ºC) Aldehidos P. e. (ºC) CH3OH 65 CH3CH=O - 19 CH3CH2OH 78 CH3CH2CH=O 20 CH3CH2CH2OH 97 CH3CH2CH2CH=O 48 CH3CH2CH2CH2OH 118 CH3CH2CH2CH2CH=O 75 CH3CH2CH2CH2CH2OH 138 CH3CH2CH2CH2CH2CH=O 103 Solución tanto alcoholes como aldehídos son moléculas polares, pero los primeros lo son en mucho mayor extensión debido a la presencia del grupo OH, que permite la existencia de puentes de hidrógeno. Los aldehídos son moléculas en donde la polaridad se circunscribe a la presencia del grupo carbonilo, C=O, donde se encuentra el dipolo; pero éste no es capaz de establecer puentes de hidrógeno con otras moléculas del mismo aldehído, lo que explica su menor tendencia a pasar a la fase vapor (menor punto de ebullición). 4. Considera los puntos de ebullición de las siguientes dos series de compuestos. Explica las tendencias. Alcoholes P. e. (ºC) Ácidos carboxílicos P. e. (ºC) CH3OH 65 HCO2H 101 CH3CH2OH 78 CH3CO2H 118 CH3CH2CH2OH 97 CH3CH2CO2H 141 CH3CH2CH2CH2OH 118 CH3CH2CH2CO2H 163 CH3CH2CH2CH2CH2OH 138 CH3CH2CH2CH2CO2H 186 Solución Los alcoholes son superados en polaridad y en su temperatura de ebullición de manera comparativa por los ácidos carboxílicos, ya que estos últimos combinan en la

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estructura de su grupo funcional carboxilo CO2H los grupos carbonilo C=O e hidroxilo OH, ambos polares:

Incluso esta elevada polaridad permite que las moléculas de los ácidos carboxílicos se encuentren asociadas por parejas, lo que se mantiene en el momento de entrar en ebullición. Todo ello redunda en un mayor punto de ebullición.

5. Considera las solubilidades en g por cada 100 mL de agua de las siguientes dos series de compuestos. Explica las tendencias. Alcoholes Solub. Ácidos carboxílicos Solub. CH3OH ∞ HCO2H ∞ CH3CH2OH ∞ CH3CO2H ∞ CH3CH2CH2OH ∞ CH3CH2CO2H ∞ CH3CH2CH2CH2OH 7.9 CH3CH2CH2CO2H ∞ CH3CH2CH2CH2CH2OH 2.3 CH3CH2CH2CH2CO2H 3.7 CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH 0.6 CH3CH2CH2CH2CH2CO2H 1 Solución Al ser más polares debido a la presencia del grupo carboxilo, los ácidos carboxílicos son más solubles en agua comparativamente hablando que los correspondientes alcoholes. Así por ejemplo, el ácido de cuatro carbonos sigue siendo completamente soluble en agua, cuando el alcohol del mismo número de carbonos presenta ya una solubilidad limitada (sólo 7.9 gramos en 100 mL). Esta misma comparación se puede hacer entre las parejas de compuestos de 5 y 6 carbonos. 6. Las siguientes son las cinco posibles estructuras para un un alcano con fórmula molecular C6H14. Los mismos poseen puntos de ebullición de 69º, 60º, 63º, 50º y 58º. Identifica cuál pertenece a cuál.

a b c

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d e

Solución En todos los casos tenemos solamente átomos de C e H, por lo que estos compuestos podrán interaccionar y asociarse solamente a través de fuerzas de van der Waals. Así pues, reconocemos a c como el que posee la cadena lineal y, por ese solo hecho, el que posee el mayor punto de ebullición (mayor superficie expuesta), 69º. Los compuestos b y e poseen una cadena principal de cinco carbonos y una sola sustitución, por lo que serán los que poseen los puntos de ebullición de 63º y 60º, mientras que los restantes, a y d, deberán ser los que poseen una temperatura de ebullición de 58º y 50º, al poseer dos ramificaciones su cadena principal de sólo cuatro carbonos. 7. Considera las moléculas de etanol, glicerina y etilenglicol. Determina el orden de viscosidad que presentan. A continuación se les representa.

Etanol

CH3CH2OH Glicerina

HOCH2CH(OH)CH2OH Etilenglicol

HOCH2CH2OH Solución La glicerina o glicerol (que es inocuo) es el compuesto más viscoso debido a la presencia de tres sustituyentes hidroxilo (OH), que pueden establecer tres puentes de hidrógeno con moléculas vecinas, lo que les permite asociarse fuertemente; el que le sigue es el etilenglicol (venenoso) que ve disminuida su viscosidad debido a que sólo posee dos sustituyentes OH; finalmente se encuentra el etanol (que se puede beber, pero no en demasía), que solamente posee un grupo OH y la menor viscosidad de los tres. 8. Considera las moléculas de pirogalol, fenol y catecol. Determina el orden en el que se encuentran sus puntos de ebullición. A continuación se les representa.

Pirogalol Fenol Catecol

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Solución Los argumentos son similares a los ofrecidos en el ejercicio anterior: el pirogalol, con tres grupos OH, tiene las mayores posibilidades de establecer puentes de hidrógeno intermoleculares, por lo que se trata del compuesto con el mayor punto de ebullición (309 ºC); le sigue el catecol, con dos grupos OH (246 º); finalmente se encuentra el fenol, que hierve a 182º, resultado de su único grupo OH. 8. Considera las moléculas siguientes y las propiedades descritas. Ofrece una explicación plausible para ambas tendencias.

1,2,4-triclorobenceno p-diclorobenceno clorobenceno Puntos de ebullición 214 ºC 174 ºC 131 ºC Solubilidad en 1 L de agua 30 mg 105 mg 500 mg Solución Ninguna de estas estructuras posee grupos OH ni C=O que puedan comunicar polaridad significativa a las estructuras, por lo que debemos centrar nuestra atención a lo que puedan hacer las fuerzas de van der Waals. Con respecto al punto de ebullición, a mayor número de átomos de cloro en la estructura, mayor área superficial (los átomos de Cl son voluminosos), mayor oportunidad de que se desarrollen fuerzas de van der Waals y, consecuentemente, un mayor punto de ebullición; por eso, el orden es el de P. e.compuesto

triclorado > P. e.compuesto diclorado > P. e.compuesto monoclorado.

Con respecto a la solubilidad, los argumentos son similares: recordemos que la cadena más larga, la menor solubilidad en agua. En este caso no tenemos cadenas más largas, pero sí compuestos con mayor o menor capacidad para desarrollar fuerzas de van der Waals debido a superficie no polar expuesta diferente debida a átomos voluminosos. Por ello, la mayor solubilidad en el disolvente polar agua o, mejor, la menor insolubilidad) la tiene el compuesto con solamente un átomo de cloro; luego se hace menos soluble el de dos cloros y finalmente el más insoluble es el triclorado.