Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

Teniendo en cuenta los elementos A, B y C, con sus correspondientes números atómicos, $\text{A }(Z=9)$, $\text{B }(Z=11)$ y $\text{C }(Z=17)$, conteste razonadamente:

a) Cuáles pertenecen al mismo periodo y cuáles pertenecen al mismo grupo, indicando la identidad de los elementos a los que corresponden. [1 punto]

b) Cuál de los dos elementos B o C tiene el primer potencial de ionización mayor y cuál tiene un radio atómico mayor. [1 punto]

c) Deduzca la fórmula del compuesto que se formaría entre los elementos B y C indicando el tipo de enlace. [0,5 puntos]

d) Escriba la combinación de números cuánticos para el último electrón del elemento B. [0,5 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{pertenecen}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{pertenecen}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{grupo,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{identidad}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{corresponden.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Se escriben las configuraciones electrónicas, porque de ellas se leen directamente el periodo y el grupo:

$\mathrm{A}(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5$ — es el $\mathbf{\text{fl}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{or}}$.

$\mathrm{B}(Z=11):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^1$ — es el $\mathbf{\text{sodio}}$.

$\mathrm{C}(Z=17):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^5$ — es el $\mathbf{\text{cloro}}$.

El periodo lo da el mayor valor de $n$ que aparece, y el grupo, los electrones de la capa de valencia. Así:

$\mathbf{\text{Mismo}}\mathbf{\text{periodo}}$: B y C, los dos con la capa 3 como última, luego los dos del periodo 3. El flúor está en el periodo 2.

$\mathbf{\text{Mismo}}\mathbf{\text{grupo}}$: A y C, los dos con configuración de valencia $n{s}^{2}n{p}^5$, es decir, siete electrones de valencia. Pertenecen al grupo 17, el de los halógenos. El sodio, con un solo electrón de valencia, está en el grupo 1.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{C}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{primer}}\mathbf{\text{potencial}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{mayor.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Los dos están en el periodo 3, así que basta con la variación a lo largo de un periodo. Al avanzar hacia la derecha aumenta la carga nuclear mientras los electrones siguen entrando en la misma capa, de modo que el apantallamiento apenas cambia y la carga nuclear efectiva crece: el núcleo tira más de los electrones externos.

Por tanto, el $\mathbf{\text{cloro}}\mathbf{\text{(C)}}$ tiene mayor energía de ionización: cuesta más arrancarle un electrón. Además el sodio, al perder su único electrón $3s^1$, adquiere configuración de gas noble, lo que lo hace especialmente fácil de ionizar.

Y por la misma razón, el $\mathbf{\text{sodio}}\mathbf{\text{(B)}}$ tiene mayor radio atómico: sus electrones externos están menos atraídos y la nube se extiende más.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Deduzca}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{formar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El sodio cede su electrón de valencia y el cloro lo capta, con lo que ambos alcanzan la configuración de gas noble:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+e^{-}\mathrm{C}\mathrm{l}+e^{-}\to \mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$

Como las cargas son $+1$ y $-1$, se combinan en relación 1 a 1:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}$ — cloruro de sodio.

El enlace es $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$: se une un metal con un no metal y la diferencia de electronegatividad es muy grande, así que hay transferencia de electrones y no compartición.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{combinaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nticos}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{ltimo}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{B.}}\mathbf{\text{[0,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El último electrón del sodio es el $3s^1$. El nivel es el 3 y el orbital es de tipo $s$, lo que fija los dos primeros números; al ser $l=0$, el tercero solo puede valer 0.

$n=3l=0m_l=0m_s=+\frac{1}{2}$

$(3,0,0,+1\mathrm{/}2)$

El signo del espín es convencional: valdría igual $-1\mathrm{/}2$, ya que el orbital está a medio llenar y no hay nada que obligue a uno u otro.