QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Enlace químico y geometría molecular

Comunidad de Madrid · 2023 · Junio

Enunciado

Los iones

\text{X}^{2+}

\text{Y}^{-}

presentan las siguientes configuraciones electrónicas:

\text{X}^{2+}\ (1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6)

\text{Y}^{-}\ (1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6)

. Responda a las siguientes cuestiones.

a) (0,5 puntos) Justifique el número atómico de los elementos X e Y, e indique su posición (periodo y grupo) en el sistema periódico.

b) (0,5 puntos) Razone qué elemento, X o Y, tiene mayor radio atómico.

c) (0,5 puntos) Indique qué tipo de enlace presenta a temperatura ambiente cada una de las sustancias X e Y por separado.

d) (0,5 puntos) Justifique la estequiometría y el tipo de enlace del compuesto que forma el elemento X con el elemento Y.

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Resultado

a) X: $Z = 20$ (Ca), periodo 4, grupo 2. Y: $Z = 17$ (Cl), periodo 3, grupo 17.
b) Mayor radio: X (Ca), una capa más y a la izquierda del periodo.
c) X: enlace metálico; Y: moléculas $\text{Cl}_2$ con enlace covalente.
d) $\text{XY}_2$ = $\text{CaCl}_2$ , enlace iónico.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los dos iones tienen 18 electrones: son isoelectrónicos con el argón. Para llegar al átomo neutro hay que deshacer la carga: el catión

\text{X}^{2+}

ha perdido dos electrones (el átomo tiene 20) y el anión

\text{Y}^-

ha ganado uno (el átomo tiene 17). En un átomo neutro, número de electrones = número de protones =

Z

.

Con

Z

se escribe la configuración del átomo neutro y de ella salen el periodo (la capa más alta) y el grupo (los electrones de valencia). Lo demás es identificar los elementos (calcio y cloro) y aplicar lo de siempre: metal

\to

enlace metálico, no metal

\to

moléculas covalentes, metal + no metal

\to

enlace iónico.

Desarrollo

a) Número atómico y posición.

Las dos configuraciones suman

2+2+6+2+6 = 18

electrones.

$\text{X}^{2+}$ tiene 18 electrones porque ha perdido dos: el átomo neutro tiene $18 + 2 = 20$ electrones y, por tanto, $Z = 20$ .

\text{X}:\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2

Capa más alta

n = 4

\Rightarrow

periodo 4; dos electrones de valencia en un orbital

s

\Rightarrow

grupo 2 (alcalinotérreos). Es el calcio, Ca.

$\text{Y}^-$ tiene 18 electrones porque ha ganado uno: el átomo neutro tiene $18 - 1 = 17$ electrones, $Z = 17$ .

\text{Y}:\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5

Capa más alta

n = 3

\Rightarrow

periodo 3; siete electrones de valencia (

3s^2\,3p^5

)

\Rightarrow

grupo 17 (halógenos). Es el cloro, Cl.

b) Radio atómico.

El radio atómico depende sobre todo del número de capas ocupadas y, dentro de un mismo periodo, de la carga nuclear efectiva.

El calcio (X) tiene sus electrones de valencia en la capa $n = 4$ ; el cloro (Y), en la $n = 3$ . Una capa más significa electrones externos más alejados del núcleo.
Además, el calcio está a la izquierda de la tabla y el cloro a la derecha: dentro de un periodo, la carga nuclear efectiva crece hacia la derecha y contrae la nube electrónica.

Los dos efectos van en el mismo sentido: X (calcio) tiene mayor radio atómico que Y (cloro).

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

c) Enlace de cada sustancia por separado.

X (calcio) es un metal: a temperatura ambiente es un sólido con enlace metálico. Sus átomos ceden los dos electrones $4s$ a una «nube» común y forman una red de cationes $\text{Ca}^{2+}$ inmersa en un mar de electrones deslocalizados.
Y (cloro) es un no metal: a temperatura ambiente es un gas formado por moléculas diatómicas $\text{Cl}_2$ . Dentro de cada molécula los dos átomos comparten un par de electrones: enlace covalente (apolar, porque los dos átomos son iguales). Entre molécula y molécula solo hay fuerzas de dispersión de London, muy débiles; por eso es un gas.

d) Compuesto entre X e Y.

El calcio tiene baja energía de ionización y tiende a perder sus dos electrones de valencia para quedar como

\text{Ca}^{2+}

(configuración de argón). El cloro tiene alta afinidad electrónica y tiende a ganar un electrón para quedar como

\text{Cl}^-

(también configuración de argón). La gran diferencia de electronegatividad entre ambos hace que el electrón se transfiera en lugar de compartirse: el enlace es iónico.

Para que el compuesto sea eléctricamente neutro, cada ion

\text{Ca}^{2+}

necesita dos iones

\text{Cl}^-

\text{Ca}^{2+} + 2\,\text{Cl}^- \longrightarrow \text{CaCl}_2 \qquad (\text{XY}_2)

La estequiometría es 1 : 2,

\text{XY}_2

: dicloruro de calcio (

\text{CaCl}_2

), un sólido iónico que forma una red cristalina de cationes y aniones.

Consejo

El error típico de a) es sumar o restar la carga al revés. Piensa en qué ha pasado: un catión ha perdido electrones, así que el átomo tenía más ( $18 + 2$ ); un anión ha ganado, así que tenía menos ( $18 - 1$ ).

En c) no basta con decir «covalente» para el cloro: aclara que el enlace covalente está dentro de la molécula $\text{Cl}_2$ y que entre moléculas solo hay fuerzas de London, que es lo que explica que sea un gas.