Polaridad en acción: electronegatividad, capilaridad y disoluciones

Cuatro escenas para empezar

Cuatro cosas que seguramente viste. Todas tienen la misma raíz: hay átomos que atraen más los electrones que otros.

Para explicarlas hace falta una idea nueva, la electronegatividad, y tres viejas conocidas: la polaridad del agua, el puente de hidrógeno y los iones.

Electronegatividad: quién tira más de los electrones

La electronegatividad es la capacidad de un átomo, dentro de un enlace, de atraer hacia sí los electrones que comparte con otro átomo.

En la tabla periódica sigue un patrón: aumenta de izquierda a derecha en un período y de abajo hacia arriba en un grupo. El más electronegativo es el flúor, arriba a la derecha (sin contar los gases nobles). Los menos electronegativos están abajo a la izquierda, como el cesio y el francio.

La razón: hacia la derecha, el núcleo tiene más protones y atrae con más fuerza a los electrones de afuera; hacia arriba, los electrones de afuera están más cerca del núcleo.

Metales y no metales: perder o ganar electrones

Los metales tienen electronegatividad baja: tienden a perder electrones y quedar como iones positivos, los cationes. Los no metales tienen electronegatividad alta: tienden a ganar electrones y quedar como iones negativos, los aniones.

• Catión: perdió uno o más electrones, así que tiene más protones que electrones. Carga positiva. Ejemplo: Na⁺.
• Anión: ganó uno o más electrones, así que tiene más electrones que protones. Carga negativa. Ejemplo: Cl⁻.

Cuando el sodio y el cloro se encuentran, el cloro le saca un electrón al sodio: así se forma la sal, un cristal de iones Na⁺ y Cl⁻.

Cuando la diferencia de electronegatividad es menor, como entre el oxígeno y el hidrógeno, ninguno se lleva el electrón del todo: el enlace queda polar, con cargas parciales δ− y δ+. El puente de hidrógeno aparece cuando un hidrógeno unido a N, O o F es atraído por otro átomo de N, O o F vecino. El cloro es muy electronegativo, pero es un átomo más grande y no forma puentes de hidrógeno como los del agua.

Pista: es fácil confundirse. Los no metales ganan electrones, no los pierden: por eso el cloro termina como Cl⁻ y el oxígeno, como O²⁻.

Probalo en el simulador: globos y electricidad estática

El simulador gratuito «Globos y electricidad estática», de PhET (Universidad de Colorado), funciona en el navegador y en castellano. Muestra las cargas de un globo, un suéter y una pared.

1. Frotá el globo contra el suéter y fijate qué cargas pasan de uno al otro.
2. Acercá el globo cargado a la pared sin tocarla. ¿Qué les pasa a las cargas de la pared?
3. Soltá el globo cerca de la pared y explicá por qué se queda pegado.

Pensá antes de abrir: al frotar el globo, ¿pasan protones o electrones? ¿Por qué tiene sentido con lo que sabés del átomo?

Cohesión y adhesión

Las moléculas de agua se atraen entre sí por puentes de hidrógeno: eso es la cohesión, la misma que explica la tensión superficial de la clase 15. Pero el agua también se atrae con otras superficies polares, como el vidrio, el papel o la madera: eso es la adhesión.

Mirá el borde del agua en un vaso de vidrio o en una probeta: sube un poquito pegada a la pared y forma una curva, el menisco. En el borde, la adhesión con el vidrio le gana a la cohesión. Con el mercurio pasa al revés: gana la cohesión y el borde queda más bajo que el centro.

Capilaridad: el agua que trepa

En un tubo muy fino, la adhesión tira del agua hacia arriba por las paredes y la cohesión arrastra al resto de la columna. El agua sube hasta que el peso de la columna equilibra ese tirón. Cuanto más fino es el tubo, más alto sube. Eso es la capilaridad.

Así sube el agua por una servilleta, una tiza, un terrón de azúcar o el suelo: entre sus fibras o sus granos hay canales finísimos.

