Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2020

1. Dados los elementos Ba (Z=56), Tl (Z=81) y Bi (Z=83):

a) Escriba la configuración electrónica para cada uno de ellos. (0,45 p.)
b) ¿Cuál de los tres elementos tendrá un mayor radio atómico? Justifique su respuesta. (0,4 p.)
c) ¿Alguno de ellos tendrá como número de oxidación principal +1? Justifique su respuesta. (0,35 p.)
d) Escriba un posible conjunto de números cuánticos (n,l,m,s) para el electrón diferenciador del Ba. (0,4 p.)
e) ¿Cuál de los tres elementos es el menos electronegativo? Justifique su respuesta. (0,4 p.)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos.}}\mathbf{\text{(0,45}}\mathbf{\text{p.)}}$

Se reparten los electrones por orden creciente de energía, tomando el xenón ($Z=54$) como núcleo interno:

$\mathrm{B}\mathrm{a}(Z=56):[\mathrm{X}\mathrm{e}]6s^2$

$\mathrm{T}\mathrm{l}(Z=81):[\mathrm{X}\mathrm{e}]6s^{2}4f^{14}5d^{10}6p^1$

$\mathrm{B}\mathrm{i}(Z=83):[\mathrm{X}\mathrm{e}]6s^{2}4f^{14}5d^{10}6p^3$

Los tres tienen el nivel 6 como más externo, así que los tres están en el sexto periodo: el bario en el grupo 2, el talio en el 13 y el bismuto en el 15.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico?}}\mathbf{\text{(0,4}}\mathbf{\text{p.)}}$

El $\mathbf{\text{Ba}}$. Al estar los tres en el mismo periodo, lo único que decide es la posición dentro de él: el radio disminuye hacia la derecha, porque la carga nuclear aumenta sin que se añada ninguna capa nueva y la corteza queda más atraída.

El bario es el que está más a la izquierda, con la menor carga nuclear efectiva sobre sus electrones de valencia, y por tanto el de mayor radio.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Alguno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{oxidaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{principal}}\mathbf{\text{+1?}}\mathbf{\text{(0,35}}\mathbf{\text{p.)}}$

Sí, el $\mathbf{\text{Tl}}$. Su configuración de valencia es $6s^{2}6p^1$, y de esos tres electrones el $6p$ está mucho menos retenido que los dos $6s$.

En los elementos pesados del bloque $p$ el par $s$ tiende a quedarse sin participar en el enlace —es el llamado efecto del par inerte—, de modo que el talio cede solo su electrón $6p$ y su estado más estable es $\mathrm{T}{\mathrm{l}}^{+}$, por delante del $\mathrm{T}{\mathrm{l}}^{3+}$.

El bario actúa siempre con $+2$ y el bismuto, con $+3$ y $+5$.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{posible}}\mathbf{\text{conjunto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nticos}}\mathbf{\text{(n,}}\mathbf{\text{l,}}\mathbf{\text{m,}}\mathbf{\text{s)}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{diferenciador}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{Ba.}}\mathbf{\text{(0,4}}\mathbf{\text{p.)}}$

El electrón diferenciador del bario es el segundo de la subcapa $6s$, que exige $n=6$ y $l=0$. Con $l=0$ el número magnético solo puede valer 0, y como es el segundo del orbital lleva el espín opuesto al primero:

$(6,0,0,-\frac{1}{2})$

$\mathbf{\text{e)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{menos}}\mathbf{\text{electronegativo?}}\mathbf{\text{(0,4}}\mathbf{\text{p.)}}$

El $\mathbf{\text{Ba}}$, por la misma razón que tenía el mayor radio. La electronegatividad crece hacia la derecha del periodo, siguiendo el aumento de la carga nuclear efectiva y la disminución del tamaño.

El bario es además un metal alcalinotérreo, con una marcada tendencia a $\mathbf{\text{ceder}}$ electrones y no a atraerlos.