Sistema periódico y propiedades periódicas

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)

Configuraciones electrónicas y periodo, grupo y bloque

Configuraciones electrónicas:

0,10 p. Potasio (K, $Z=19$): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1$

0,10 p. Magnesio (Mg, $Z=12$): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2$

0,10 p. Fósforo (P, $Z=15$): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3$

Periodo, grupo y bloque:

0,10 p. Potasio: periodo 4 ($n = 4$), grupo 1 o alcalinos ($ns^1$), y bloque s ($ns^1$)

0,10 p. Magnesio: periodo 3 ($n = 3$), grupo 2 o alcalinotérreos ($ns^2$), y bloque s ($ns^2$)

0,10 p. Fósforo: periodo 3 ($n = 3$), grupo 15 o del nitrógeno ($ns^2\,np^3$), y bloque p ($np^3$)

Definición y signo de la energía de ionización

0,15 p. Definición: la energía de ionización (EI) es la cantidad de energía que hay que suministrar a un átomo en estado fundamental y gaseoso para arrancarle un electrón: (opcional) $\text{A}(g) \rightarrow \text{A}^+(g) + 1\,e^-$

0,15 p. Signo: la EI es una magnitud con signo positivo, ya que hay que suministrar energía a un átomo para romper la atracción electrostática entre uno de sus electrones y el núcleo para ionizarlo.

Valores mayor y menor de la primera energía de ionización

0,05 p. La primera energía de ionización correspondería a la formación de los cationes $\text{K}^+$ ($1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$), $\text{Mg}^+$ ($1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$) y $\text{P}^+$ ($1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^2$), formados al arrancar su electrón de valencia de mayor energía.

0,15 p. El valor menor de la primera energía de ionización será el del potasio, ya que el electrón que se tiene que arrancar se encuentra en un orbital más externo ($n = 4$) que en el caso del magnesio y el fósforo ($n = 3$). Por tanto, este electrón estará menos atraído por el núcleo debido a la mayor distancia y al efecto de apantallamiento que ejercen los electrones más internos.

0,15 p. Entre el magnesio y el fósforo, que pertenecen al mismo periodo de la tabla periódica, el fósforo presentará un mayor valor de la primera energía de ionización. Aunque el electrón que hay que arrancar se encuentra en el mismo nivel energético para los dos elementos ($n = 3$), el mayor número atómico del fósforo hará que este electrón se sienta más atraído por el mayor número de protones del núcleo, de manera que cueste más ionizarlo.

b)

Estructura de Lewis y geometría

0,40 p. Estructura de Lewis:

Fósforo (P, $Z=15$): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3 \Rightarrow 5\ e^-$ de valencia

Cloro (P, $Z=17$): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 \Rightarrow 7\ e^-$ de valencia

En total, hay que colocar $5 + 3\times 7$ $e^-$ de valencia en la estructura ($26\ e^-$), que corresponden a 13 pares de electrones.

0,30 p. Geometría: la geometría será de pirámide trigonal, correspondiente a una estructura $\text{AB}_3\text{E}$ según la teoría RPECV, en la que se minimiza la repulsión electrostática entre los pares de electrones enlazantes y el par de electrones no enlazante que se encuentran alrededor del átomo central de fósforo.

Polaridad y fuerzas intermoleculares

0,30 p. Polaridad: como el cloro es más electronegativo que el fósforo, los enlaces P–Cl están polarizados. Y debido a la geometría de pirámide trigonal de la molécula, los momentos dipolares de cada enlace no se anulan entre ellos. Por tanto, la molécula de $\text{PCl}_3$ es polar.

0,25 p. Fuerzas intermoleculares: al tratarse de un compuesto polar que no contiene grupos que puedan formar enlaces de hidrógeno, el principal tipo de interacciones intermoleculares que se formarán entre moléculas de $\text{PCl}_3$ serán interacciones de Van der Waals, de tipo dipolo-dipolo permanente.