QuímicaFácil2,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Castilla y León · 2018 · Junio · Opción B
Enunciado
Conteste las siguientes cuestiones:

a) (1,0 puntos) Defina afinidad electrónica de un elemento e indique cuál tiene mayor afinidad electrónica el átomo de cloro, Cl, o el de azufre, S.

b) (1,5 puntos) Indique razonadamente cuál sería más estable, el ion S2−\text{S}^{2-} o el Cl2−\text{Cl}^{2-}.

Datos: números atómicos: S=16\text{S} = 16; Cl=17\text{Cl} = 17.
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Resultado
  a) AE: energıˊa de X(g)+e−→X−(g); mayor la del Cl  \boxed{\;\text{a) AE: energía de } \text{X}(g) + e^- \rightarrow \text{X}^-(g);\ \text{mayor la del Cl}\;}  b) Maˊs estable el S2− ([Ar]); el Cl2− tendrıˊa un e− en el 4s  \boxed{\;\text{b) Más estable el } \text{S}^{2-}\ ([\text{Ar}]);\ \text{el Cl}^{2-} \text{ tendría un } e^- \text{ en el } 4s\;}
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Estrategia

Las dos preguntas se responden con la configuración electrónica y la idea de carga nuclear efectiva. El S (Z=16Z = 16) y el Cl (Z=17Z = 17) están en el mismo periodo, uno al lado del otro: el Cl tiene un protón más y el mismo número de capas, así que atrae con más fuerza un electrón extra. Para la estabilidad de los iones, la clave es si alcanzan o no la configuración de gas noble: un ion que la tiene es estable; uno que obliga a meter un electrón en una capa nueva, no.
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Desarrollo

a) Afinidad electrónica

La afinidad electrónica es la energía que se intercambia cuando un átomo neutro, en estado gaseoso y fundamental, capta un electrón y se convierte en un ion mononegativo gaseoso:X(g)+e−⟶X−(g)ΔE=AE\text{X}(g) + e^- \longrightarrow \text{X}^-(g) \qquad \Delta E = AEPara la mayoría de los elementos se desprende energía (AE<0AE < 0); cuanto más energía se desprende, mayor es la tendencia del átomo a captar el electrón y decimos que su afinidad electrónica es mayor.

Configuraciones:S (Z=16): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4Cl (Z=17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5\text{S}\ (Z = 16):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4 \qquad \text{Cl}\ (Z = 17):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5Ambos están en el periodo 3 (grupos 16 y 17). El electrón que se capta entra en la misma capa (n=3n = 3) en los dos, pero el Cl tiene un protón más con prácticamente el mismo apantallamiento: su carga nuclear efectiva es mayor y su radio menor, de modo que atrae con más fuerza al electrón entrante. Además, al captarlo el Cl completa su capa de valencia (3s2 3p63s^2\,3p^6, configuración de gas noble), lo que libera mucha energía.

Por tanto, el cloro tiene mayor afinidad electrónica (en valor absoluto) que el azufre. Los valores tabulados lo confirman: unos −349 kJ/mol-349\ \text{kJ/mol} para el Cl y −200 kJ/mol-200\ \text{kJ/mol} para el S.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
b) Estabilidad de S2−\text{S}^{2-} frente a Cl2−\text{Cl}^{2-}

Escribimos las configuraciones de los dos iones:S2− (16+2=18 e−): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6=[Ar]\text{S}^{2-}\ (16 + 2 = 18\ e^-):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 = [\text{Ar}]Cl2− (17+2=19 e−): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1\text{Cl}^{2-}\ (17 + 2 = 19\ e^-):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1
  • El S2−\text{S}^{2-} tiene la configuración de gas noble del argón: capa de valencia completa (ns2 np6ns^2\,np^6, octeto). Al azufre le faltan justo dos electrones para alcanzarla, por eso forma con facilidad el ion sulfuro, presente en muchos compuestos iónicos (Na2S\text{Na}_2\text{S}, ZnS\text{ZnS}…).
  • El Cl2−\text{Cl}^{2-} tendría que alojar su segundo electrón extra en un orbital 4s4s, de una capa nueva, más alejada del núcleo y apantallada por los 18 electrones interiores. El ion Cl−\text{Cl}^- ya tiene configuración de gas noble y es muy estable; añadirle otro electrón supone romper esa estabilidad y requiere muchísima energía. El Cl2−\text{Cl}^{2-} no existe en la práctica.
Por tanto, el ion S2−\text{S}^{2-} es mucho más estable que el Cl2−\text{Cl}^{2-}. El ion estable del cloro es el Cl−\text{Cl}^-.
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Consejo

En la definición de afinidad electrónica no olvides las condiciones: átomo gaseoso, en estado fundamental, que capta un electrón. Sin ellas la definición queda incompleta.

Para decidir qué ion es estable, escribe siempre su configuración: si termina en ns2 np6ns^2\,np^6 (gas noble), es estable; si un electrón tiene que empezar una capa nueva, no lo es.
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