Polaridad del agua y puentes de hidrógeno

¿Por qué el agua se atrae a sí misma?

Dentro de la molécula, el oxígeno y cada hidrógeno comparten un par. Fuera, las moléculas se jalan entre sí. Conviene no mezclar las dos cosas. La de dentro es un enlace covalente. La de fuera, en el agua, es un puente de hidrógeno. La sección 10.1 lo llama enlace de hidrógeno y avisa que, pese al nombre, no es el enlace covalente. Es una atracción intermolecular, mucho más débil que ese enlace y, en general, mucho más fuerte que otras atracciones dipolo-dipolo y que las fuerzas de dispersión. ²

Ideas clave

• La geometría de pares del oxígeno en el agua es tetraédrica: dos enlaces y dos pares solitarios. La forma de la molécula es doblada. El ángulo es 104,5 grados, un poco menor que 109,5. ¹
• Los dos enlaces O-H son polares y no apuntan en sentidos opuestos, así que sus momentos no se cancelan. La molécula es polar. En el dióxido de carbono, lineal, sí se cancelan. ¹
• El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno. El lado del oxígeno queda con carga parcial negativa y cada hidrógeno, con carga parcial positiva. ³
• Hay puente de hidrógeno cuando el H está unido a F, O o N, los tres más electronegativos. La sección da H = 2,1, F = 4,0, O = 3,5 y N = 3,0. El hidrógeno es muy pequeño y la carga queda concentrada. ²
• Por eso forman ese puente el fluoruro de hidrógeno, el agua y el amoníaco. El metano no: su hidrógeno va unido al carbono. ²
• Al disolver cloruro de sodio, el oxígeno del agua rodea al sodio positivo y los hidrógenos rodean al cloruro negativo. Esa envoltura es la esfera de hidratación. ³

Ejemplos resueltos

¿HF o CH4 puede hacer puentes de hidrógeno?

El fluoruro de hidrógeno tiene H unido a F. Cumple la condición de la sección 10.1, igual que el agua y el amoníaco. El metano tiene H unido a C. No hay puente de hidrógeno; solo dispersión. Si el examen mezcla agua, amoníaco, fluoruro de hidrógeno, metano y dióxido de carbono, los tres primeros entran y los dos últimos no. El dióxido de carbono ni siquiera tiene hidrógeno. ²

¿Qué hierve más alto, el agua o el sulfuro de hidrógeno?

Si solo miras la masa, el H2S es más pesado y debería hervir más alto. En el grupo 16, del H2S al H2Te, el punto de ebullición sí sube con el tamaño. El agua se sale de esa recta. Si se extendiera la tendencia de los hidruros más pesados, el agua herviría cerca de -80 °C. No lo hace: el puente de hidrógeno pide más energía para separar las moléculas. El amoníaco y el fluoruro de hidrógeno se salen igual en sus grupos. ²

¿Hacia dónde apunta el agua al rodear cada ion de la sal?

El sodio positivo atrae el extremo negativo de la molécula, que es el oxígeno. El cloruro negativo atrae el extremo positivo, que son los hidrógenos. No es un puente nuevo dentro del ion. Es la orientación de moléculas polares alrededor de la carga. El aceite no hace eso: es no polar y se aparta del agua. ³

Errores comunes

• Contar el puente como si fuera el par compartido del O-H. El par compartido está dentro. El puente está entre moléculas. ²
• Decir que el agua es lineal porque tiene dos enlaces. Los dos pares solitarios del oxígeno la doblan, y por eso es polar. ¹
• Poner puente de hidrógeno en todo lo que lleve H. Hace falta que ese H esté unido a flúor, oxígeno o nitrógeno. ²
• Creer que el puente es más fuerte que el covalente. La sección dice lo contrario: es mucho más débil que el enlace covalente. ²

Cómo lo pregunta el examen

La pregunta separa el enlace de dentro y la atracción de fuera. En el agua, oxígeno e hidrógeno de la misma molécula van por covalente polar. Las moléculas vecinas se atraen por el puente. Si inviertes las dos palabras, fallas las dos casillas.

Otra da una lista y pide quién forma puentes. Quédate con las que traen H unido a F, O o N. El metano y el dióxido de carbono salen.

También preguntan por qué el agua hierve muy por encima de los otros hidruros del grupo 16. La masa sola no alcanza: la anomalía es el puente. Y, al disolver sal, piden qué extremo del agua mira al catión y cuál al anión. El oxígeno mira al positivo. ^{2 3}

Resumen

• El agua es doblada, con ángulo de 104,5 grados, y por eso es polar.
• El puente de hidrógeno exige H unido a F, O o N.
• Es intermolecular y mucho más débil que el covalente.
• Explica que el agua hierva muy por encima de la tendencia del grupo 16.
• Al disolver sal, el oxígeno rodea al catión y los hidrógenos al anión.