Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

a) Escriba la configuración electrónica de los siguientes iones: ${\text{H}}^{-}$, ${\text{Ca}}^{2+}$, ${\text{Mg}}^{2+}$, ${\text{F}}^{-}$, ${\text{Li}}^{+}$, ${\text{S}}^{2-}$, y agrupe aquellos que sean isoelectrónicos. (1 punto)

b) Explique por qué los puntos de ebullición del HF (293 K) y del HCl (188 K) son tan diferentes. (0,5 puntos)

c) Considere los elementos químicos C y Si e indique razonadamente cuál de ellos tendrá un mayor radio atómico y cuál tendrá una mayor energía de ionización. (0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{iones:}}\mathbf{\text{H⁻,}}\mathbf{\text{Ca²⁺,}}\mathbf{\text{Mg²⁺,}}\mathbf{\text{F⁻,}}\mathbf{\text{Li⁺,}}\mathbf{\text{S²⁻,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{agrupe}}\mathbf{\text{aquellos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{sean}}\mathbf{\text{isoelectr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicos.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Cada ion se obtiene partiendo del átomo neutro y quitando o añadiendo tantos electrones como indica su carga:

$\mathrm{H}(Z=1):1s^1\Rightarrow {\mathrm{H}}^{-}:1s^2$

$\mathrm{C}\mathrm{a}(Z=20):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^2\Rightarrow \mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$

$\mathrm{M}\mathrm{g}(Z=12):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^2\Rightarrow \mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}:1s^{2}2s^{2}2p^6$

$\mathrm{F}(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5\Rightarrow {\mathrm{F}}^{-}:1s^{2}2s^{2}2p^6$

$\mathrm{L}\mathrm{i}(Z=3):1s^{2}2s^1\Rightarrow \mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}:1s^2$

$\mathrm{S}(Z=16):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^4\Rightarrow {\mathrm{S}}^{2-}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$

Son isoelectrónicas las especies que acaban con el mismo número de electrones y la misma configuración, y salen tres parejas:

${\mathrm{H}}^{-}$ y $\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}$, con 2 electrones, como el helio.

$\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ y ${\mathrm{F}}^{-}$, con 10 electrones, como el neón.

$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ y ${\mathrm{S}}^{2-}$, con 18 electrones, como el argón.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{puntos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ebullici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{HF}}\mathbf{\text{(293}}\mathbf{\text{K)}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{HCl}}\mathbf{\text{(188}}\mathbf{\text{K)}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{tan}}\mathbf{\text{diferentes.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El punto de ebullición mide la energía que hay que aportar para separar las moléculas, de modo que depende de las fuerzas intermoleculares, no de la fuerza del enlace interno.

Las dos sustancias son polares y presentan fuerzas de Van der Waals de tipo dipolo-dipolo. Pero en el HF el hidrógeno está unido a flúor, el átomo más electronegativo y de radio muy pequeño, y eso permite que se establezcan enlaces de hidrógeno entre moléculas vecinas, mucho más intensos que un dipolo-dipolo ordinario.

El cloro es bastante menos electronegativo y bastante más voluminoso, así que el HCl no forma enlaces de hidrógeno. Por eso sus moléculas se separan con mucha menos energía y hierve más de cien grados por debajo del HF.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Considere}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{micos}}\mathbf{\text{C}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Ambos pertenecen al grupo 14, y lo que los distingue es el periodo: el carbono está en el segundo y el silicio en el tercero.

El radio atómico aumenta al bajar en un grupo, porque se añade una capa electrónica más y los electrones externos quedan más lejos del núcleo. El silicio tiene, por tanto, mayor radio atómico.

La energía de ionización sigue la tendencia inversa, ya que arrancar un electrón cuesta más cuanto más cerca del núcleo y menos apantallado esté. El carbono, más pequeño y más arriba en el grupo, tiene mayor energía de ionización.