Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2025

1A Considere los iones ${}^{19}\mathrm{F^-}$ y ${}^{16}\mathrm{O^{2-}}$ y conteste a las siguientes cuestiones:

a) Copie la siguiente frase, completándola con dos de los términos que se proponen: (0,50 puntos)
"Se trata de dos iones ______________, que tienen el mismo número de ______________."
"isotópicos", "isotónicos", "isoelectrónicos", "protones", "neutrones", "electrones"
b) Escriba la configuración electrónica de ambos iones e indique con qué gas noble coincide. (0,40 puntos)
c) Indique qué catión monopositivo posee la misma configuración electrónica que dichos iones. (0,25 puntos)
d) Razone brevemente cuál de los dos iones, $\mathrm{F^-}$ y $\mathrm{O^{2-}}$, tendrá un radio menor. (0,40 puntos)
e) Considere el proceso de formación de los aniones $\mathrm{F^-}$ y $\mathrm{O^{2-}}$ a partir de los átomos neutros, siendo $\mathrm{AE^1}$ la primera afinidad electrónica y $\mathrm{AE^2}$ la segunda afinidad electrónica de cada elemento:
$\mathrm{F} \xrightarrow[\ \mathrm{AE^1(F)}\ ]{\ +1\ e^-\ } \mathrm{F^-} \qquad\qquad \mathrm{O} \xrightarrow[\ \mathrm{AE^1(O)}\ ]{\ +1\ e^-\ } \mathrm{O^-} \xrightarrow[\ \mathrm{AE^2(O)}\ ]{\ +1\ e^-\ } \mathrm{O^{2-}}$
Explique razonadamente a cuál de las tres afinidades electrónicas, $\mathrm{AE^1(F)}$, $\mathrm{AE^1(O)}$ y $\mathrm{AE^2(O)}$ corresponderá cada uno de los tres siguientes valores: (0,45 puntos)
$+780\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$; $-328\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$; $-141\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$

$\textbf{a) Copie la siguiente frase, completándola con dos de los términos que se proponen. (0{,}50 puntos)}$

Hay que contar los electrones de cada ion. El flúor tiene $Z = 9$ y al ganar uno se queda con 10; el oxígeno tiene $Z = 8$ y al ganar dos se queda también con 10.

"Se trata de dos iones $\textbf{isoelectrónicos}$, que tienen el mismo número de $\textbf{electrones}$."

No son isótopos, porque son elementos distintos, ni isótonos, porque no coinciden sus neutrones: el ${}^{19}\mathrm{F}$ tiene 10 y el ${}^{16}\mathrm{O}$, 8.

$\textbf{b) Escriba la configuración electrónica de ambos iones e indique con qué gas noble coincide. (0{,}40 puntos)}$

Los dos tienen diez electrones, así que su configuración es la misma:

$\mathrm{F^-}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6$

$\mathrm{O^{2-}}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6$

Es la configuración del $\textbf{neón}$, el gas noble de diez electrones. Ganar electrones hasta alcanzarla es justamente la razón de que estos aniones sean los estables.

$\textbf{c) Indique qué catión monopositivo posee la misma configuración electrónica que dichos iones. (0{,}25 puntos)}$

Hace falta un elemento con once electrones que, al perder uno, se quede en diez. Ese elemento es el sodio, $Z = 11$:

$\mathrm{Na^+}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6$

El $\mathrm{Na^+}$ es, por tanto, isoelectrónico con el Ne, el $\mathrm{F^-}$ y el $\mathrm{O^{2-}}$.

$\textbf{d) Razone brevemente cuál de los dos iones, F}^-\textbf{ y O}^{2-}\textbf{, tendrá un radio menor. (0{,}40 puntos)}$

Entre especies isoelectrónicas el número de electrones es el mismo, así que lo único que cambia es la carga del núcleo que tira de ellos.

El flúor tiene 9 protones y el oxígeno solo 8, para los mismos 10 electrones. La atracción sobre la corteza es mayor en el flúor, que la comprime más.

Por tanto, el radio menor es el del $\mathrm{F^-}$. Dicho en general: entre iones isoelectrónicos, el radio disminuye al aumentar el número atómico.

$\textbf{e) Explique razonadamente a cuál de las tres afinidades electrónicas corresponderá cada uno de los tres valores. (0{,}45 puntos)}$

Lo que decide es el signo. Una primera afinidad electrónica es negativa, porque un átomo neutro desprende energía al captar un electrón. Una segunda afinidad, en cambio, es positiva: hay que forzar a un ion que ya es negativo a admitir otro electrón, venciendo la repulsión.

El único valor positivo es, por tanto, la segunda afinidad del oxígeno:

$\mathrm{AE^2(O)} = +780 \ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$

Entre los dos valores negativos hay que ver cuál corresponde al flúor. El flúor está más a la derecha del periodo, con más carga nuclear efectiva y menor radio, así que desprende más energía al captar un electrón:

$\mathrm{AE^1(F)} = -328 \ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}} \qquad \mathrm{AE^1(O)} = -141 \ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$