Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2024

a) Escriba las configuraciones electrónicas de los átomos de flúor, magnesio, fósforo y cromo ($Z=24$) en su estado fundamental. [1,25 puntos]

b) [0,75 puntos]

b.1) ¿Qué nombre recibe el compuesto que se forma al hacer reaccionar propan-2-ol con ácido sulfúrico (${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$) concentrado a alta temperatura? [0,25 puntos]

b.2) Escriba la fórmula estructural desarrollada de dicho compuesto. [0,25 puntos]

b.3) ¿Qué tipo de reacción ha tenido lugar? [0,25 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{configuraciones}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fl}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{or,}}\mathbf{\text{magnesio,}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{sforo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cromo}}\mathbf{\text{(Z}}\mathbf{\text{=}}\mathbf{\text{24)}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental.}}\mathbf{\text{[1,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Los orbitales se van llenando por orden creciente de energía (regla de Madelung, o diagrama de Moeller), respetando el principio de exclusión de Pauli y la regla de máxima multiplicidad de Hund.

$\mathrm{F}(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5$ — le falta un electrón para el octeto, de ahí su tendencia a formar ${\mathrm{F}}^{-}$.

$\mathrm{M}\mathrm{g}(Z=12):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^2$ — dos electrones de valencia en la $3s$, que pierde con facilidad.

$\mathrm{P}(Z=15):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^3$ — los tres electrones $3p$ ocupan orbitales distintos con espines paralelos, por la regla de Hund.

$\mathrm{C}\mathrm{r}(Z=24):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{1}3d^5$

El cromo es una de las anomalías del bloque $d$: el orden de llenado predeciría $4s^{2}3d^4$, pero la configuración real promueve un electrón de la $4s$ a la $3d$ para dejar la subcapa $d$ $\mathbf{\text{semillena}}$, que es una situación especialmente estable por la energía de intercambio entre los cinco electrones de espín paralelo.

$\mathbf{\text{b.1)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{recibe}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{hacer}}\mathbf{\text{reaccionar}}\mathbf{\text{propan-2-ol}}\mathbf{\text{con}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cido}}\mathbf{\text{sulf}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{rico}}\mathbf{\text{concentrado}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{alta}}\mathbf{\text{temperatura?}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El ácido sulfúrico concentrado y en caliente deshidrata los alcoholes: se pierde el hidroxilo junto con un hidrógeno del carbono contiguo y aparece un doble enlace. El propan-2-ol es simétrico respecto del carbono que lleva el $-\mathrm{O}\mathrm{H}$, así que da igual de qué lado se elimine el hidrógeno; el producto es el $\mathbf{\text{propeno}}$ (y agua).

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{O}\mathrm{H})-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4,\text{ calor }}{\to }\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

$\mathbf{\text{b.2)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{estructural}}\mathbf{\text{desarrollada}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{dicho}}\mathbf{\text{compuesto.}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$



$\mathbf{\text{b.3)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{ha}}\mathbf{\text{tenido}}\mathbf{\text{lugar?}}\mathbf{\text{[0,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Se trata de una reacción de $\mathbf{\text{eliminaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, concretamente una deshidratación de alcohol, en la que el ácido sulfúrico actúa como catalizador y no se consume. Es el proceso inverso de la hidratación de un alqueno, que es una adición.