Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2021

A partir de los átomos $\text{A}\ (Z = 19)$ y $\text{B}\ (Z = 35)$:

a) Escriba sus configuraciones electrónicas, indique el grupo y el periodo al que pertenecen. [0,5 puntos]

b) ¿El radio del ion más estable de A es inferior al del ion más estable de B? Justifíquelo. [1 punto]

c) ¿Qué se entiende por primera energía de ionización de un átomo? ¿Cuál de los átomos A y B tendría mayor energía de ionización? [1 punto]

d) Formule el compuesto binario que podrían formar A y B razonando el tipo de enlace que se generaría. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Escriba sus configuraciones electrónicas, indique el grupo y el periodo al que pertenecen. [0,5 puntos]}$

$\mathrm{A}\ (Z = 19): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1$ — es el $\textbf{potasio}$, del periodo 4 y del grupo 1 (alcalinos).

$\mathrm{B}\ (Z = 35): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$ — es el $\textbf{bromo}$, del periodo 4 y del grupo 17 (halógenos).

En el bromo hay que acordarse de intercalar los diez electrones $3d$: se llenan después del $4s$ y antes del $4p$, aunque su número cuántico principal sea menor.

$\textbf{b) ¿El radio del ion más estable de A es inferior al del ion más estable de B? Justifíquelo. [1 punto]}$

$\textbf{Sí, y con mucha diferencia.}$

El potasio cede su electrón $4s^1$ y forma $\mathrm{K^+}$, con la configuración del argón: pierde la capa 4 entera y se queda con tres capas.

$\mathrm{K^+}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

El bromo capta un electrón y forma $\mathrm{Br^-}$, con la configuración del criptón: conserva sus cuatro capas y además gana un electrón.

$\mathrm{Br^-}: \quad [\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6$

Hay, por tanto, dos razones que empujan en la misma dirección. La primera es el número de capas: el catión tiene tres y el anión cuatro. La segunda es el efecto de la carga: al perder un electrón, en el $\mathrm{K^+}$ los que quedan se reparten la misma carga nuclear y son atraídos con más fuerza, de modo que la nube se contrae; al ganarlo, en el $\mathrm{Br^-}$ aumenta la repulsión entre electrones y la nube se expande.

En general, un catión es siempre menor que su átomo neutro y un anión siempre mayor.

$\textbf{c) ¿Qué se entiende por primera energía de ionización de un átomo? ¿Cuál de los átomos A y B tendría mayor energía de ionización? [1 punto]}$

La $\textbf{primera energía de ionización}$ es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo a un átomo neutro, en estado gaseoso y en su estado fundamental, dando el catión monopositivo:

$\mathrm{X}(g) + \mathrm{EI_1} \rightarrow \mathrm{X^+}(g) + e^-$

Es siempre positiva, porque hay que vencer la atracción del núcleo, y crece hacia la derecha y hacia arriba en la tabla periódica.

El $\textbf{bromo}$ tiene mayor energía de ionización. Los dos están en el periodo 4, pero el bromo está mucho más a la derecha: su carga nuclear es bastante mayor y los electrones entran en la misma capa, de modo que el apantallamiento apenas aumenta y la carga nuclear efectiva es muy superior.

Además, el potasio pierde su único electrón de valencia con enorme facilidad porque al hacerlo alcanza configuración de gas noble, mientras que ionizar el bromo lo aleja de completar su octeto.

$\textbf{d) Formule el compuesto binario que podrían formar A y B razonando el tipo de enlace que se generaría. [0,5 puntos]}$

$\mathrm{KBr}$ — bromuro de potasio.

El potasio cede un electrón y el bromo lo capta, y como las cargas resultantes son $+1$ y $-1$, se combinan en relación 1 a 1. El enlace es $\textbf{iónico}$: un metal muy poco electronegativo con un no metal muy electronegativo, así que hay transferencia de electrones y no compartición.

El resultado no es una molécula de KBr, sino una red cristalina en la que cada ion está rodeado por iones de signo contrario; de ahí que estos compuestos sean sólidos duros, quebradizos, de punto de fusión alto y que conduzcan la electricidad solo fundidos o disueltos.