Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2024

a) [1,25 puntos]

a.1) En la tabla aparecen cuatro posibles espín-orbitales descritos por sus correspondientes números cuánticos.

$$	$n$	$l$	$m_l$	$m_s$ $\mathbf{1}$	$3$	$2$	$2$	$+1\mathrm{/}2$ $\mathbf{2}$	$3$	$1$	$1$	$+1\mathrm{/}2$ $\mathbf{3}$	$2$	$1$	$0$	$+1\mathrm{/}2$ $\mathbf{4}$	$3$	$2$	$0$	$-1\mathrm{/}2$

Indique, razonadamente, cuál de ellos puede corresponderse con un electrón de la capa de valencia del átomo de azufre en su estado fundamental. [0,50 puntos]

a.2) Indique el tipo de enlace químico que existe en las siguientes sustancias: fluoruro de litio ($\text{LiF}$), hierro ($\text{Fe}$) y diamante ($\text{C}$). [0,75 puntos]

b) Escriba la fórmula estructural desarrollada de los siguientes compuestos: 3-bromociclohex-1-eno, 2-metilpentano y but-3-en-1-ol. [0,75 puntos]

$\mathbf{\text{a.1)}}\mathbf{\text{Indique,}}\mathbf{\text{razonadamente,}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{puede}}\mathbf{\text{corresponderse}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{capa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{valencia}}\mathbf{\text{del}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{azufre}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Hay que partir de la configuración electrónica del azufre ($Z=16$) en su estado fundamental:

$\mathrm{S}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^4$

Su capa de valencia es la tercera, y en ella solo están ocupados los orbitales $3s$ ($l=0$) y $3p$ ($l=1$); los $3d$ están vacíos. Con eso se descartan tres de las cuatro opciones:

El espín-orbital $\mathbf{\text{1}}$, $(3,2,2,+1\mathrm{/}2)$, tiene $l=2$: es un $3d$, y en el estado fundamental está vacío.

El espín-orbital $\mathbf{\text{4}}$, $(3,2,0,-1\mathrm{/}2)$, es también un $3d$, y se descarta por lo mismo.

El espín-orbital $\mathbf{\text{3}}$, $(2,1,0,+1\mathrm{/}2)$, describe un electrón real del azufre, pero de la $2p$: pertenece a una capa interna, no a la de valencia.

El espín-orbital $\mathbf{\text{2}}$, $(3,1,1,+1\mathrm{/}2)$, tiene $n=3$ y $l=1$: es un $3p$, con un valor de $m_l$ permitido ($-1,0,+1$) y un espín posible. Es el único que puede corresponder a un electrón de valencia del azufre.

$\mathbf{\text{a.2)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{existe}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{sustancias:}}\mathbf{\text{fluoruro}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{litio}}\mathbf{\text{(LiF),}}\mathbf{\text{hierro}}\mathbf{\text{(Fe)}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{diamante}}\mathbf{\text{(C).}}\mathbf{\text{[0,75}}\mathbf{\text{puntos]}}$

$\mathrm{L}\mathrm{i}\mathrm{F}$: enlace $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$. Une un metal alcalino, que cede con facilidad su único electrón de valencia, con el elemento más electronegativo de la tabla; la diferencia de electronegatividad es enorme y hay transferencia electrónica, no reparto. El sólido es una red de iones $\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}$ y ${\mathrm{F}}^{-}$.

$\mathrm{F}\mathrm{e}$: enlace $\mathbf{\text{met}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{lico}}$. Los átomos ceden sus electrones de valencia a una nube deslocalizada que baña los cationes de la red, lo que explica la conductividad eléctrica y térmica del hierro y su carácter dúctil y maleable.

Diamante: enlace $\mathbf{\text{covalente}}$. Cada carbono se une a otros cuatro mediante enlaces covalentes dirigidos en tetraedro, formando una red covalente que se extiende por todo el cristal. De ahí su dureza extrema y su punto de fusión altísimo.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{estructural}}\mathbf{\text{desarrollada}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{compuestos:}}\mathbf{\text{3-bromociclohex-1-eno,}}\mathbf{\text{2-metilpentano}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{but-3-en-1-ol.}}\mathbf{\text{[0,75}}\mathbf{\text{puntos]}}$

En los tres casos el nombre dice dónde está cada cosa: el $\mathbf{\text{3-bromo}}$ y el $\mathbf{\text{ciclohex-1-eno}}$ fijan un anillo de seis carbonos con el doble enlace entre C1 y C2 y el bromo en C3; el $\mathbf{\text{2-metilpentano}}$ es una cadena de cinco carbonos con un metilo en el segundo; y en el $\mathbf{\text{but-3-en-1-ol}}$ el sufijo $\mathbf{\text{-ol}}$ manda sobre el doble enlace, así que el hidroxilo marca el C1 y la insaturación queda entre C3 y C4.



En forma semidesarrollada, que es la que se maneja con más comodidad:

$\text{3-bromociclohex-1-eno}$ — anillo $\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2$ cerrado sobre sí mismo.

$\text{2-metilpentano}:\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3)-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

$\text{but-3-en-1-ol}:\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$