Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2025

$\textbf{2A)}$ Considere los elementos X (el metal alcalino cuyo monocatión contiene 10 $e^-$), Y (el elemento del grupo 14 del segundo periodo) y Z (el halógeno del tercer periodo). Responda a las siguientes cuestiones:

a) $\textit{(0,75 puntos)}$ Identifique los elementos X, Y y Z con nombre y símbolo, y escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos en su estado fundamental.
b) $\textit{(0,75 puntos)}$ Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
$\textit{i)}$ El elemento Z es el que presenta el mayor radio atómico.
$\textit{ii)}$ El elemento X es el que posee una menor afinidad electrónica.
$\textit{iii)}$ El elemento Y es capaz de formar únicamente orbitales híbridos $sp^3$ y $sp^2$.
c) $\textit{(1 punto)}$ Indique el tipo de enlace y justifique las fuerzas intermoleculares que se establecen cuando se forman los compuestos $\mathrm{XZ}$ e $\mathrm{YZ_4}$.

$\textbf{a) Identifique los elementos X, Y y Z con nombre y símbolo, y escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos en su estado fundamental. (0{,}75 puntos)}$

$\textbf{X}$: un metal alcalino cuyo monocatión tiene 10 electrones. Si $\mathrm{X^+}$ tiene 10, el átomo neutro tiene 11, luego $Z = 11$: es el $\textbf{sodio}$, $\mathrm{Na}$.

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

$\textbf{Y}$: grupo 14 del segundo periodo. El periodo 2 se llena con los orbitales $2s$ y $2p$, y el grupo 14 corresponde a cuatro electrones de valencia: es el $\textbf{carbono}$, $\mathrm{C}$.

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

$\textbf{Z}$: el halógeno del tercer periodo, con siete electrones de valencia en el nivel 3: es el $\textbf{cloro}$, $\mathrm{Cl}$.

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

$\textbf{b) Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas. (0{,}75 puntos)}$

$\textbf{i) El elemento Z es el que presenta el mayor radio atómico.}$

$\textbf{Falsa.}$ El sodio y el cloro están los dos en el periodo 3, y a lo largo de un periodo el radio disminuye hacia la derecha: se van añadiendo electrones a la misma capa mientras crece la carga nuclear, que los atrae cada vez más. El sodio, en el extremo izquierdo, es mucho mayor que el cloro. El carbono, además, pertenece al periodo 2 y es el más pequeño de los tres.

$r(\mathrm{Na}) > r(\mathrm{Cl}) > r(\mathrm{C})$

El de mayor radio es X, no Z.

$\textbf{ii) El elemento X es el que posee una menor afinidad electrónica.}$

$\textbf{Verdadera.}$ La afinidad electrónica es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro gaseoso capta un electrón. El sodio tiene un solo electrón de valencia y su tendencia natural es perderlo, no ganar otro: captar un electrón le aporta muy poca estabilidad y la energía desprendida es mínima. El cloro, en cambio, solo necesita un electrón para completar el octeto y libera muchísima energía al captarlo. En valor absoluto, el sodio es el que menos energía desprende de los tres.

$\textbf{iii) El elemento Y es capaz de formar únicamente orbitales híbridos }sp^3\textbf{ y }sp^2\textbf{.}$

$\textbf{Falsa.}$ El carbono presenta las tres hibridaciones: $sp^3$ cuando forma cuatro enlaces simples, como en el metano; $sp^2$ cuando forma un doble enlace, como en el eteno; y $\textbf{sp}$ cuando forma un triple enlace o dos dobles, como en el etino o en el $\mathrm{CO_2}$. Falta precisamente la $sp$.

$\textbf{c) Indique el tipo de enlace y justifique las fuerzas intermoleculares que se establecen cuando se forman los compuestos XZ e YZ}_4\textbf{. (1 punto)}$

$\mathrm{XZ} = \mathrm{NaCl}$: une un metal muy poco electronegativo con un no metal muy electronegativo, así que hay transferencia de electrones y el enlace es $\textbf{iónico}$: $\mathrm{Na^+}$ y $\mathrm{Cl^-}$.

Aquí conviene ser preciso con la pregunta: en un compuesto iónico $\textbf{no hay moléculas}$ y, por tanto, tampoco fuerzas intermoleculares. Lo que existe es una red cristalina tridimensional en la que cada ion está rodeado de iones de signo contrario, unidos por atracción electrostática. La energía que hay que aportar para deshacerla es la energía reticular, muy elevada, y de ahí que el cloruro de sodio sea un sólido de punto de fusión alto.

$\mathrm{YZ_4} = \mathrm{CCl_4}$: dos no metales, así que comparten electrones y el enlace es $\textbf{covalente}$. El carbono forma cuatro enlaces simples y no le queda ningún par libre, de modo que la geometría es tetraédrica.

Ahora sí hay moléculas discretas y tiene sentido hablar de fuerzas intermoleculares. Cada enlace C–Cl es polar, pero la simetría del tetraedro hace que los cuatro momentos dipolares se cancelen: la molécula es $\textbf{apolar}$. Solo puede haber, por tanto, $\textbf{fuerzas de dispersión de London}$, que resultan apreciables por el tamaño de los cuatro átomos de cloro, pero mucho más débiles que la red iónica del NaCl. Por eso el tetracloruro de carbono es líquido a temperatura ambiente y el cloruro de sodio, sólido.