Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2021

Indique, de manera razonada, si son ciertas las afirmaciones siguientes:

a) El radio atómico del anión ${\mathrm{F}}^{-}$ es más pequeño que el del elemento neutro F.

b) El átomo de S tiene una mayor afinidad electrónica que el átomo de Cl.

c) Los orbitales 2d no pueden existir.

d) Las especies siguientes son isoelectrónicas: ${\mathrm{K}}^{+}$, Ar y $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ani}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{F⁻}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{peque}}\widetilde{\mathbf{\text{n}}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{neutro}}\mathbf{\text{F.}}$

$\mathbf{\text{Falsa}}$: es justo al revés.

Al ganar un electrón, el flúor pasa de tener 9 electrones a tener 10, mientras que su núcleo sigue teniendo los mismos 9 protones:

$\mathrm{F}:1s^{2}2s^{2}2p^5⟶{\mathrm{F}}^{-}:1s^{2}2s^{2}2p^6$

Esos 9 protones tienen ahora que retener a un electrón más, de modo que la carga nuclear efectiva por electrón disminuye. Además aumenta la repulsión entre los electrones de la capa de valencia, que se expande.

$r(\mathrm{F})<r({\mathrm{F}}^{-})$

Es la regla general: un anión es siempre mayor que su átomo neutro, y un catión, menor.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{El}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{S}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{afinidad}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Cl.}}$

$\mathbf{\text{Falsa.}}$ La afinidad electrónica es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro en estado gaseoso capta un electrón, y mide, en la práctica, con cuánta avidez lo hace.

Los dos elementos están en el mismo periodo, el tercero, pero el cloro está más a la derecha y tiene un protón más, así que su carga nuclear efectiva es mayor y atrae con más fuerza al electrón entrante.

A eso se suma un argumento decisivo: al cloro le falta $\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{solo}}$ electrón para completar el octeto y alcanzar la configuración del argón, mientras que al azufre le faltan dos. El primer electrón que capta el cloro lo lleva directamente a esa configuración tan estable.

Por tanto la afinidad electrónica del cloro es, en valor absoluto, claramente mayor que la del azufre.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Los}}\mathbf{\text{orbitales}}\mathbf{\text{2d}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{pueden}}\mathbf{\text{existir.}}$

$\mathbf{\text{Verdadera.}}$ El número cuántico secundario, que es el que fija el tipo de orbital, está limitado por el principal:

$\mathrm{\ell }=0,1,\dots ,n-1$

Un orbital d exige $\mathrm{\ell }=2$. Con $n=2$, en cambio, $\mathrm{\ell }$ solo puede valer 0 o 1, de modo que el segundo nivel únicamente admite orbitales 2s y 2p.

Los orbitales d aparecen por primera vez en el tercer nivel, con los 3d, y los f en el cuarto. Por la misma razón no existen los 1p ni los 3f.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Las}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{isoelectr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas:}}\mathbf{\text{K⁺,}}\mathbf{\text{Ar}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Ca²⁺.}}$

$\mathbf{\text{Verdadera.}}$ Basta contar los electrones de cada una:

${\mathrm{K}}^{+}:19-1=18\mathrm{A}\mathrm{r}:18\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}:20-2=18$

Las tres tienen 18 electrones y la misma configuración:

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$

Eso no significa que sean idénticas. Al aumentar el número de protones —18, 19 y 20— crece la atracción sobre esos mismos dieciocho electrones, de modo que el radio disminuye en ese orden:

$r(\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+})<r({\mathrm{K}}^{+})<r(\mathrm{A}\mathrm{r})$