Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2025

Ejercicio 3. (2 puntos)

El fósforo y el azufre son elementos no metálicos que se encuentran presentes en moléculas con actividad biológica. No es este el caso del cloro, a pesar de ser un elemento muy abundante en la corteza terrestre.

a) Escriba la configuración electrónica de estado fundamental de los elementos fósforo, azufre y cloro. (0,6 puntos)

b) Deduzca los iones más probables que formarán el azufre y el cloro y escriba sus configuraciones electrónicas. (0,4 puntos)

Conteste a una de las siguientes cuestiones:

c1) De acuerdo con la regla del octeto, deduzca la fórmula empírica del compuesto que puede formar el azufre con el cloro. Deduzca la geometría de la molécula y discuta su polaridad. (1 punto)

c2) Deduzca la fórmula del compuesto que formará el azufre con un elemento del grupo 1 (alcalinos) de la tabla periódica. Razone qué tipo de enlace se forma entre ambos elementos. (1 punto)

$\textbf{a) Escriba la configuración electrónica de estado fundamental de los elementos fósforo, azufre y cloro. (0{,}6 puntos)}$

Los tres son consecutivos en el tercer periodo, así que solo cambia el número de electrones en el orbital 3p:

Fósforo ($Z = 15$):

$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3$

Azufre ($Z = 16$):

$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4$

Cloro ($Z = 17$):

$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$

$\textbf{b) Deduzca los iones más probables que formarán el azufre y el cloro y escriba sus configuraciones electrónicas. (0{,}4 puntos)}$

Los dos son no metales del final del periodo, así que les resulta más fácil captar electrones que perderlos, hasta completar el octeto y quedar con la configuración del argón.

Al azufre, con $3s^2 3p^4$, le faltan dos electrones, así que forma el anión $\mathrm{S^{2-}}$:

$\mathrm{S^{2-}}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

Al cloro, con $3s^2 3p^5$, le falta uno, y forma $\mathrm{Cl^-}$:

$\mathrm{Cl^-}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

Ambos quedan isoelectrónicos con el argón.

$\textbf{c1) Deduzca la fórmula empírica del compuesto que puede formar el azufre con el cloro. Deduzca la geometría de la molécula y discuta su polaridad. (1 punto)}$

Por la regla del octeto, al azufre le faltan dos electrones, así que forma dos enlaces covalentes; al cloro le falta uno, así que forma uno solo. Hacen falta pues dos átomos de cloro por cada uno de azufre:

$\mathrm{SCl_2}$

En la estructura de Lewis el azufre es el átomo central. Aporta 6 electrones de valencia: cuatro los emplea en los dos enlaces S–Cl y le quedan dos pares no enlazantes.

El azufre queda entonces rodeado de cuatro pares de electrones (dos enlazantes y dos libres). Según la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia, esos cuatro pares se disponen en una geometría electrónica tetraédrica, pero la geometría $\textbf{molecular}$, que solo mira dónde están los átomos, es angular. El ángulo Cl–S–Cl es algo menor que 109,5°, porque los pares no enlazantes ocupan más espacio y comprimen el ángulo de enlace.

En cuanto a la polaridad: el cloro es más electronegativo que el azufre, así que cada enlace S–Cl es polar, con el momento dipolar dirigido hacia el cloro. Como la molécula es angular y no lineal, los dos momentos dipolares no se cancelan: su suma vectorial da un momento dipolar neto.

La molécula de $\mathrm{SCl_2}$ es, por tanto, polar.

$\textbf{c2) Deduzca la fórmula del compuesto que formará el azufre con un elemento del grupo 1 (alcalinos). Razone qué tipo de enlace se forma entre ambos elementos. (1 punto)}$

Los alcalinos tienen un solo electrón de valencia y lo pierden con facilidad, formando cationes $\mathrm{M^+}$. El azufre, como se vio en el apartado b), capta dos electrones y forma $\mathrm{S^{2-}}$.

Para que el compuesto sea eléctricamente neutro hacen falta dos cationes por cada anión:

$\mathrm{M_2S}$

Por ejemplo, con sodio, $\mathrm{Na_2S}$ (sulfuro de sodio).

El enlace es iónico. Un alcalino tiene una electronegatividad muy baja y el azufre la tiene bastante alta, de modo que la diferencia entre ambas es grande y no hay compartición de electrones, sino transferencia completa del metal al no metal. Los iones resultantes se mantienen unidos por atracción electrostática, formando una red cristalina, lo que explica las propiedades típicas de estos compuestos: puntos de fusión altos, y conducción de la corriente cuando están fundidos o disueltos, pero no en estado sólido.