Quimica, 11va Edicion - Raymond Chang-FREELIBROS-510

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478 CAPÍTULO 11 Fuerzas intermoleculares y líquidos y sólidos
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 NH3 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 
tridimensionales.
 La estructura tridimensional tan ordenada del hielo (i gura 11.12) evita que las molé-
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 sui ciente energía 
cinética para liberarse de los enlaces de hidrógeno intermoleculares. Estas moléculas que-
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 
volumen en el agua líquida que en el hielo. Puesto que densidad 5 masa/volumen, la 
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 
la densidad del agua tiende a aumentar con el incremento de la temperatura justo por 
arriba del punto de fusión. Por supuesto que, al mismo tiempo, el agua se expande al ser 
calentada y, por consiguiente, su densidad disminuye. Estos dos procesos, el atrapamien-
to de moléculas de agua libres en cavidades y la expansión térmica, actúan en sentido 
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 (i 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 especíi 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 dei 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.
= O
= H
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.
1.00
–20
Temperatura (°C)
D
en
si
da
d 
(g
/m
L
)
0 20 40 60 80
0.99
0.98
0.97
Figura 11.13 Diagrama de 
densidad contra temperatura 
para el agua líquida. La densidad 
máxima del agua se alcanza a 
4°C. La densidad del hielo a 
0°C es aproximadamente de 
0.92 g/cm3.