QuímicaFácil2,5 pts

Enlace químico y geometría molecular

También trata: Fuerzas intermoleculares y propiedades · Estructura atómica y números cuánticos

Castilla y León · 2018 · Julio · Opción A

Enunciado

Para los átomos neutros de S, C, Na, Cl y Ba:

a) (0,5 puntos) Escriba las configuraciones electrónicas ordenadas.

b) (0,5 puntos) Indique y justifique cuántos electrones desapareados tiene cada uno de ellos.

c) (0,6 puntos) Indique y justifique qué tipo de enlace se formará entre los elementos Na y Cl.

d) (0,9 puntos) Indique tres características propias de un compuesto iónico.

Datos: números atómicos:

\text{C} = 6

;

\text{Na} = 11

;

\text{S} = 16

;

\text{Cl} = 17

;

\text{Ba} = 56

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Resultado

a) C: $1s^2 2s^2 2p^2$ ; Na: $[\text{Ne}]3s^1$ ; S: $[\text{Ne}]3s^2 3p^4$ ; Cl: $[\text{Ne}]3s^2 3p^5$ ; Ba: $[\text{Xe}]6s^2$ .
b) C: 2; Na: 1; S: 2; Cl: 1; Ba: 0.
c) Iónico: el Na cede un electrón al Cl ( $\text{Na}^+\text{Cl}^-$ ).
d) Altos puntos de fusión, conducen fundidos o disueltos, solubles en agua, duros y frágiles.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los números atómicos salen de la tabla periódica que acompaña al examen. Con ellos se escriben las configuraciones siguiendo el orden de llenado (diagrama de Moeller:

1s\,2s\,2p\,3s\,3p\,4s\,3d\,4p\,5s\,4d\,5p\,6s\ldots

b) Los electrones desapareados están en la última subcapa incompleta; la regla de Hund dice cómo se reparten en sus orbitales.
c) El Na es un metal muy poco electronegativo que tiende a perder un electrón y el Cl, un no metal muy electronegativo que tiende a ganarlo: enlace iónico.
d) Las propiedades de los compuestos iónicos salen de su estructura: una red cristalina de iones unidos por fuerzas electrostáticas intensas.

Desarrollo

a) Configuraciones electrónicas

Ordenadas según la energía creciente de los subniveles (principio de Aufbau):

\text{C}\ (Z = 6):\ 1s^2\,2s^2\,2p^2

\text{Na}\ (Z = 11):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1

\text{S}\ (Z = 16):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4

\text{Cl}\ (Z = 17):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5

\text{Ba}\ (Z = 56):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6\,5s^2\,4d^{10}\,5p^6\,6s^2

Abreviadas con el gas noble anterior:

\text{C}

[\text{He}]\,2s^2\,2p^2

;

\text{Na}

[\text{Ne}]\,3s^1

;

\text{S}

[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4

;

\text{Cl}

[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5

;

\text{Ba}

[\text{Xe}]\,6s^2

.

b) Electrones desapareados

Las subcapas completas tienen todos sus electrones apareados (principio de exclusión de Pauli: dos por orbital, con espines opuestos). Solo hay que mirar la última subcapa y aplicar la regla de Hund: en orbitales de la misma energía, los electrones se colocan primero de uno en uno, con espines paralelos, y solo después se aparean.

C, $2p^2$ : los dos electrones ocupan dos orbitales $2p$ distintos, $\uparrow\ \uparrow\ \_$ → 2 desapareados.
Na, $3s^1$ : un electrón solo en el orbital $3s$ → 1 desapareado.
S, $3p^4$ : tres orbitales $p$ con cuatro electrones, $\uparrow\downarrow\ \uparrow\ \uparrow$ → 2 desapareados.
Cl, $3p^5$ : $\uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow\ \uparrow$ → 1 desapareado.
Ba, $6s^2$ : el orbital $6s$ está lleno y todas las subcapas anteriores también → 0 desapareados.

c) Enlace entre Na y Cl

El Na (grupo 1) tiene un solo electrón de valencia ( $3s^1$ ) y una energía de ionización baja: tiende a perderlo y quedar como $\text{Na}^+$ , con la configuración del neón.
El Cl (grupo 17) tiene siete electrones de valencia ( $3s^2\,3p^5$ ), una afinidad electrónica muy negativa y una electronegatividad alta: tiende a ganar un electrón y quedar como $\text{Cl}^-$ , con la configuración del argón.

\text{Na} \longrightarrow \text{Na}^+ + e^- \qquad \text{Cl} + e^- \longrightarrow \text{Cl}^-

La diferencia de electronegatividad es muy grande (

\chi_\text{Na} \approx 0{,}9

\chi_\text{Cl} \approx 3{,}2

), así que hay transferencia de un electrón del Na al Cl y los iones formados se atraen electrostáticamente: el enlace es iónico. Los iones no forman moléculas aisladas, sino una red cristalina tridimensional de fórmula empírica

\text{NaCl}

(cada

\text{Na}^+

rodeado de seis

\text{Cl}^-

y viceversa).

d) Tres características de los compuestos iónicos

Cualquiera de estas, justificada por la estructura de red iónica:

Sólidos a temperatura ambiente con puntos de fusión y ebullición altos: para fundirlos hay que vencer las fuertes atracciones electrostáticas entre los iones de la red (energía reticular elevada).
No conducen la electricidad en estado sólido, pero sí fundidos o disueltos en agua: en el sólido los iones están fijos en la red; al fundir o disolver, los iones quedan libres para moverse.
Solubles en disolventes polares como el agua (e insolubles en los apolares): las moléculas de agua rodean y separan los iones (solvatación).
Duros pero frágiles: rayarlos exige romper muchos enlaces, pero un golpe desplaza las capas de iones y enfrenta iones del mismo signo, que se repelen y el cristal se rompe.

Consejo

En b) no basta con contar: dibuja las cajitas de la última subcapa y aplica la regla de Hund. El fallo típico es dar 4 desapareados para el $3p^4$ del azufre; con tres orbitales, el cuarto electrón tiene que aparearse y quedan solo 2.

Y en a), «ordenadas» quiere decir en el orden de llenado: en el bario el $4s$ va antes que el $3d$ y el $6s^2$ al final.