¿Y las plantas? La capilaridad ayuda en los conductos finos del tallo, pero sola no alcanza para subir agua hasta la copa de un árbol alto. Lo que más tira es la transpiración de las hojas: cada molécula que se evapora arrastra a las de abajo, porque la cohesión mantiene unida la columna de agua.

Pensá antes de abrir: ¿por qué el agua sube más en un tubo finito que en uno ancho?

Pompas de jabón y glicerina

El jabón baja la tensión superficial del agua, y eso permite estirar una película muy delgada sin que se rompa enseguida. Pero la película se va secando: el agua se evapora, la pared se afina y la pompa revienta.

Por eso muchas recetas de pompas agregan glicerina. La glicerina tiene tres grupos –OH, forma puentes de hidrógeno con el agua y casi no se evapora: retiene agua en la película, que tarda más en secarse, y la pompa dura más. No es que aumente la tensión superficial; lo que hace es demorar el secado.

Sal y azúcar: se disuelven, pero no igual

La sal es un compuesto iónico: al disolverla, el agua separa los iones Na⁺ y Cl⁻ y los rodea, como vimos en la clase 15. El azúcar de mesa (sacarosa) también se disuelve muy bien, porque tiene muchos grupos –OH que forman puentes de hidrógeno con el agua. Pero sus moléculas se separan enteras, sin romperse en iones.

En el simulador «Soluciones de azúcar y sal», de PhET, podés disolver las dos sustancias, mirarlas a nivel de partículas y probar si la solución conduce. Este simulador no tiene versión HTML5: corre en el navegador a partir de su versión Java y puede tardar un poco en cargar.

Pensá antes de abrir: en el capítulo «La rival de Lisa» de Los Simpson (1994), Homero junta una montaña de azúcar de un camión volcado y una lluvia la disuelve. Si conectaras ese charco de agua con azúcar a un circuito con pila y lamparita, ¿se prendería?

Tormenta eléctrica en el mar

El agua de mar tiene muchísimos iones disueltos, unos 35 g de sales por kilo, así que conduce la corriente mucho mejor que el agua dulce y muchísimo mejor que el agua destilada.

En una tormenta eléctrica, el mar y la playa son lugares peligrosos: en un lugar plano y abierto, una persona es lo más alto, y la corriente de un rayo que cae cerca se reparte por el agua. Por eso, ante un aviso de tormenta eléctrica, hay que salir del agua y de la playa y refugiarse en un edificio o en un auto cerrado.

Pensá antes de abrir: el agua destilada casi no conduce la corriente. ¿Qué tiene el agua de mar que no tenga el agua destilada?

El microondas: moléculas polares que giran

En 1945, Percy Spencer, ingeniero de la empresa Raytheon, que fabricaba magnetrones para radares, notó que se le había derretido una golosina que llevaba en el bolsillo mientras trabajaba cerca de uno de esos equipos. Probó con granos de maíz y se hicieron pochoclo. Ese mismo año, la empresa presentó la patente para cocinar con microondas.

Las microondas son ondas electromagnéticas, como las de la clase 6. Su campo eléctrico oscila miles de millones de veces por segundo: en los hornos de cocina, unos 2 450 millones de veces. Las moléculas polares, como el agua, intentan alinearse con el campo y giran de un lado a otro; al chocar con sus vecinas, ese movimiento se convierte en calor.

Por eso se calientan los alimentos que tienen agua, mientras que el vidrio y los plásticos aptos para microondas casi no absorben esa radiación. El plato se entibia sobre todo porque la comida caliente le pasa calor. Los metales reflejan las microondas y pueden hacer chispas: no van al microondas.

Pensá antes de abrir: calentás en el microondas un plato de arroz con partes húmedas y partes secas. ¿Por qué se calienta desparejo?

Picante y leche

La capsaicina, la sustancia responsable del picor del ají, es una molécula casi toda no polar: casi no se disuelve en agua y sí se disuelve en grasas y en alcohol. Por eso el agua no apaga el picante: lo desparrama por la boca sin sacarlo. La leche entera ayuda más, porque su grasa disuelve la capsaicina y se la lleva.

Pensá antes de abrir: con la regla «lo semejante disuelve a lo semejante», ¿qué calma más el picante, un helado de crema o un jugo de naranja?