QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos · Enlace químico y geometría molecular
Comunidad de Madrid · 2019 · Julio · Opción A
Enunciado
Considere los elementos con números atómicos: Z=4Z = 4, Z=8Z = 8 y Z=13Z = 13.

a) (0,5 puntos) Escriba sus configuraciones electrónicas e identifíquelos con su nombre y su símbolo.

b) (0,5 puntos) Razone para cada uno de los elementos cuál es su ion más estable.

c) (0,5 puntos) Justifique si el ion más estable del elemento Z=4Z = 4 tendrá mayor o menor radio que el de su átomo.

d) (0,5 puntos) Identifique el compuesto que se forma entre los elementos con Z=8Z = 8 y Z=13Z = 13, indicando su fórmula, nombre y tipo de enlace.
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Resultado
  • a) Be (1s2 2s21s^2\,2s^2), O (1s2 2s2 2p41s^2\,2s^2\,2p^4), Al (1s2 2s2 2p6 3s2 3p11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1).
  • b) Be2+\text{Be}^{2+}, O2−\text{O}^{2-} y Al3+\text{Al}^{3+} (configuración de gas noble).
  • c) r(Be2+)<r(Be)r(\text{Be}^{2+}) < r(\text{Be}): pierde la capa n=2n = 2.
  • d) Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3, óxido de aluminio, enlace iónico.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
1

Estrategia

Todo parte de la configuración electrónica: se reparten los ZZ electrones por orden de energía
(1s 2s 2p 3s 3p…1s\,2s\,2p\,3s\,3p\ldots) y de ella salen el grupo y el periodo, y con ellos el elemento.
  • El ion más estable es el que alcanza la configuración del gas noble más próximo perdiendo o
ganando el menor número de electrones.
  • Al perder electrones, un átomo se contrae; si además pierde la capa más externa, la contracción
es muy grande.
  • Un metal (que cede electrones) y un no metal muy electronegativo (que los acepta) forman un
compuesto iónico, y su fórmula sale de la neutralidad de las cargas.
2

Desarrollo

a) Configuraciones electrónicas e identificación
ZZConfiguración electrónicaPeriodoGrupoElemento
41s2 2s21s^2\,2s^222 (alcalinotérreos)Berilio, Be
81s2 2s2 2p41s^2\,2s^2\,2p^4216 (anfígenos)Oxígeno, O
131s2 2s2 2p6 3s2 3p11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1313 (térreos)Aluminio, Al
El periodo es el mayor valor de nn que aparece. El grupo, en el bloque ss, es el número de electrones
ss de la última capa (Be: 2); en el bloque pp, 1212 más los electrones de valencia ns+npns + np
(O: 12+2+4=1612 + 2 + 4 = 16; Al: 12+2+1=1312 + 2 + 1 = 13).

b) Ion más estable de cada elemento
  • Berilio (2s22s^2): le basta con perder sus 2 electrones de valencia para quedarse con la
configuración del helio, 1s21s^2. Ganar 6 electrones sería muchísimo más costoso. Su ion es
Be2+\text{Be}^{2+}.
  • Oxígeno (2s2 2p42s^2\,2p^4): le faltan 2 electrones para completar la capa n=2n = 2 y adquirir la
configuración del neón. Es muy electronegativo y los acepta: O2−\text{O}^{2-}
(1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6).
  • Aluminio (3s2 3p13s^2\,3p^1): pierde sus 3 electrones de valencia y queda con la configuración del
neón: Al3+\text{Al}^{3+} (1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6).Be2+O2−Al3+\text{Be}^{2+}\qquad \text{O}^{2-}\qquad \text{Al}^{3+}
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) Radio del Be2+\text{Be}^{2+} frente al del átomo de Be

El ion Be2+\text{Be}^{2+} tiene menor radio que el átomo neutro, por dos razones que se suman:
  1. Al perder los dos electrones 2s2s, desaparece la capa n=2n = 2: los electrones que quedan están
todos en la capa n=1n = 1, mucho más cerca del núcleo.
  1. La carga nuclear (4 protones) es la misma, pero ahora atrae solo a 2 electrones: la carga nuclear
efectiva por electrón aumenta y la nube electrónica se contrae aún más.r(Be2+)<r(Be)r(\text{Be}^{2+}) < r(\text{Be})d) Compuesto entre el oxígeno y el aluminio

El aluminio es un metal con baja energía de ionización y el oxígeno, un no metal muy electronegativo:
el aluminio cede electrones al oxígeno y se forman los iones Al3+\text{Al}^{3+} y O2−\text{O}^{2-},
que se atraen electrostáticamente en una red cristalina.

La fórmula sale de la neutralidad eléctrica: hacen falta 2 cationes Al3+\text{Al}^{3+} (+6+6) por cada
3 aniones O2−\text{O}^{2-} (−6-6):Al2O3\text{Al}_2\text{O}_3
  • Nombre: óxido de aluminio (en nomenclatura de composición, trióxido de dialuminio).
  • Tipo de enlace: iónico (sólido iónico de alto punto de fusión, la alúmina).
3

Consejo

El ion más estable no se adivina por el grupo «de memoria»: se razona con la configuración. Di siempre qué gas noble alcanza y por qué es más barato perder (o ganar) esos electrones que los contrarios.

En c) el argumento decisivo es que el catión pierde una capa entera; añadir que aumenta la carga nuclear efectiva redondea la respuesta.
Paso 1 de 3
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