QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Enlace químico y geometría molecular

Comunidad de Madrid · 2024 · Julio

Enunciado

A.1 Dados cuatro elementos: A, B, C y D, cuyos electrones de mayor energía poseen una configuración en su estado fundamental de:

3s^1

3p^1

3p^4

3p^5

, respectivamente:

a) (0,5 puntos) Identifique cada elemento con su configuración electrónica, nombre, símbolo, grupo y periodo.

b) (0,5 puntos) Justifique cuál presenta mayor energía de ionización.

c) (0,5 puntos) Escriba el símbolo de sus iones más estables y ordene esos iones en orden decreciente de su tamaño, justificando la respuesta.

d) (0,5 puntos) Indique qué tipo de enlace se establece entre A y C y entre D con D. Escriba las fórmulas de las especies formadas.

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Resultado

a) A = Na (grupo 1), B = Al (grupo 13), C = S (grupo 16), D = Cl (grupo 17); todos del periodo 3.
b) El Cl, por su mayor carga nuclear efectiva.
c) $\text{S}^{2-} > \text{Cl}^- > \text{Na}^+ > \text{Al}^{3+}$ .
d) A–C: iónico, $\text{Na}_2\text{S}$ ; D–D: covalente, $\text{Cl}_2$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El dato clave es el último subnivel que se llena: los cuatro acaban en

n = 3

, así que los cuatro están en el tercer periodo, y el número de electrones de ese último subnivel dice el grupo. Identificados (Na, Al, S y Cl), todo lo demás sale de dos ideas:

En un periodo, de izquierda a derecha aumenta la carga nuclear efectiva: los electrones están más atraídos, la energía de ionización sube y el radio baja.
Cada elemento forma el ion que le da la configuración del gas noble más cercano; para comparar tamaños, primero el número de capas y, entre iones isoelectrónicos, la carga nuclear.

Desarrollo

a) Identificación de los elementos

Basta con completar la configuración hasta el electrón de mayor energía que da el enunciado. Todos tienen el núcleo de neón,

[\text{Ne}] = 1s^2\,2s^2\,2p^6

, y electrones de valencia en la capa

n = 3

	Configuración electrónica	Nombre	Símbolo	Grupo	Periodo
A	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$	Sodio	Na	1 (alcalinos)	3
B	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1$	Aluminio	Al	13 (térreos)	3
C	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4$	Azufre	S	16 (anfígenos)	3
D	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$	Cloro	Cl	17 (halógenos)	3

Fíjate en que en los elementos del bloque p el electrón

3p

llega después de llenar el

3s

: por eso B (

3p^1

) tiene 13 electrones y no 11.

b) Mayor energía de ionización: el cloro (D)

La energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo gaseoso en estado fundamental. Los cuatro elementos tienen sus electrones de valencia en la misma capa (

n = 3

), así que la distancia media al núcleo es parecida y lo que decide es la carga nuclear: al avanzar en el periodo (

Z = 11 \to 13 \to 16 \to 17

) aumenta la carga nuclear efectiva, el radio disminuye y el electrón externo está más fuertemente atraído.

El cloro, el más a la derecha, es el que retiene con más fuerza sus electrones: es el de mayor energía de ionización. Además, le falta un solo electrón para completar el octeto, así que no tiende en absoluto a perderlo.

(Orden de los cuatro:

\text{Na} < \text{Al} < \text{S} < \text{Cl}

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c) Iones más estables y tamaño

Cada elemento gana o pierde los electrones justos para alcanzar la configuración de un gas noble:

$\text{Na} \to \text{Na}^+$ : pierde el $3s^1$ y queda como el neón ( $1s^2\,2s^2\,2p^6$ ).
$\text{Al} \to \text{Al}^{3+}$ : pierde $3s^2\,3p^1$ y queda como el neón.
$\text{S} \to \text{S}^{2-}$ : gana dos electrones y queda como el argón ( $\ldots 3s^2\,3p^6$ ).
$\text{Cl} \to \text{Cl}^-$ : gana uno y queda como el argón.

Para ordenarlos por tamaño:

Número de capas. Los aniones $\text{S}^{2-}$ y $\text{Cl}^-$ tienen 18 electrones repartidos en tres capas; los cationes $\text{Na}^+$ y $\text{Al}^{3+}$ tienen 10 electrones en dos capas. Los aniones son, por tanto, mucho mayores.
Carga nuclear entre isoelectrónicos. Dentro de cada pareja, los dos iones tienen los mismos electrones; el que tiene más protones los atrae con más fuerza y es más pequeño:

\text{S}^{2-}

(

Z = 16

) es mayor que

\text{Cl}^-

(

Z = 17

).
-

\text{Na}^+

(

Z = 11

) es mayor que

\text{Al}^{3+}

(

Z = 13

\text{S}^{2-} > \text{Cl}^- > \text{Na}^+ > \text{Al}^{3+}

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d) Tipo de enlace

A con C (sodio y azufre): un metal muy electropositivo (cede con facilidad su electrón) frente a un no metal electronegativo (acepta dos). Hay transferencia de electrones y se forman iones $\text{Na}^+$ y $\text{S}^{2-}$ que se atraen electrostáticamente en una red cristalina: enlace iónico. Por neutralidad hacen falta dos $\text{Na}^+$ por cada $\text{S}^{2-}$ : $\text{Na}_2\text{S}$ (sulfuro de sodio).
D con D (cloro con cloro): dos átomos idénticos, con la misma electronegatividad y a los que les falta un electrón; lo consiguen compartiendo un par de electrones: enlace covalente (simple y apolar). Se forma la molécula diatómica $\text{Cl}_2$ (dicloro).

Consejo

El fallo típico en a) es quedarse con los electrones del último subnivel: $3p^1$ no es el elemento 11, sino el 13, porque antes ya se ha llenado el $3s^2$ . Escribe siempre la configuración completa antes de contar.

En c) no ordenes por carga a ciegas: compara primero el número de capas (aniones del periodo 3 frente a cationes con configuración del neón) y solo después, entre isoelectrónicos, el número de protones. Y nombra la palabra «isoelectrónicos»: es lo que se puntúa en la justificación.