Preguntas ICFES - Química

RESPONDA LAS PREGUNTAS 1 Y 2 DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN

En una comunidad agrícola, se ha detectado un problema de contaminación en la fuente de agua local. El análisis químico revela altas concentraciones de nitratos (NO₃⁻), provenientes del uso excesivo de fertilizantes. Estos compuestos son altamente solubles en agua. Por otro lado, el aceite de motor desechado de forma inadecuada por un taller cercano forma una capa sobre el agua que es muy difícil de remover. El principal componente del aceite es un hidrocarburo no polar de cadena larga (C₁₈H₃₈). La alta solubilidad de los fertilizantes a base de nitratos en el agua, que causa la contaminación de la fuente hídrica, se explica principalmente porque:

• Las moléculas de agua y los iones de nitrato establecen enlaces covalentes polares, permitiendo que el fertilizante se disuelva.

• El agua, al ser una molécula polar, puede rodear y estabilizar los iones del compuesto iónico (el fertilizante), rompiendo su estructura cristalina.

• Los fertilizantes y el agua tienen masas molares muy similares, lo que facilita la mezcla homogénea entre ambos compuestos.

• Los átomos de nitrógeno en los nitratos comparten electrones de forma no polar con el oxígeno, creando una molécula que repele el agua.

Un estudiante propone separar el aceite del agua usando un imán gigante, argumentando que los enlaces metálicos del aceite serán atraídos. Otro propone añadir grandes cantidades de sal (NaCl) para que reaccione con el aceite y lo hunda. Analizando desde la perspectiva de los enlaces químicos, se puede afirmar que ambas propuestas son inviables porque:

• El aceite tiene enlaces iónicos y la sal covalentes, por lo que la reacción no ocurre, y el imán solo afecta a metales con enlaces covalentes.

• La sal no reaccionará con el aceite porque ambos son no polares, y el aceite no es magnético porque sus enlaces son iónicos.

• Ni el aceite (enlaces covalentes no polares) ni la sal (enlaces iónicos) presentan propiedades magnéticas, y la sal no reacciona ni se disuelve en el aceite.

• El imán no funciona porque el aceite es líquido, y la sal solo podría reaccionar si el agua estuviera a alta temperatura para activar los enlaces.

El monóxido de carbono (CO) es un gas altamente tóxico que se produce por la combustión incompleta de combustibles fósiles en motores y calentadores defectuosos. Su toxicidad se debe a que se une a la hemoglobina en la sangre con una afinidad más de 200 veces mayor que el oxígeno (O₂), impidiendo el transporte de este último a las células. Al dibujar las estructuras de Lewis para el CO y el O₂, se encuentra que ambos cumplen la regla del octeto.

Sabiendo esto, ¿Qué característica estructural del enlace en la molécula de CO podría explicar su extraordinaria capacidad para unirse a la hemoglobina de forma tan estable?

• La presencia de un enlace iónico entre el carbono y el oxígeno, que genera una fuerte atracción electrostática con el hierro de la hemoglobina.

• La existencia de un enlace triple (C≡O) que, aunque estable, posee un par de electrones no enlazantes en el carbono que puede donar para formar un enlace coordinado con el hierro de la hemoglobina.

• El hecho de que el carbono no cumple la regla del octeto en el CO, lo que lo hace muy reactivo y propenso a unirse a cualquier otra molécula.

• La molécula de O₂ tiene un enlace doble (O=O) más fuerte que el enlace del CO, por lo que el CO es desplazado fácilmente por el oxígeno.

La industria minera a gran escala en países en desarrollo a menudo genera debates socio-ambientales. Por un lado, la extracción de metales como el cobre (Cu) y el oro (Au) impulsa la economía. Por otro lado, el uso de sustancias como el cianuro para separar el oro de la roca y la generación de drenaje ácido de mina causan graves impactos ambientales. Las propiedades que hacen a los metales tan valiosos (conductividad eléctrica, ductilidad, brillo) se deben a su tipo de enlace.

¿Cuál de las siguientes afirmaciones relaciona correctamente el enlace metálico con el impacto socio-económico de la minería?

• El enlace metálico se basa en electrones localizados en orbitales fijos, lo que hace a los metales malos conductores y justifica la necesidad de usar cianuro para poder extraerlos.

