Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

Considere los elementos A, B, C y D, cuyos números atómicos (Z) son 16, 17, 18 y 19, respectivamente. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones:

a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos, e indique a qué grupo y período de la Tabla Periódica pertenecen. [1 punto]

b) Ordene los elementos por orden creciente, de menor a mayor, de la primera energía de ionización. [0,5 puntos]

c) Escriba una posible combinación de números cuánticos ($n$, $l$, $m$, $s$) para el electrón diferenciador del elemento con número atómico 19. [0,5 puntos]

d) Deduzca la fórmula molecular del compuesto que se formaría entre los elementos A y D, e indique el tipo de enlace que les une. [1 punto]

$\textbf{a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos, e indique a qué grupo y período de la Tabla Periódica pertenecen. [1 punto]}$

Se llenan los orbitales por orden creciente de energía, según el principio de construcción. El periodo lo da el mayor valor de $n$ ocupado y el grupo, los electrones de valencia.

$\mathrm{A}\ (Z = 16): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4$ — $\textbf{azufre}$, periodo 3, grupo 16.

$\mathrm{B}\ (Z = 17): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$ — $\textbf{cloro}$, periodo 3, grupo 17.

$\mathrm{C}\ (Z = 18): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$ — $\textbf{argón}$, periodo 3, grupo 18.

$\mathrm{D}\ (Z = 19): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1$ — $\textbf{potasio}$, periodo 4, grupo 1.

$\textbf{b) Ordene los elementos por orden creciente, de menor a mayor, de la primera energía de ionización. [0,5 puntos]}$

La energía de ionización crece hacia la derecha en un periodo, porque aumenta la carga nuclear efectiva, y disminuye hacia abajo en un grupo, porque el electrón externo queda más lejos y más apantallado.

El potasio es, con diferencia, el más fácil de ionizar: su electrón $4s^1$ está en una capa nueva, muy apantallado, y al perderlo el átomo queda con configuración de gas noble.

Los otros tres están en el periodo 3 y se ordenan de izquierda a derecha. El argón es el que más cuesta ionizar: su capa está completa y arrancarle un electrón supone romper esa configuración especialmente estable.

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

$\textbf{c) Escriba una posible combinación de números cuánticos (n, l, m, s) para el electrón diferenciador del elemento con número atómico 19. [0,5 puntos]}$

El electrón diferenciador del potasio es el $4s^1$, el último que se coloca. El nivel es el 4 y el orbital, de tipo $s$, lo que fija $l = 0$; y con $l = 0$ el único valor posible de $m$ es 0.

$(4,\,0,\,0,\,+1/2)$

El signo del espín es convencional: valdría igual $-1/2$, porque el orbital está a medio llenar.

$\textbf{d) Deduzca la fórmula molecular del compuesto que se formaría entre los elementos A y D, e indique el tipo de enlace que les une. [1 punto]}$

El potasio es un metal alcalino y cede su único electrón de valencia; el azufre es un no metal que necesita dos para completar el octeto:

$\mathrm{K} \rightarrow \mathrm{K^+} + e^- \qquad \mathrm{S} + 2\,e^- \rightarrow \mathrm{S^{2-}}$

Para que el compuesto sea eléctricamente neutro hacen falta dos potasios por cada azufre:

$\mathrm{K_2S}$ — sulfuro de potasio.

El enlace es $\textbf{iónico}$: metal con no metal y una diferencia de electronegatividad muy grande, así que hay transferencia de electrones. En rigor, hablar de fórmula «molecular» es impropio aquí, porque un compuesto iónico no forma moléculas sino una red cristalina tridimensional; $\mathrm{K_2S}$ es su fórmula empírica, la proporción con que se repiten los iones en la red.