QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Andalucía · 2020 · Reserva 3
Enunciado
Bloque B · B1. Sean dos elementos A\text{A} y B\text{B} cuyos números atómicos son: Z(A)=30Z(\text{A}) = 30 y Z(B)=35Z(\text{B}) = 35.

a) Escriba la configuración electrónica del estado fundamental de ambos elementos.

b) Justifique cuál de los dos tiene mayor energía de ionización.

c) En caso de que los elementos A\text{A} y B\text{B} se pudieran combinar para formar un compuesto estable y neutro, justifique cuál es la fórmula más probable para este compuesto.
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Resultado
  a) A:[Ar]4s23d10;B:[Ar]4s23d104p5  \boxed{\;\textbf{a) } \text{A}: [\text{Ar}]4s^2 3d^{10}; \qquad \text{B}: [\text{Ar}]4s^2 3d^{10} 4p^5\;}  b) Mayor EI: B  (bromo), por mayor Zef en el mismo perıˊodo  \boxed{\;\textbf{b) Mayor EI: } \text{B} \;(\text{bromo}), \text{ por mayor } Z_{ef} \text{ en el mismo período}\;}  c) AB2  (ZnBr2)  \boxed{\;\textbf{c) } \text{AB}_2 \;(\text{ZnBr}_2)\;}
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Estrategia

Los dos elementos están en el período 4 y hay que llenar el bloque dd, así que respeta el orden de energías: el 4s4s se llena antes que el 3d3d.1s  2s  2p  3s  3p  4s  3d  4p1s\;2s\;2p\;3s\;3p\;\mathbf{4s}\;\mathbf{3d}\;4pUna vez escritas las configuraciones, la comparación de b) es la tendencia periódica habitual (mismo período →\to mayor ZZ, mayor energía de ionización) y c) se resuelve viendo qué ion forma cada uno.
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Desarrollo

a) Configuraciones electrónicas.A  (Z=30):  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10  =  [Ar] 4s2 3d10(zinc)\text{A} \;(Z = 30): \; 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10} \;=\; [\text{Ar}]\,4s^2\,3d^{10} \qquad (\textbf{zinc})B  (Z=35):  [Ar] 4s2 3d10 4p5(bromo)\text{B} \;(Z = 35): \; [\text{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5 \qquad (\textbf{bromo})Los dos pertenecen al período 4: A\text{A} cierra el bloque dd (grupo 12) y B\text{B} está en el grupo 17, entre los halógenos.

b) Mayor energía de ionización: B\text{B} (bromo).

Ambos tienen sus electrones más externos en la capa n=4n = 4, pero el bromo tiene cinco protones más en el núcleo. Esos protones no quedan compensados por el apantallamiento (los electrones 4p4p que se van añadiendo se apantallan mal entre sí), de modo que la carga nuclear efectiva que sufre el electrón externo es mayor:Zef(Br)>Zef(Zn)⟹maˊs atraccioˊn⟹EI(Br)>EI(Zn)Z_{ef}(\text{Br}) > Z_{ef}(\text{Zn}) \qquad\Longrightarrow\qquad \text{más atracción} \qquad\Longrightarrow\qquad \text{EI}(\text{Br}) > \text{EI}(\text{Zn})Además, el bromo está a un solo electrón de completar su capa de valencia: perder uno lo aleja de esa configuración estable, mientras que el zinc pierde con relativa facilidad sus dos electrones 4s4s para quedarse con el 3d103d^{10} lleno.

c) Fórmula más probable: ZnBr2\text{ZnBr}_2.

Cada elemento forma su ion característico:A:[Ar] 4s2 3d10  →−2e−  A2+=[Ar] 3d10(subcapa d completa, muy estable)\text{A}: [\text{Ar}]\,4s^2\,3d^{10} \;\xrightarrow{-2e^-}\; \text{A}^{2+} = [\text{Ar}]\,3d^{10} \qquad (\text{subcapa } d \text{ completa, muy estable})B:[Ar] 4s2 3d10 4p5  →+1e−  B−=[Ar] 4s2 3d10 4p6=[Kr](gas noble)\text{B}: [\text{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5 \;\xrightarrow{+1e^-}\; \text{B}^- = [\text{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6 = [\text{Kr}] \qquad (\text{gas noble})Para que el compuesto sea neutro hacen falta dos aniones por cada catión:A2++2 B−⟶AB2(ZnBr2, bromuro de zinc)\text{A}^{2+} + 2\,\text{B}^- \longrightarrow \mathbf{AB_2} \qquad (\text{ZnBr}_2, \text{ bromuro de zinc})Al combinarse un metal con un no metal muy electronegativo, el compuesto es iónico.
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Consejo

Cuando escribas configuraciones del período 4, no te saltes el paso del 4s4s: se llena antes que el 3d3d, aunque después se escriba detrás por orden de nn. Ambas formas de ordenarlo son aceptables, pero el recuento total de electrones debe cuadrar con ZZ; cuéntalos siempre al terminar.

En c) no basta con dar la fórmula: hay que justificar los iones a partir de las configuraciones. El Zn2+\text{Zn}^{2+} no cumple el octeto clásico, sino que gana estabilidad al dejar el 3d103d^{10} completo, y ese matiz es el que convierte la fórmula en una respuesta justificada.

Cuidado con la trampa de b): el zinc tiene la capa dd llena y a veces se piensa que eso lo hace un «gas noble honorario». No lo es: sus electrones de ionización son los 4s4s, y salen con facilidad.
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