QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Enlace químico y geometría molecularSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2023 · Junio

También trata: Sistema periódico y propiedades periódicas · Estructura atómica y números cuánticos

Enunciado

Considere los elementos A, B, C y D, cuyos números atómicos son 12, 15, 17 y 19, respectivamente. Responda a las siguientes cuestiones:

a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de los elementos propuestos e indique en qué grupo y periodo de la tabla periódica se encuentra cada uno. (0,5 puntos)

b) Ordene justificadamente los elementos por orden creciente de su primera energía de ionización. (0,5 puntos)

c) Elija dos elementos entre los cuales se formaría un compuesto iónico y obtenga su fórmula molecular. Justifique la respuesta. (0,5 puntos)

d) Deduzca la fórmula molecular del compuesto que se formaría entre los elementos B y C aplicando la regla del octeto y discuta el tipo de enlace que se establece entre dichos átomos. (0,5 puntos)

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Resultado

a) A (Mg):

[\text{Ne}]\,3s^2

, grupo 2, periodo 3. B (P):

[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^3

, grupo 15, periodo 3. C (Cl):

[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5

, grupo 17, periodo 3. D (K):

[\text{Ar}]\,4s^1

, grupo 1, periodo 4.

b)

E_I

: D < A < B < C (K < Mg < P < Cl).

c) D y C: KCl (

\text{K}^+

\text{Cl}^-

), por transferencia de un electrón; también valdría

\text{MgCl}_2

.

d)

\text{PCl}_3

(BC₃), con tres enlaces covalentes simples y polares P–Cl.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica. Con ella se sabe el periodo (la capa más externa) y el grupo (los electrones de valencia), y con la posición en la tabla se razona lo demás:

La energía de ionización crece hacia la derecha en un periodo (más carga nuclear efectiva, mismo nivel) y baja al descender en un grupo (el electrón está más lejos del núcleo).
Un compuesto iónico se forma entre un metal que pierde electrones con facilidad y un no metal que los gana con facilidad; la fórmula sale de igualar las cargas de los iones.
Entre dos no metales se comparten electrones: enlace covalente, con tantos enlaces como electrones le falten a cada átomo para el octeto.

Desarrollo

a) Configuraciones, grupo y periodo.

Elemento	Z	Configuración	Grupo	Periodo
A (Mg)	12	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2$	2 (alcalinotérreos)	3
B (P)	15	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3$	15 (nitrogenoideos)	3
C (Cl)	17	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$	17 (halógenos)	3
D (K)	19	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1$	1 (alcalinos)	4

El periodo es el número cuántico

n

de la capa de valencia; el grupo, el número de electrones de valencia (sumando 10 en el bloque p:

3s^2\,3p^3

son 5 electrones, grupo 15).

b) Primera energía de ionización. A, B y C están en el mismo periodo (el 3): de izquierda a derecha aumenta la carga nuclear efectiva sobre los electrones de la misma capa, que están más atraídos y cuesta más arrancarlos, así que

E_I(\text{A}) < E_I(\text{B}) < E_I(\text{C})

.

D está en el periodo 4 y en el grupo 1: su electrón

4s^1

está en una capa más alejada del núcleo y muy apantallado, y al perderlo queda con configuración de gas noble. Es el que se arranca con más facilidad, por debajo del Mg. Orden creciente:

E_I(\text{D}) < E_I(\text{A}) < E_I(\text{B}) < E_I(\text{C}) \qquad (\text{K} < \text{Mg} < \text{P} < \text{Cl})

c) Compuesto iónico. Se forma entre el elemento de menor energía de ionización, el potasio (D), que pierde su electrón

4s^1

y queda como

\text{K}^+

(configuración del argón), y el de mayor tendencia a ganar electrones, el cloro (C), que gana uno y queda como

\text{Cl}^-

(también configuración del argón). La gran diferencia de electronegatividad entre un metal alcalino y un halógeno hace que se transfiera el electrón en vez de compartirse. Para que el compuesto sea neutro, un ion de cada: DC, es decir, KCl.

(Valdrían igualmente el Mg con el Cl,

\text{Mg}^{2+}

\text{Cl}^-

\text{AC}_2 = \text{MgCl}_2

.)

d) Compuesto entre B y C. El fósforo (

3s^2\,3p^3

) tiene 5 electrones de valencia, tres de ellos desapareados: le faltan tres para el octeto. El cloro (

3s^2\,3p^5

) tiene 7, uno desapareado: le falta uno. El fósforo completa su octeto compartiendo un par de electrones con cada uno de tres átomos de cloro, que completan el suyo con ese único enlace: la fórmula es

\text{BC}_3 = \textbf{PCl}_3

.

Tipo de enlace. Los dos son no metales, con electronegatividades altas y no muy distintas, así que ninguno cede electrones al otro: los comparten. El enlace P–Cl es covalente, simple y polar, porque el cloro es más electronegativo que el fósforo y atrae hacia sí el par compartido. En la estructura de Lewis, el P queda con tres pares de enlace y un par solitario, y cada Cl con un par de enlace y tres solitarios.

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

Consejo

En las cuestiones de propiedades periódicas no basta con la regla «crece hacia la derecha»: los criterios piden razonar con la carga nuclear efectiva y la distancia del electrón al núcleo. Sin razonamiento, el apartado no pasa del 30 %.

En c), justifica por qué es iónico (metal que pierde y no metal que gana electrones, ambos con configuración de gas noble) y comprueba que la fórmula es neutra.

Paso 1 de 3

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