QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos · Enlace químico y geometría molecular

Comunidad de Madrid · 2022 · Junio

Enunciado

Considere los elementos: A (

Z = 9

) y B (

Z = 13

).

a) (0,5 puntos) Escriba la configuración electrónica de cada uno.

b) (0,5 puntos) Identifique el nombre, símbolo, grupo y periodo de cada elemento.

c) (0,5 puntos) Justifique cuál es el elemento de menor energía de ionización.

d) (0,5 puntos) Formule el compuesto binario formado por los elementos A y B, nómbrelo e indique el tipo de enlace que presenta.

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Resultado

a) A: $1s^2\,2s^2\,2p^5$ ; B: $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1$ .
b) A = flúor (F), grupo 17, periodo 2; B = aluminio (Al), grupo 13, periodo 3.
c) El aluminio: electrón más externo en $n = 3$ , más lejos del núcleo y más apantallado.
d) $\text{AlF}_3$ , trifluoruro de aluminio; enlace iónico.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica: el último nivel ocupado da el periodo y los electrones de valencia dan el grupo. Con la posición en la tabla se razona la energía de ionización (tamaño del átomo y carga nuclear efectiva) y se deduce qué ion forma cada elemento para llegar a la configuración de gas noble, que es lo que fija la fórmula del compuesto y su tipo de enlace.

Desarrollo

a) Configuraciones electrónicas.

Llenamos los orbitales por orden de energía creciente (regla de Aufbau:

1s, 2s, 2p, 3s, 3p\dots

), con un máximo de 2 electrones por orbital:

\text{A}\ (Z = 9):\quad 1s^2\,2s^2\,2p^5

\text{B}\ (Z = 13):\quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1

b) Identificación.

A: su capa de valencia es la $n = 2$ , luego está en el periodo 2; tiene $2 + 5 = 7$ electrones de valencia ( $ns^2np^5$ ), así que es un halógeno, grupo 17. Es el flúor, F.
B: capa de valencia $n = 3$ , periodo 3; configuración de valencia $3s^2\,3p^1$ , con 3 electrones de valencia: grupo 13 (térreos). Es el aluminio, Al.

c) Menor energía de ionización: el aluminio (B).

La energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso y fundamental:

\text{X}(g) \longrightarrow \text{X}^+(g) + e^-

Dos efectos van en el mismo sentido:

Tamaño: el electrón que pierde el Al está en el nivel $n = 3$ , más lejos del núcleo que el electrón $2p$ del flúor. A mayor distancia, menor atracción, y más fácil es arrancarlo. La energía de ionización disminuye al bajar en la tabla.
Carga nuclear efectiva: el flúor está casi al final de su periodo, con una carga nuclear efectiva muy alta sobre sus electrones de valencia y un radio muy pequeño; al Al, en el grupo 13, le basta perder un electrón $3p$ bastante apantallado por los niveles internos. La energía de ionización crece hacia la derecha en un periodo.

El flúor tiene una de las energías de ionización más altas de la tabla (unos

1681\ \text{kJ/mol}

, frente a unos

578\ \text{kJ/mol}

del aluminio, según las tablas). Por tanto, el de menor energía de ionización es el aluminio.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

d) Compuesto binario: $\text{AlF}_3$ , trifluoruro de aluminio (fluoruro de aluminio).

Cada elemento busca la configuración del gas noble más próximo, el neón (

1s^2\,2s^2\,2p^6

El aluminio pierde 3 electrones: $\text{Al} \rightarrow \text{Al}^{3+} + 3\,e^-$ .
El flúor gana 1 electrón: $\text{F} + e^- \rightarrow \text{F}^-$ .

Para que el compuesto sea neutro hacen falta tres

\text{F}^-

por cada

\text{Al}^{3+}

\text{AlF}_3

.

El enlace es iónico: se une un metal con poca energía de ionización con el no metal más electronegativo de la tabla (electronegatividades de Pauling de unos

1{,}6

4{,}0

; la diferencia, de más de 2, es típica de un enlace iónico). Los iones se atraen electrostáticamente y forman una red cristalina, no moléculas.

Consejo

En la energía de ionización no basta con decir «el Al está más abajo»: hay que explicar el porqué (mayor radio, electrón más lejano y más apantallado, menor atracción del núcleo). Es lo que puntúa.

En el compuesto, deduce la fórmula de las cargas de los iones ( $\text{Al}^{3+}$ y $\text{F}^-$ ) y comprueba que la suma sea cero; escribir « $\text{AlF}$ » o « $\text{Al}_3\text{F}$ » es un error muy frecuente.