QuímicaFácilCuestión · 3 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Enlace químico y geometría molecular
Castilla-La Mancha · 2021 · Julio
Enunciado
A partir de los átomos A (Z = 19) y B (Z = 35):

a) (0,5 p) Escriba sus configuraciones electrónicas, indique el grupo y el periodo al que pertenecen.

b) (1,0 p) ¿El radio del ion más estable de A es inferior al del ion más estable de B? Justifíquelo.

c) (1,0 p) ¿Qué se entiende por primera energía de ionización de un átomo? ¿Cuál de los átomos A y B tendría mayor energía de ionización?

d) (0,5 p) Formule el compuesto binario que podrían formar A y B razonando el tipo de enlace que se generaría.
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Resultado
  • a) A: [Ar] 4s1[\text{Ar}]\,4s^1, periodo 4, grupo 1 (K). B: [Ar] 3d10 4s2 4p5[\text{Ar}]\,3d^{10}\,4s^2\,4p^5, periodo 4, grupo 17 (Br).
  • b) Sí: A+\text{A}^+ (3 capas) es menor que B−\text{B}^- (4 capas).
  • c) Energía mínima para arrancar el electrón más externo de un átomo gaseoso. Mayor la de B.
  • d) KBr, enlace iónico.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica. A tiene un solo electrón en su última capa (4s14s^1): es un alcalino (el potasio) y tiende a perderlo. B tiene siete (4s2 4p54s^2\,4p^5): es un halógeno (el bromo) y tiende a ganar uno. Los dos están en el mismo periodo, el 4.

Con eso se comparan los iones A+\text{A}^+ y B−\text{B}^- (cuántas capas ocupadas tiene cada uno), la energía de ionización (cómo varía a lo largo de un periodo) y el tipo de enlace entre un metal muy electropositivo y un no metal muy electronegativo.
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Desarrollo

a) Configuraciones, grupo y periodo
  • A (Z = 19): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1=[Ar] 4s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1 = [\text{Ar}]\,4s^1. Último nivel n=4n = 4 → periodo 4; un electrón ss de valencia → grupo 1 (alcalinos). Es el potasio, K.
  • B (Z = 35): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5=[Ar] 3d10 4s2 4p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5 = [\text{Ar}]\,3d^{10}\,4s^2\,4p^5. Último nivel n=4n = 4 → periodo 4; bloque pp con 2+5=72 + 5 = 7 electrones de valencia → grupo 17 (halógenos). Es el bromo, Br.
b) Radios de los iones más estables

El ion más estable de cada uno es el que alcanza la configuración de gas noble:
  • A pierde su electrón 4s4s: A+\text{A}^+ (K+\text{K}^+), con [Ar]=1s2 2s2 2p6 3s2 3p6[\text{Ar}] = 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6: 18 electrones en 3 capas y 19 protones.
  • B gana un electrón: B−\text{B}^- (Br−\text{Br}^-), con [Kr]=[Ar] 3d10 4s2 4p6[\text{Kr}] = [\text{Ar}]\,3d^{10}\,4s^2\,4p^6: 36 electrones en 4 capas y 35 protones.
El A+\text{A}^+ ha perdido toda su cuarta capa, mientras que el B−\text{B}^- la conserva y llena. Además, en el A+\text{A}^+ hay más protones que electrones (19 frente a 18), así que la nube electrónica está más atraída y se contrae; en el B−\text{B}^- hay más electrones que protones (36 frente a 35), la repulsión entre ellos aumenta y la nube se expande.

Por tanto, sí: el radio del ion A+\text{A}^+ es inferior al del ion B−\text{B}^- (r(K+)≈138 pmr(\text{K}^+) \approx 138\ \text{pm} frente a r(Br−)≈196 pmr(\text{Br}^-) \approx 196\ \text{pm}).

c) Primera energía de ionización

La primera energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más débilmente unido a un átomo en estado gaseoso y fundamental, formando un ion monopositivo:X(g)+EI1⟶X+(g)+e−\text{X(g)} + EI_1 \longrightarrow \text{X}^+\text{(g)} + e^-A y B están en el mismo periodo. Al avanzar hacia la derecha en un periodo aumenta la carga nuclear y los electrones entran en la misma capa, con lo que crece la carga nuclear efectiva y disminuye el radio: el electrón externo está más atraído y cuesta más arrancarlo.
  • A (potasio) tiene un único electrón 4s4s lejos del núcleo y muy apantallado; al perderlo alcanza la configuración de gas noble, así que lo cede con facilidad.
  • B (bromo), al final del periodo, tiene sus electrones 4p4p mucho más atraídos.
B (bromo) tiene mayor energía de ionización que A (unos 1140 kJ mol−11140\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1} frente a 419 kJ mol−1419\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1} del potasio).

d) Compuesto binario y tipo de enlace

A tiende a formar A+\text{A}^+ y B a formar B−\text{B}^-. Para que el compuesto sea neutro se combinan uno a uno:AB=KBr (bromuro de potasio)\text{AB} = \text{KBr}\ \text{(bromuro de potasio)}El potasio es un metal muy electropositivo (baja energía de ionización) y el bromo un no metal muy electronegativo (alta afinidad electrónica): la gran diferencia de electronegatividad hace que el potasio transfiera su electrón al bromo. Los iones K+\text{K}^+ y Br−\text{Br}^- se atraen electrostáticamente y forman una red cristalina: el enlace es iónico.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Al comparar radios de iones, mira primero cuántas capas ocupadas tiene cada uno: el catión de un alcalino pierde una capa entera. Si tienen las mismas capas, decide la carga nuclear.

En la definición de energía de ionización no olvides «en estado gaseoso»: es lo que suele faltar.
Paso 1 de 3
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