QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Estructura atómica y números cuánticos

También trata: Sistema periódico y propiedades periódicas · Enlace químico y geometría molecular

Comunidad de Madrid · 2024 · Junio

Enunciado

Considere los elementos A, B y C, con números atómicos

Z

Z+1

Z+2

, respectivamente. Sabiendo que B es el gas noble del segundo periodo, responda a las siguientes preguntas:

a) (0,5 puntos) Para cada elemento identifique su nombre y símbolo, escriba su configuración electrónica, e indique cuántos electrones desapareados tiene.

b) (0,5 puntos) Justifique cuál es el ion más estable de los elementos A y C, indicando el tipo de ion y el símbolo.

c) (0,5 puntos) Razone cuál de ellos tiene el mayor radio iónico.

d) (0,5 puntos) Formule y nombre el compuesto formado con los elementos A y C, y explique qué tipo de enlace presenta.

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Resultado

a) A = flúor ( $1s^2 2s^2 2p^5$ , 1 desapareado); B = neón ( $1s^2 2s^2 2p^6$ , 0); C = sodio ( $1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$ , 1).
b) $\text{F}^-$ (anión fluoruro) y $\text{Na}^+$ (catión sodio), con la configuración del neón.
c) Mayor radio: $\text{F}^-$ (isoelectrónico con $\text{Na}^+$ pero con menos protones).
d) $\text{NaF}$ , fluoruro de sodio: enlace iónico.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo arranca de una pista: el gas noble del segundo periodo es el neón,

Z = 10

. Entonces A es el elemento anterior (

Z = 9

, el flúor) y C el siguiente (

Z = 11

, el sodio).

A partir de ahí, la idea que lo une todo es la configuración de gas noble: el flúor gana un electrón y el sodio pierde uno, y los dos iones quedan con la configuración del neón. Son, por tanto, isoelectrónicos, y entre especies isoelectrónicas el radio lo decide la carga nuclear: menos protones, menos atracción, ion más grande.

Desarrollo

a) Con

Z

(B)

= 10

, los números atómicos son

9

10

11

. Llenamos los orbitales por orden de energía (

1s \to 2s \to 2p \to 3s

) y, dentro de los

2p

, siguiendo la regla de Hund (primero un electrón en cada orbital, con espines paralelos):

Elemento	Nombre y símbolo	Configuración electrónica	Electrones desapareados
A ( $Z = 9$ )	Flúor, $\text{F}$	$1s^2\,2s^2\,2p^5$	$1$
B ( $Z = 10$ )	Neón, $\text{Ne}$	$1s^2\,2s^2\,2p^6$	$0$
C ( $Z = 11$ )	Sodio, $\text{Na}$	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$	$1$

En el flúor, los cinco electrones

2p

se reparten en tres orbitales como

(\uparrow\downarrow)(\uparrow\downarrow)(\uparrow\ )

: queda uno desapareado. El neón tiene todas las capas completas (ninguno), y el sodio tiene un único electrón en el orbital

3s

(uno).

b) Los iones más estables son los que alcanzan la configuración de gas noble más próxima, la del neón:

Flúor: le falta un electrón para completar su capa de valencia. Lo gana con facilidad (afinidad electrónica muy negativa) y forma el anión fluoruro, $\text{F}^-$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6$ .
Sodio: le sobra un electrón respecto del neón, y además está en una capa nueva, lejos del núcleo y apantallado por los diez electrones internos. Lo pierde con facilidad (energía de ionización baja) y forma el catión sodio, $\text{Na}^+$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6$ .

Arrancar un segundo electrón al sodio exigiría romper la capa completa

2p^6

, lo que cuesta muchísima energía: por eso

\text{Na}^+

, y no

\text{Na}^{2+}

.

c)

\text{F}^-

\text{Na}^+

son isoelectrónicos: los dos tienen 10 electrones y la misma configuración,

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

. Lo que cambia es el número de protones que tiran de esa misma nube electrónica:

$\text{F}^-$ : 9 protones para 10 electrones.
$\text{Na}^+$ : 11 protones para 10 electrones.

En el sodio la carga nuclear efectiva es mayor, atrae con más fuerza a los electrones y contrae la nube. Por tanto:

r(\text{F}^-) > r(\text{Na}^+)

El fluoruro tiene el mayor radio iónico (unos

133\ \text{pm}

frente a

102\ \text{pm}

del

\text{Na}^+

). El neón no se tiene en cuenta: como gas noble, no forma iones estables.

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

d) Un

\text{Na}^+

y un

\text{F}^-

se combinan en proporción

1:1

para que el compuesto sea neutro:

\text{NaF}:\ \textbf{fluoruro de sodio}

El enlace es iónico. El sodio es un metal muy poco electronegativo y el flúor el elemento más electronegativo de la tabla; la diferencia de electronegatividad es enorme (

4{,}0 - 0{,}9 \approx 3{,}1

), así que no comparten electrones: el sodio cede el suyo al flúor y los iones resultantes se atraen electrostáticamente. No forman moléculas, sino una red cristalina tridimensional en la que cada ion se rodea de iones de signo contrario (como en el

\text{NaCl}

). De ahí sus propiedades: sólido a temperatura ambiente, alto punto de fusión, soluble en agua y conductor fundido o en disolución, pero no en estado sólido.

Consejo

En las especies isoelectrónicas no razones con «más capas, más radio»: todas tienen las mismas. El único argumento válido es la carga nuclear: a igual número de electrones, el que tiene más protones los atrae más y es más pequeño. Ordenados de mayor a menor radio: $\text{N}^{3-} > \text{O}^{2-} > \text{F}^- > \text{Na}^+ > \text{Mg}^{2+} > \text{Al}^{3+}$ .

Y en a) no te olvides de contar los electrones desapareados con la regla de Hund: es la parte del apartado que más se deja sin contestar.

Paso 1 de 3

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