• Los metales forman redes iónicas con la roca, y el debate social se centra en si es ético romper estos enlaces para liberar el metal puro.

• El 'mar de electrones' deslocalizados del enlace metálico permite la alta conductividad eléctrica, esencial para la tecnología, lo que aumenta la demanda y la presión para realizar proyectos mineros a pesar de sus riesgos ambientales.

• La ductilidad de los metales se debe a enlaces covalentes muy rígidos, y su valor económico radica en que se necesitan grandes cantidades de energía para moldearlos, lo que crea empleos en el sector energético.

Para potabilizar el agua, uno de los métodos más comunes es la cloración, que consiste en añadir cloro (Cl₂). El cloro reacciona con el agua y destruye los microorganismos patógenos. Sin embargo, un exceso de cloro puede reaccionar con materia orgánica presente en el agua y formar compuestos organoclorados, algunos de los cuales son potencialmente cancerígenos. La molécula de cloro (Cl₂) está formada por dos átomos de cloro unidos por un enlace covalente simple.

Teniendo en cuenta la regla del octeto, ¿por qué el cloro molecular (Cl₂) es suficientemente reactivo para actuar como desinfectante?

• Porque al tener un enlace simple, es muy fácil de romper, dejando dos átomos de cloro con 7 electrones de valencia cada uno, extremadamente inestables y listos para reaccionar.

• Porque los dos átomos de cloro no completan su octeto en la molécula de Cl₂, lo que la hace buscar electrones de otras moléculas para estabilizarse.

• Porque el enlace covalente del Cl₂ es apolar y, por lo tanto, la molécula puede disolverse fácilmente en las membranas lipídicas (apolares) de las bacterias para destruirlas.

• Porque al ser un enlace iónico, se disocia en iones Cl⁺ y Cl⁻ en el agua, y el ión Cl⁺ es el que ataca a los microorganismos.

El diamante y el grafito son alótropos del carbono, lo que significa que ambos están compuestos únicamente por átomos de carbono, pero sus propiedades son drásticamente diferentes debido a la forma en que sus átomos están enlazados. El diamante es extremadamente duro y transparente, mientras que el grafito es blando, opaco y un buen conductor de la electricidad. Estas diferencias tienen implicaciones sociales: el diamante se usa en herramientas de corte industrial y joyería de lujo, mientras que el grafito se usa en lápices y como lubricante.

Las diferencias fundamentales de propiedades entre el diamante y el grafito se deben a que:

• El diamante tiene enlaces iónicos y el grafito metálicos, lo que explica la dureza del primero y la conductividad del segundo.

• En el diamante, cada carbono forma 4 enlaces covalentes simples en una red tridimensional, mientras que en el grafito, cada carbono forma 3 enlaces covalentes en láminas planas, con un electrón deslocalizado por átomo.

• El grafito es blando porque sus átomos no cumplen la regla del octeto, lo que debilita la estructura general de la molécula.

• El diamante es una molécula polar debido a su estructura tetraédrica, mientras que el grafito es apolar, lo que le permite deslizarse en capas.

El nitrógeno gaseoso (N₂) constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera terrestre. A pesar de su abundancia, la mayoría de los seres vivos no pueden utilizarlo directamente. El proceso de "fijación del nitrógeno", realizado por ciertas bacterias o industrialmente a través del proceso Haber-Bosch (para crear fertilizantes), es crucial para convertir el N₂ en compuestos utilizables como el amoníaco (NH₃). La enorme cantidad de energía requerida para el proceso Haber-Bosch es un problema ambiental y económico significativo.

La gran estabilidad y poca reactividad del N₂ atmosférico, que hace necesaria tanta energía para 'fijarlo', se debe a:

• La presencia de un enlace iónico muy fuerte entre los dos átomos de nitrógeno.

• El hecho de que la molécula de N₂ es muy grande y pesada, lo que dificulta su movimiento y reacción.

• La existencia de un enlace covalente triple (N≡N) entre los dos átomos de nitrógeno, que requiere una gran cantidad de energía para romperse.

• Que cada átomo de nitrógeno en la molécula de N₂ tiene un octeto incompleto, lo que paradójicamente la vuelve inerte.