También trata: Sistema periódico y propiedades periódicas
Cataluña · 2025 · Septiembre
Enunciado
La determinación de propiedades atómicas y la modelización de las estructuras formadas por interacción entre átomos han sido esenciales en la construcción del conocimiento de la química. El desarrollo de nuevas sustancias y materiales y el análisis estructural continúan siendo foco de atención en proyectos de investigación e innovación. El enlace covalente y el enlace iónico son modelos muy útiles para interpretar las propiedades de las sustancias, pero los enlaces reales tienen un porcentaje de enlace covalente e iónico que se basa sobre todo en la diferencia de electronegatividad. En general, si la diferencia de electronegatividad entre los átomos es superior a 1,7, el enlace tendrá más de un 50 % de carácter iónico, mientras que si es menor de 1,7, el porcentaje de carácter iónico será inferior al 50 %.A) Molécula de cloruro de berilio (BeCl₂): el átomo de Be en el centro unido a dos átomos de Cl en línea. B) Red tridimensional del cloruro de litio (LiCl): cubo de iones Li⁺ (pequeños) y Cl⁻ (grandes) alternadosa) (1,25 puntos) Explique a qué tipo de enlace corresponden estas imágenes (A y B) y justifique la geometría o estructura de estos compuestos y qué tipo de enlace predomina, utilizando los datos de electronegatividad de la tabla adjunta. Represente las estructuras de Lewis del BeCl2 y del H2O. Justifique, mediante la teoría de repulsión de pares de electrones de la capa de valencia (RPECV), las geometrías de las moléculas de cloruro de berilio (imagen A) y del agua, y razone si se trata de moléculas polares o apolares. b) (1,25 puntos) Los valores de las primeras energías de ionización del litio y del berilio son, respectivamente, 520,3 y 899,5kJ mol−1. Razone por qué las energías de ionización tienen signo positivo. Indique a qué grupo y periodo pertenece cada uno de los elementos. Explique, a partir de su configuración electrónica y el modelo atómico de cargas eléctricas, por qué es mayor la energía de ionización del berilio que la del litio. Datos:
Átomo
Número atómico (Z)
Electronegatividad
H
1
2,1
Li
3
1,0
Be
4
1,5
O
8
3,5
Cl
17
3,0
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Resultado
A (BeCl2): molécula con enlace predominantemente covalente (Δχ=1,5<1,7),lineal y apolar. B (LiCl): red tridimensional iónica (Δχ=2>1,7).
H2O: 4 pares alrededor del O (2 enlazantes y 2 libres), geometría angular, molécula polar.
Las energías de ionización son positivas porque arrancar un electrón requiere energía (proceso endotérmico).
Li: periodo 2, grupo 1 (1s22s1). Be: periodo 2, grupo 2 (1s22s2).
El Be tiene más carga nuclear y menor radio que el Li, por lo que atrae más a sus electrones: su primera energía de ionización es mayor.
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Solución oficial
Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.
a) Tipo de enlace de los compuestos A y B La representación A representa un enlace covalente para formar moléculas. En la molécula, el átomo de berilio es el átomo central y la geometría es lineal. Predomina el carácter covalente, por eso se ha representado como molécula. Se trata de cloruro de berilio en estado gaseoso. La diferencia de electronegatividad entre el Cl y el Be es 3,0−1,5=1,5<1,7 (menos del 50 % de carácter iónico). La representación B corresponde a una red tridimensional iónica en la que están representados los iones Li+ en los vértices y los iones Cl− en las aristas. En la red, cada ion positivo está rodeado a la distancia más corta por iones negativos, de manera que las fuerzas de atracción superan a las de repulsión. 0,40 p.Predomina el carácter de enlace iónico, por eso está representada una red tridimensional iónica. La diferencia de electronegatividad entre el Cl y el Li es 3,0−1,0=2>1,7 (más del 50 % de carácter iónico). Estructuras de Lewis del BeCl2 y del H2O 0,20 p.H2O
O = 6 electrones de valencia
H = 1 electrón de valencia
6+2×1=8 electrones (4 pares por colocar)
Estructura de Lewis del agua: el O en el centro, unido a los dos H, con dos pares de electrones no enlazantes0,20 p.BeCl2
Be = 2 electrones de valencia
Cl = 7 electrones de valencia
2+7×2=16 electrones (8 pares por colocar)
Estructura de Lewis del BeCl₂: Cl–Be–Cl, con tres pares no enlazantes en cada Cl y ninguno en el BeGeometría de las moléculas según la teoría RPECV y polaridad 0,15 p. En el BeCl2, el átomo central (Be) se rodea de 2 pares de electrones; por tanto, la forma básica es lineal. Como los 2 pares de electrones son enlazantes (de enlace), la geometría es lineal. 0,15 p. En el H2O, el átomo central (O) se rodea de 4 pares de electrones; por tanto, la forma básica es tetraédrica. Como hay 2 pares de electrones enlazantes (de enlace) y 2 pares de electrones no enlazantes (libres), la geometría es angular. 0,15 p. La molécula de BeCl2 es apolar porque, como es lineal, se anulan los momentos dipolares. La molécula de agua es polar, ya que, como es angular, no se anulan los momentos dipolares, y hay un momento dipolar resultante. b) Valor de las energías de ionización 0,25 p. Los valores de las energías de ionización son positivos porque hay que suministrar energía para arrancar un electrón de un átomo y se trata de un proceso endotérmico. Grupo y periodo 0,10 p. Configuraciones electrónicas:
Li (Z=3):1s22s1
Be (Z=4):1s22s2
Grupo y periodo: 0,20 p. Li (Z=3) es del periodo 2 (n=2) y del grupo 1 (2s1) 0,20 p. Be (Z=4) es del periodo 2 (n=2) y del grupo 2 (2s2) Razonamiento de los valores de energía de ionización a partir del modelo de cargas del átomo Opcional:
Los dos elementos, litio y berilio, se encuentran en el mismo periodo de la tabla periódica y, por tanto, ambos tienen el mismo número cuántico n=2.
El litio tiene solo un electrón en la capa de valencia (2s1) y el berilio tiene dos electrones en la capa de valencia (2s2); solo hay una diferencia de 1 electrón.
El átomo de litio tiene un protón menos en el núcleo (menos carga positiva) que el átomo de berilio (más carga positiva); entonces, la fuerza de atracción del núcleo del átomo de litio es menor que la del átomo de berilio. El electrón del litio es atraído con menos fuerza por el núcleo que los dos electrones del berilio (ley de Coulomb), que se encuentran en el mismo orbital y no están separados. Por tanto, el radio atómico del berilio es más pequeño que el radio atómico del litio. 0,25 p.⇒ El radio del átomo de berilio es más pequeño que el radio del átomo de litio. Cuanto más pequeño es el radio atómico, más atraídos están los electrones (carga negativa) por el núcleo (carga positiva) y más energía se necesita para arrancar un electrón. Costará más arrancar un electrón del átomo de berilio (2s2) que de un átomo de litio (2s1). El berilio tiene una primera energía de ionización mayor que el litio. 0,25 p.⇒ La primera energía de ionización del átomo de berilio es mayor que la primera energía de ionización del átomo de litio.
