QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2020 · Septiembre

También trata: Sistema periódico y propiedades periódicas · Estructura atómica y números cuánticos
Comunitat Valenciana · 2020 · Septiembre
Enunciado
Considere los elementos A, B, C y D cuyos números atómicos son 8, 12, 17 y 18, respectivamente. Responda las siguientes cuestiones.

a) Escriba la configuración electrónica de cada elemento en su estado fundamental, así como la del ion más estable que, en su caso, pueden formar. (0,5 puntos)

b) Compare el radio de los iones formados por A y B, indicando cuál de los dos es mayor. Justifique la respuesta. (0,5 puntos)

c) Aplicando la regla del octete, deduzca la fórmula molecular del compuesto formado por A y C. (0,5 puntos)

d) Proponga un compuesto iónico formado por dos de los elementos propuestos, deduciendo su fórmula molecular. (0,5 puntos)
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Resultado
a) O: 1s2 2s2 2p41s^2\,2s^2\,2p^4 → O2−\text{O}^{2-}: 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6. Mg: [Ne] 3s2[\text{Ne}]\,3s^2 → Mg2+\text{Mg}^{2+}: 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6. Cl: [Ne] 3s2 3p5[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5 → Cl−\text{Cl}^-: [Ne] 3s2 3p6[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^6. Ar: [Ne] 3s2 3p6[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^6, no forma iones.

b) Son isoelectrónicos; el O2−\text{O}^{2-} es mayor porque tiene menos protones (8 frente a 12).

c) OCl2\text{OCl}_2 (enlace covalente).

d) MgCl2\text{MgCl}_2 (o MgO\text{MgO}).
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Estrategia

Con el número atómico se escribe la configuración y se identifica cada elemento: A es el oxígeno, B el magnesio, C el cloro y D el argón. Cada uno tiende a ganar o perder los electrones justos para quedarse con la configuración del gas noble más próximo; el argón ya la tiene.

Los iones de A y B resultan ser isoelectrónicos (los dos con 10 electrones): con los mismos electrones, el radio lo decide la carga nuclear.

Para los compuestos se mira cuántos electrones le faltan o le sobran a cada átomo: entre dos no metales se comparten (enlace covalente) y entre un metal y un no metal se transfieren (enlace iónico).
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Desarrollo

a) Configuraciones electrónicas
  • A (Z=8Z = 8), oxígeno: 1s2 2s2 2p41s^2\,2s^2\,2p^4. Le faltan dos electrones para el octeto; su ion más estable es el óxido, O2−\text{O}^{2-}: 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6.
  • B (Z=12Z = 12), magnesio: 1s2 2s2 2p6 3s21s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2. Pierde los dos electrones 3s3s; su ion más estable es Mg2+\text{Mg}^{2+}: 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6.
  • C (Z=17Z = 17), cloro: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5. Gana un electrón; su ion más estable es el cloruro, Cl−\text{Cl}^-: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p61s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6.
  • D (Z=18Z = 18), argón: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p61s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6. Es un gas noble: ya tiene la capa de valencia completa y no forma iones estables.
b) Radios de O²⁻ y Mg²⁺

Especies isoelectrónicas. Los dos iones tienen 10 electrones y la misma configuración, 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6 (la del neón).

Carga nuclear. El Mg2+\text{Mg}^{2+} tiene 12 protones y el O2−\text{O}^{2-}, solo 8. Con el mismo número de electrones, el núcleo de magnesio los atrae con más fuerza y la nube electrónica se contrae. Por tanto:r(O2−)>r(Mg2+)r(\text{O}^{2-}) > r(\text{Mg}^{2+})El ion óxido es el mayor.

c) Compuesto de A y C

El oxígeno tiene 6 electrones de valencia y le faltan dos para el octeto; el cloro tiene 7 y le falta uno. Los dos son no metales, así que comparten electrones: el oxígeno forma dos enlaces covalentes simples, uno con cada átomo de cloro, y así los tres átomos completan su octeto.Cl−O−Clfoˊrmula: OCl2 (o Cl2O)\text{Cl}-\text{O}-\text{Cl} \qquad \text{fórmula: } \text{OCl}_2\ (\text{o } \text{Cl}_2\text{O})d) Un compuesto iónico

El magnesio (metal) cede fácilmente sus dos electrones y el cloro (no metal) acepta uno. Para que el compuesto sea neutro, cada Mg2+\text{Mg}^{2+} necesita dos Cl−\text{Cl}^-:Mg⟶Mg2++2 e−Cl+e−⟶Cl−⟹MgCl2\text{Mg} \longrightarrow \text{Mg}^{2+} + 2\,e^- \qquad \text{Cl} + e^- \longrightarrow \text{Cl}^- \qquad \Longrightarrow \qquad \text{MgCl}_2(También valdría el óxido de magnesio: Mg2+\text{Mg}^{2+} y O2−\text{O}^{2-} en proporción 1:1, MgO\text{MgO}.) En un compuesto iónico la fórmula indica la proporción de iones en la red cristalina, no una molécula.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

En b) la palabra que busca el corrector es isoelectrónicos: si los dos iones tienen los mismos electrones, el radio solo depende de la carga nuclear. Comparar los átomos neutros (el Mg es mayor que el O) lleva a la conclusión contraria.

En d) la fórmula hay que deducirla con la carga de los iones y la neutralidad, no solo escribirla. Y en a) no olvides decir que el argón no forma iones: es parte de la respuesta.
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