Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2022

Las especies $\text{A}^-$ y $\text{B}^{2+}$ tienen la misma configuración electrónica: $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$.

a) ¿Se podrá afirmar que $\text{A}^-$ y $\text{B}^{2+}$ tienen igual número de protones? Justifique su respuesta. (0,5 puntos)

b) Razone, en base a sus configuraciones electrónicas, el grupo y periodo al que pertenecen A y B. (0,5 puntos)

c) Justifique cuál de ellos tendrá una mayor electroafinidad (afinidad electrónica). (0,5 puntos)

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

d.1) $\text{H}_3\text{PO}_4$

d.2) $\text{Fe}_2\text{O}_3$

d.3) $\text{Co(OH)}_3$

d.4) Ácido nitroso [hidrogeno(dioxidonitrato)]

d.5) Sulfato de sodio [tetraoxidosulfato de disodio]

$\textbf{a) ¿Se podrá afirmar que A⁻ y B²⁺ tienen igual número de protones? Justifique su respuesta. (0,5 puntos)}$

No. Lo que la configuración electrónica indica es el número de $\textbf{electrones}$, y ese sí es el mismo en las dos especies: sumando los superíndices resultan 18 electrones. Se dice que son especies isoelectrónicas.

Ahora bien, cada una llega a esos 18 electrones desde una carga distinta:

$\mathrm{A^-}$ es un anión: ha ganado un electrón respecto del átomo neutro, luego este tenía 17, y por tanto A tiene $\textbf{17 protones}$. Es el cloro.

$\mathrm{B^{2+}}$ es un catión: ha perdido dos electrones, luego el átomo neutro tenía 20, y B tiene $\textbf{20 protones}$. Es el calcio.

La consecuencia física de esa diferencia es que, con la misma nube de 18 electrones, el núcleo de $\mathrm{B^{2+}}$ la atrae con mucha más fuerza, de modo que el catión calcio es bastante más pequeño que el anión cloruro.

$\textbf{b) Razone, en base a sus configuraciones electrónicas, el grupo y periodo al que pertenecen A y B. (0,5 puntos)}$

Se escriben las configuraciones de los átomos neutros a partir del número de protones deducido en el apartado anterior.

$\mathrm{A}\ (Z = 17): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$

La capa más externa ocupada es la tercera y en ella hay siete electrones, así que A pertenece al $\textbf{periodo 3}$ y al $\textbf{grupo 17}$, la familia de los halógenos.

$\mathrm{B}\ (Z = 20): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$

La capa más externa es la cuarta y contiene dos electrones en un orbital $s$, luego B pertenece al $\textbf{periodo 4}$ y al $\textbf{grupo 2}$, la familia de los alcalinotérreos.

$\textbf{c) Justifique cuál de ellos tendrá una mayor electroafinidad (afinidad electrónica). (0,5 puntos)}$

La afinidad electrónica es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro en estado gaseoso capta un electrón. Es tanto mayor cuanto más estable resulte el anión formado.

A A le falta un solo electrón para completar el octeto, así que al captarlo adquiere configuración de gas noble y se libera mucha energía:

$\mathrm{A}(g) + e^- \rightarrow \mathrm{A^-}(g)$

B, en cambio, tiene la capa $4s$ llena y para él lo favorable es justamente lo contrario, perder esos dos electrones. Añadirle uno obligaría a empezar a ocupar los orbitales $4p$, un proceso nada favorable: su afinidad electrónica es prácticamente nula, incluso positiva.

Por tanto, la mayor electroafinidad es la de $\textbf{A}$, el cloro. La tendencia general lo confirma: la afinidad electrónica crece hacia la derecha del periodo, y los halógenos son el grupo de valores más altos de toda la tabla.

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

$\textbf{d.1)}$ $\mathrm{H_3PO_4}$ — $\textbf{ácido fosfórico}$. El fósforo actúa con $+5$; es un ácido triprótico.

$\textbf{d.2)}$ $\mathrm{Fe_2O_3}$ — $\textbf{óxido de hierro(III)}$, o trióxido de dihierro. Es el óxido férrico, componente principal de la herrumbre.

$\textbf{d.3)}$ $\mathrm{Co(OH)_3}$ — $\textbf{hidróxido de cobalto(III)}$. Tres hidroxilos exigen que el cobalto actúe con $+3$.

$\textbf{d.4)}$ Ácido nitroso [hidrogeno(dioxidonitrato)] — $\mathrm{HNO_2}$. La terminación -oso corresponde al nitrógeno actuando con $+3$, frente al $+5$ del ácido nítrico.

$\textbf{d.5)}$ Sulfato de sodio [tetraoxidosulfato de disodio] — $\mathrm{Na_2SO_4}$. Dos cationes sodio compensan un anión sulfato.