QuímicaFácil2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos · Enlace químico y geometría molecular
Castilla y León · 2020 · Julio
Enunciado
Dados los elementos A (Z=17Z = 17), B (Z=19Z = 19) y C (Z=20Z = 20), responda a las siguientes cuestiones:

a) (0,6 puntos) Escriba sus configuraciones electrónicas ordenadas.

b) (0,5 puntos) Ordene razonadamente estos elementos según el valor creciente del tamaño de sus átomos.

c) (0,5 puntos) Razone cuál será el ión más estable para cada uno de esos átomos.

d) (0,4 puntos) Escriba la fórmula de un compuesto que contenga solamente los elementos A y C. Indique cuál será el tipo de enlace que explique mejor sus propiedades.
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Resultado
  • a) A: 1s22s22p63s23p51s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5 (Cl); B: …3p64s1\ldots 3p^6 4s^1 (K); C: …3p64s2\ldots 3p^6 4s^2 (Ca).
  • b) A<C<B\text{A} < \text{C} < \text{B}.
  • c) A−\text{A}^-, B+\text{B}^+ y C2+\text{C}^{2+} (configuración del argón).
  • d) CaCl2\text{CaCl}_2 (CA2\text{CA}_2), enlace iónico.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica. Con ella se sitúa cada elemento en la tabla (periodo = capa de valencia, grupo = electrones de valencia): A es el cloro, B el potasio y C el calcio.
  • b) El tamaño depende del número de capas y, dentro de un periodo, de la carga nuclear efectiva.
  • c) El ion más estable es el que alcanza la configuración del gas noble más cercano.
  • d) Un metal muy electropositivo con un no metal muy electronegativo forman un compuesto iónico.
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Desarrollo

a) Configuraciones electrónicas

Siguiendo el orden de llenado (diagrama de Moeller: 1s 2s 2p 3s 3p 4s…1s\,2s\,2p\,3s\,3p\,4s\ldots):
  • A (Z=17Z = 17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 → periodo 3, grupo 17 (halógenos): es el cloro, Cl.
  • B (Z=19Z = 19): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1 → periodo 4, grupo 1 (alcalinos): es el potasio, K.
  • C (Z=20Z = 20): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s21s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2 → periodo 4, grupo 2 (alcalinotérreos): es el calcio, Ca.
b) Tamaño atómico
  • A tiene sus electrones de valencia en la capa n=3n = 3; B y C, en la capa n=4n = 4. Una capa más significa electrones más alejados del núcleo, así que A es el más pequeño.
  • B y C están en el mismo periodo. C tiene un protón más (Z=20Z = 20 frente a 1919) y el electrón que se añade va a la misma capa, que apantalla poco. La carga nuclear efectiva es mayor en C, atrae más a la nube electrónica y su radio es menor que el de B.
A (Cl)<C (Ca)<B (K)\text{A (Cl)} < \text{C (Ca)} < \text{B (K)}(Radios aproximados: Cl≈99 pm\text{Cl} \approx 99\ \text{pm}, Ca≈197 pm\text{Ca} \approx 197\ \text{pm}, K≈227 pm\text{K} \approx 227\ \text{pm}.)
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) Ion más estable

Cada átomo tiende a ganar o perder los electrones justos para quedarse con la configuración de gas noble (ns2 np6ns^2\,np^6), que es especialmente estable:
  • A (Cl, 3s2 3p53s^2\,3p^5): le falta un electrón para completar la capa; tiene afinidad electrónica alta y gana un electrón: A−\text{A}^- (Cl−\text{Cl}^-), con configuración del argón.
  • B (K, 4s14s^1): su primera energía de ionización es muy baja y la segunda muy alta (habría que arrancar un electrón de la capa interna, completa). Pierde un electrón: B+\text{B}^+ (K+\text{K}^+), configuración del argón.
  • C (Ca, 4s24s^2): pierde con relativa facilidad sus dos electrones 4s4s; el tercero saldría de la capa 3p3p completa y costaría muchísimo. Forma C2+\text{C}^{2+} (Ca2+\text{Ca}^{2+}), configuración del argón.
Los tres iones son isoelectrónicos (1818 electrones): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p61s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6.

d) Compuesto de A y C

Para que el compuesto sea neutro, cada Ca2+\text{Ca}^{2+} necesita dos Cl−\text{Cl}^-:CA2  ≡  CaCl2 (cloruro de calcio)\text{CA}_2 \;\equiv\; \text{CaCl}_2\ \text{(cloruro de calcio)}El calcio es un metal muy electropositivo y el cloro un no metal muy electronegativo: la gran diferencia de electronegatividad hace que el calcio transfiera sus dos electrones al cloro. El enlace es iónico: los iones Ca2+\text{Ca}^{2+} y Cl−\text{Cl}^- se ordenan en una red cristalina unidos por fuerzas electrostáticas. Eso explica sus propiedades: sólido de punto de fusión alto, duro pero frágil, soluble en agua y conductor de la electricidad fundido o disuelto (no en estado sólido).
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Consejo

En b) el error típico es pensar que el átomo con más protones es siempre más grande. Mira primero el número de capas (manda el periodo) y solo dentro del mismo periodo compara la carga nuclear efectiva: más protones en la misma capa significa un átomo más pequeño.

En c) no basta con escribir el ion: justifica con la configuración de gas noble que alcanza.
Paso 1 de 3
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