Problema resuelto de Química: Sistema periódico y propiedades periódicasSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2018 · Julio · Opción A

Configuraciones y posición en la tabla$$\text{Al}\ (Z=13):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1 \quad (\text{periodo 3, grupo 13})$$$$\text{S}\ (Z=16):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4 \quad (\text{periodo 3, grupo 16})$$$$\text{Cl}\ (Z=17):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 \quad (\text{periodo 3, grupo 17})$$$$\text{Ca}\ (Z=20):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2 \quad (\text{periodo 4, grupo 2})$$a) Primera energía de ionización

Al, S y Cl están en el tercer periodo. Al avanzar hacia la derecha aumenta la carga nuclear y el electrón que se arranca sigue en la capa $n = 3$: la carga nuclear efectiva crece, el radio disminuye y el electrón está más retenido. Por eso $EI(\text{Al}) < EI(\text{S}) < EI(\text{Cl})$.

El Ca está en el cuarto periodo y en el grupo 2, a la izquierda y por debajo del Al: su electrón $4s$ está en una capa más externa, más lejos del núcleo y apantallado por todas las capas interiores. Con las tendencias de la tabla es el que menos energía necesita.$$EI(\text{Ca}) < EI(\text{Al}) < EI(\text{S}) < EI(\text{Cl})$$Matiz con los datos experimentales. Los valores reales del Ca (590 kJ/mol) y del Al (578 kJ/mol) son casi iguales, e incluso el del Al es algo menor: el electrón $3p^1$ del aluminio está apantallado por el par $3s^2$ y se arranca con facilidad (por eso el Al tiene menor energía de ionización que el Mg). El orden que se pide razonar en el examen es el de las tendencias generales; S (1000 kJ/mol) y Cl (1251 kJ/mol) sí quedan claramente por encima.

b) Compuesto de S y Cl

Electrones que faltan para el octeto. Al azufre ($3s^2\,3p^4$, dos electrones desapareados) le faltan dos; al cloro ($3s^2\,3p^5$, uno desapareado) le falta uno.

Fórmula. El azufre completa su octeto compartiendo un par de electrones con cada uno de dos átomos de cloro, y cada cloro completa el suyo con ese único enlace:$$\text{Cl–S–Cl} \quad\Longrightarrow\quad \text{SCl}_2$$Naturaleza del enlace. Los dos son no metales, con electronegatividades altas y parecidas (S 2,6; Cl 3,2): ninguno puede arrancar electrones al otro para formar iones. Comparten electrones, así que el enlace es covalente, algo polar porque el cloro es más electronegativo.

c) Configuraciones de los iones

Cada ion tiene la configuración del gas noble más próximo:$$\text{Al}^{3+}\ (10\ e^-):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6 \quad (\text{la del Ne})$$$$\text{S}^{2-}\ (18\ e^-):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 \quad (\text{la del Ar})$$$$\text{Cl}^{-}\ (18\ e^-):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 \quad (\text{la del Ar})$$$$\text{Ca}^{2+}\ (18\ e^-):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 \quad (\text{la del Ar})$$d) Radio del Cl⁻ y del Ca²⁺

Son isoelectrónicos. Los dos tienen 18 electrones repartidos en las mismas capas, así que el apantallamiento es parecido.

Manda la carga nuclear. El $\text{Ca}^{2+}$ tiene 20 protones y el $\text{Cl}^-$ solo 17: el núcleo del calcio atrae con más fuerza a los mismos electrones y los acerca más. Por tanto el $\text{Cl}^-$ tiene mayor radio que el $\text{Ca}^{2+}$ (unos 181 pm frente a 100 pm).