Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

Dados los elementos (A), que presenta una configuración electrónica $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$, y (B), con un valor de $Z = 35$, justifique:

a) La familia (grupo) y periodo al que pertenecen (A) y (B) respectivamente. (0,5 puntos)

b) El ion más probable para A y B, así como la valencia iónica de cada uno de ellos. (0,5 puntos)

c) Razone cuál de ellos presentará un mayor valor de la energía de ionización ($E_i$). (0,5 puntos)

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

d.1) $\text{ZnSO}_3$

d.2) $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$

d.3) $\text{NH}_4\text{Cl}$

d.4) Difluoruro de oxígeno

d.5) Cloruro de arsénico (V) [pentacloruro de arsénico]

$\textbf{a) La familia (grupo) y periodo al que pertenecen (A) y (B) respectivamente. (0,5 puntos)}$

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

$\mathrm{A}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$

Sumando los superíndices, $Z = 20$: es el calcio. La capa más externa es la cuarta y en ella hay dos electrones en un orbital $s$, así que A pertenece al $\textbf{periodo 4}$ y al $\textbf{grupo 2}$, la familia de los alcalinotérreos.

$\mathrm{B}\ (Z = 35): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$

Es el bromo. La capa de valencia es también la cuarta, con siete electrones entre $4s$ y $4p$: B pertenece al $\textbf{periodo 4}$ y al $\textbf{grupo 17}$, la familia de los halógenos.

$\textbf{b) El ion más probable para A y B, así como la valencia iónica de cada uno de ellos. (0,5 puntos)}$

Cada elemento evoluciona hacia la configuración de gas noble más próxima, ganando o cediendo el menor número posible de electrones.

A tiene dos electrones de valencia y le sale mucho más a cuenta cederlos que captar seis. Al perderlos queda como el argón:

$\mathrm{A} \rightarrow \mathrm{A^{2+}} + 2\,e^- \qquad \mathrm{A^{2+}}: \ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

Su valencia iónica es, por tanto, $\textbf{+2}$.

B tiene siete electrones de valencia y le falta uno solo para el octeto. Al ganarlo queda como el kriptón:

$\mathrm{B} + e^- \rightarrow \mathrm{B^-} \qquad \mathrm{B^-}: \ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6$

Su valencia iónica es $\textbf{--1}$.

$\textbf{c) Razone cuál de ellos presentará un mayor valor de la energía de ionización (Ei). (0,5 puntos)}$

La energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo a un átomo neutro en estado gaseoso. Los dos elementos están en el mismo periodo, así que decide su posición dentro de él.

Al avanzar hacia la derecha aumenta la carga nuclear mientras los electrones se añaden a la misma capa y se apantallan mal entre sí: la carga nuclear efectiva crece, el radio disminuye y cuesta más arrancar un electrón.

B está en el grupo 17 y A en el grupo 2, mucho más a la izquierda, luego:

$E_i(\mathrm{A}) < E_i(\mathrm{B})$

La energía de ionización mayor es la de $\textbf{B}$, el bromo. Encaja además con el apartado anterior: A tiende a ceder electrones y B a captarlos, de modo que a A le resulta fácil ionizarse y a B, muy costoso.

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

$\textbf{d.1)}$ $\mathrm{ZnSO_3}$ — $\textbf{sulfito de zinc}$. El anión $\mathrm{SO_3^{2-}}$ lleva el azufre con número de oxidación $+4$.

$\textbf{d.2)}$ $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$ — $\textbf{dicromato de potasio}$, o heptaoxidodicromato de potasio. El cromo actúa con $+6$.

$\textbf{d.3)}$ $\mathrm{NH_4Cl}$ — $\textbf{cloruro de amonio}$. Catión amonio y anión cloruro, ambos monovalentes.

$\textbf{d.4)}$ Difluoruro de oxígeno — $\mathrm{OF_2}$. Es uno de los pocos compuestos en los que el oxígeno actúa con número de oxidación positivo, $+2$, por ser el flúor más electronegativo que él.

$\textbf{d.5)}$ Cloruro de arsénico (V) [pentacloruro de arsénico] — $\mathrm{AsCl_5}$. El arsénico actúa con su valencia superior, $+5$.