Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2025

Dadas las especies ${}_{33}^{75}\text{X}$ y ${}_{20}^{41}{\text{Y}}^{2+}$:

a) Escriba las configuraciones electrónicas de cada una de ellas. (0,5 puntos)

b) Indique el periodo y el grupo al que pertenecen los elementos X e Y, y justifique cuál de ellos tendrá un mayor valor de energía de ionización. (0,5 puntos)

c) Razone si podrá existir, en alguno de los dos elementos, un electrón cuyos números cuánticos sean $(3,0,1,+1\mathrm{/}2)$. (0,5 puntos)

d) Nombre o formule los siguientes compuestos: (0,5 puntos)

d.1) Sulfuro de cadmio

d.2) Dibromuro de trioxígeno

d.3) Hidróxido de amonio

d.4) ${\text{Fe}}_2({\text{SO}}_4{)}_3$

d.5) ${\text{K}}_2{\text{CrO}}_4$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{configuraciones}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellas.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El subíndice de cada símbolo es el número atómico, es decir, el número de protones, y en el átomo neutro también el de electrones.

Para ${}_{33}^{75}\mathrm{X}$ hay 33 electrones que colocar siguiendo el orden de llenado:

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^3$

El elemento X es, por tanto, el arsénico.

La especie ${}_{20}^{41}{\mathrm{Y}}^{2+}$ es un catión: tiene 20 protones pero ha perdido dos electrones, así que le quedan 18. Los que se pierden son los más externos, los del orbital $4s$:

$\mathrm{Y}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^2$

${\mathrm{Y}}^{2+}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$

El elemento Y es el calcio, y su catión tiene la configuración del argón, que es un gas noble; de ahí su estabilidad.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{pertenecen}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{X}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{Y,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{justifique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{valor}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El periodo lo da el número cuántico principal más alto ocupado, y el grupo, los electrones de la capa de valencia.

X termina en $4s^{2}3d^{10}4p^3$: está en el $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{4}}$ y, con cinco electrones de valencia en $4s$ y $4p$, en el $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{15}}$, el de los nitrogenoideos.

Y termina en $4s^2$: está también en el $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{4}}$ y en el $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{2}}$, el de los alcalinotérreos.

Los dos están en el mismo periodo, así que decide la posición dentro de él. Al avanzar hacia la derecha aumenta la carga nuclear efectiva sobre los electrones de valencia, que quedan más atraídos y son más difíciles de arrancar. Como X está mucho más a la derecha que Y:

$\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{Y})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{X})$

La energía de ionización mayor es la de X, el arsénico. Además, a Y le interesa perder sus dos electrones $4s$ para quedar como el argón, lo que refuerza que le cueste poco ionizarse.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{podr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{existir,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{alguno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{elementos,}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{cuyos}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nticos}}\mathbf{\text{sean}}\mathbf{\text{(3,}}\mathbf{\text{0,}}\mathbf{\text{1,}}\mathbf{\text{+1/2).}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

No hace falta mirar los elementos: el conjunto propuesto es imposible en cualquier átomo, porque no respeta las relaciones entre los números cuánticos.

$n=3$ es admisible.

$\mathrm{\ell }=0$ también, ya que $\mathrm{\ell }$ puede ir de 0 a $n-1$. Corresponde a un orbital $3s$.

El problema está en el tercero. El número cuántico magnético solo puede tomar los valores enteros entre $-\mathrm{\ell }$ y $+\mathrm{\ell }$:

$\mathrm{\ell }=0\Rightarrow m_{\mathrm{\ell }}=0$

Un orbital $s$ es único y esférico, no hay tres orientaciones entre las que elegir, de modo que $m_{\mathrm{\ell }}=1$ no existe.

Por tanto, ese electrón no puede existir en el arsénico, ni en el calcio, ni en ningún otro átomo.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Nombre}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{formule}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{compuestos:}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathbf{\text{d.1)}}$ Sulfuro de cadmio — $\mathrm{C}\mathrm{d}\mathrm{S}$. El cadmio actúa con $+2$ y el azufre con $-2$, así que se combinan uno a uno.

$\mathbf{\text{d.2)}}$ Dibromuro de trioxígeno — ${\mathrm{O}}_3\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2$. Los prefijos dan directamente los subíndices: tres oxígenos y dos bromos. Como el oxígeno es más electronegativo que el bromo, hoy se prefiere escribirlo $\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2{\mathrm{O}}_3$ y nombrarlo trióxido de dibromo.

$\mathbf{\text{d.3)}}$ Hidróxido de amonio — $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4\mathrm{O}\mathrm{H}$. El catión amonio, $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$, con un solo hidroxilo.

$\mathbf{\text{d.4)}}$ $\mathrm{F}{\mathrm{e}}_2(\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4{)}_3$ — $\mathbf{\text{sulfato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hierro(III)}}$, o sulfato férrico. Tres aniones $\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4^{2-}$ compensan a dos cationes $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$.

$\mathbf{\text{d.5)}}$ ${\mathrm{K}}_2\mathrm{C}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_4$ — $\mathbf{\text{cromato}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{potasio}}$. El anión es el $\mathrm{C}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_4^{2-}$, con el cromo actuando con número de oxidación $+6$.