Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2021

Considerando los átomos siguientes: S, Cl, Ca y Fe; indique de forma razonada si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas.

a) La primera energía de ionización del átomo de S es mayor que la del átomo de Cl.

b) El radio atómico del átomo de Cl es mayor que el radio atómico del átomo de Ca.

c) El átomo de Fe tiene mayor afinidad electrónica que el átomo de Cl.

d) El átomo de S es más electronegativo que el átomo de Ca.

$\textbf{a) La primera energía de ionización del átomo de S es mayor que la del átomo de Cl.}$

$\textbf{Falsa}$: es al revés.

Los dos elementos pertenecen al mismo periodo, el tercero, así que sus electrones más externos ocupan el mismo nivel y el apantallamiento de las capas internas es semejante. Lo que cambia es la carga nuclear: el cloro tiene un protón más que el azufre.

Esa carga nuclear efectiva mayor atrae con más fuerza al electrón externo y hace más costoso arrancarlo. A ello se suma que al cloro le falta un solo electrón para el octeto, de modo que ionizarse lo aleja de la configuración estable.

$\mathrm{EI_1(S)} < \mathrm{EI_1(Cl)}$

Es la tendencia general: la energía de ionización crece de izquierda a derecha dentro de un periodo.

$\textbf{b) El radio atómico del átomo de Cl es mayor que el radio atómico del átomo de Ca.}$

$\textbf{Falsa.}$ Aquí lo decisivo no es la posición dentro del periodo, sino el número de capas.

El cloro tiene $Z = 17$ y su configuración termina en $3s^2\,3p^5$: pertenece al periodo 3. El calcio tiene $Z = 20$ y termina en $4s^2$: pertenece al periodo 4, con una capa electrónica más.

Cada capa adicional aleja notablemente a los electrones externos del núcleo y aumenta el apantallamiento, y ese efecto se impone sobre el aumento de carga nuclear.

$r(\mathrm{Cl}) < r(\mathrm{Ca})$

De hecho el calcio, como todos los alcalinotérreos, es uno de los átomos más voluminosos de su periodo, mientras que el cloro es de los más pequeños del suyo.

$\textbf{c) El átomo de Fe tiene mayor afinidad electrónica que el átomo de Cl.}$

$\textbf{Falsa}$, y por un margen enorme.

La afinidad electrónica mide la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro en estado gaseoso capta un electrón, es decir, con cuánta avidez lo hace.

El cloro es un no metal del grupo 17: le falta un único electrón para completar el octeto y adquirir la configuración del argón, de modo que capta ese electrón liberando mucha energía. Su afinidad electrónica es de las mayores de toda la tabla periódica.

El hierro es un metal de transición, con una energía de ionización baja y una tendencia natural a $\textbf{ceder}$ electrones —formando $\mathrm{Fe^{2+}}$ y $\mathrm{Fe^{3+}}$—, no a ganarlos. Su afinidad electrónica es muy pequeña.

$\textbf{d) El átomo de S es más electronegativo que el átomo de Ca.}$

$\textbf{Verdadera.}$

La electronegatividad mide la tendencia de un átomo a atraer hacia sí el par de electrones de un enlace. Crece hacia la derecha en un periodo y disminuye al bajar en un grupo.

El azufre es un no metal del grupo 16 y del periodo 3, con seis electrones de valencia y una fuerte tendencia a ganar los dos que le faltan. El calcio es un metal alcalinotérreo del periodo 4, con dos electrones de valencia que cede con enorme facilidad.

$\chi(\mathrm{Ca}) = 1{,}0 \qquad \chi(\mathrm{S}) = 2{,}6$

La diferencia es tan grande que, al combinarse, no comparten electrones sino que los transfieren: el sulfuro de calcio, CaS, es un compuesto iónico.