Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2024

a) Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos $\text{F}$ y $\text{Ca}\ (Z = 20)$ en su estado fundamental. [1,00 punto]

b) Responda, razonadamente, si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos: [1,00 punto]

b.1) El $\text{F}$ y el $\text{Ca}$ pueden formar un compuesto iónico. [0,25 puntos]

b.2) El $\text{F}$ y el $\text{Ca}$ pueden formar un compuesto covalente. [0,25 puntos]

b.3) La estequiometría del compuesto es $\text{CaF}$. [0,25 puntos]

b.4) La estequiometría del compuesto es $\text{CaF}_2$. [0,25 puntos]

$\textbf{a) Escriba las configuraciones electrónicas de los elementos F y Ca (Z = 20) en su estado fundamental. [1,00 punto]}$

Se llenan los orbitales por orden creciente de energía, con dos electrones como máximo en cada uno:

$\mathrm{F}\ (Z = 9): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^5$

$\mathrm{Ca}\ (Z = 20): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$

El flúor pertenece al grupo 17 (siete electrones de valencia) y el calcio al grupo 2 (dos electrones de valencia, en la $4s$). Esa diferencia es la que gobierna todo lo que se pregunta después.

$\textbf{b.1) El F y el Ca pueden formar un compuesto iónico. [0,25 puntos]}$

$\textbf{Verdadero}$. El calcio es un metal alcalinotérreo que pierde con facilidad sus dos electrones $4s$ y el flúor es el elemento más electronegativo de la tabla, al que le falta un solo electrón para el octeto. La diferencia de electronegatividad es muy grande, de modo que no hay reparto de electrones sino transferencia:

$\mathrm{Ca} \rightarrow \mathrm{Ca^{2+}} + 2\,e^- \qquad \mathrm{F} + e^- \rightarrow \mathrm{F^-}$

Los dos iones adquieren configuración de gas noble (argón y neón, respectivamente) y forman una red iónica.

$\textbf{b.2) El F y el Ca pueden formar un compuesto covalente. [0,25 puntos]}$

$\textbf{Falso}$. El enlace covalente se da entre átomos de electronegatividad parecida, típicamente entre no metales, que comparten los pares de electrones. Aquí uno de los dos es un metal muy poco electronegativo y el otro el no metal más electronegativo: la enorme diferencia entre ambos hace que el par no se comparta, sino que se desplace por completo hacia el flúor. El compuesto que forman es iónico, no covalente.

$\textbf{b.3) La estequiometría del compuesto es CaF. [0,25 puntos]}$

$\textbf{Falso}$. La fórmula de un compuesto iónico la fija la condición de electroneutralidad: la suma de las cargas ha de ser cero. Con $\mathrm{Ca^{2+}}$ y $\mathrm{F^-}$, un solo fluoruro dejaría una carga neta positiva, así que la relación 1:1 es imposible.

$\textbf{b.4) La estequiometría del compuesto es CaF₂. [0,25 puntos]}$

$\textbf{Verdadero}$. Hacen falta dos aniones fluoruro por cada catión calcio para que las cargas se compensen:

$(+2) + 2 \cdot (-1) = 0 \quad \Rightarrow \quad \mathrm{CaF_2}$

Es el fluoruro de calcio, el mineral fluorita. Visto del otro lado, el calcio tiene dos electrones que ceder y cada flúor solo puede aceptar uno: se necesitan dos flúores para colocarlos.