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]

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

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.

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

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

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

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

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 $d$ $\textbf{semillena}$, que es una situación especialmente estable por la energía de intercambio entre los cinco electrones de espín paralelo.

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

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 $\mathrm{-OH}$, así que da igual de qué lado se elimine el hidrógeno; el producto es el $\textbf{propeno}$ (y agua).

$\mathrm{CH_3-CH(OH)-CH_3} \xrightarrow{\ \mathrm{H_2SO_4},\ \text{calor}\ } \mathrm{CH_3-CH{=}CH_2} + \mathrm{H_2O}$

$\textbf{b.2) Escriba la fórmula estructural desarrollada de dicho compuesto. [0,25 puntos]}$



$\textbf{b.3) ¿Qué tipo de reacción ha tenido lugar? [0,25 puntos]}$

Se trata de una reacción de $\textbf{eliminación}$, 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.