Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2025

i) Para un átomo del cuarto periodo y del grupo 17 se afirmó que su configuración electrónica es $[\text{Ar}]\,4s^{2}\,3d^{10}\,4p^{3}$ y que un conjunto de números cuánticos para el electrón diferenciador sería $(4, 1, 0, +1/2)$. Justifique si alguna de estas afirmaciones es errónea. [0,50 puntos]

ii) Justifique si este elemento presentará electrones desapareados. [0,50 puntos]

iii) Razone si el anión mononegativo de este elemento tendrá mayor o menor tamaño que el átomo neutro. [0,50 puntos]

iv) Razone si este elemento formará enlace iónico o covalente con el átomo de C (Z, 6). [0,50 puntos]

v) Indique si la molécula resultante de combinar este elemento con un átomo de hidrógeno formará o no enlaces de hidrógeno. [0,50 puntos]

$\textbf{i) Justifique si alguna de estas afirmaciones es errónea. [0,50 puntos]}$

Lo primero es identificar el elemento, que el enunciado sitúa en el cuarto periodo y el grupo 17: es el bromo, $Z = 35$. Su configuración electrónica en el estado fundamental es:

$\mathrm{Br}\ (Z = 35): \quad [\mathrm{Ar}]\ 4s^2\,3d^{10}\,4p^5$

Las dos afirmaciones son erróneas. La configuración propuesta, $[\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^3$, solo suma 33 electrones y corresponde al arsénico, del grupo 15, no a un halógeno: a un elemento del grupo 17 le tienen que quedar siete electrones de valencia, $4s^2\,4p^5$.

Y el conjunto de números cuánticos tampoco vale. El electrón diferenciador entra en el subnivel $4p$, luego $n = 4$ y $l = 1$; pero con cinco electrones en tres orbitales, los tres primeros se colocan desapareados y el cuarto y el quinto aparean, así que el último lleva espín contrario:

$(n, l, m, s) = \left(4,\ 1,\ 0,\ -\tfrac{1}{2}\right)$

$\textbf{ii) Justifique si este elemento presentará electrones desapareados. [0,50 puntos]}$

Sí, exactamente uno. En el subnivel $4p^5$ hay tres orbitales y cinco electrones: dos orbitales quedan completos con sus pares y en el tercero queda un electrón solo. Es precisamente ese electrón desapareado el que explica que los halógenos ganen un electrón con tanta facilidad y completen el octeto.

$\textbf{iii) Razone si el anión mononegativo de este elemento tendrá mayor o menor tamaño que el átomo neutro. [0,50 puntos]}$

El anión $\mathrm{Br^-}$ es $\textbf{mayor}$ que el átomo neutro. La carga del núcleo no cambia, sigue habiendo 35 protones, pero ahora hay 36 electrones repartiéndosela: la carga nuclear efectiva que soporta cada uno disminuye y aumentan las repulsiones entre ellos, de modo que la nube electrónica se expande.

En general, todo anión es mayor que su átomo neutro y todo catión, menor.

$\textbf{iv) Razone si este elemento formará enlace iónico o covalente con el átomo de C (Z, 6). [0,50 puntos]}$

$\mathrm{C}\ (Z = 6): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^2$

Los dos son no metales y sus electronegatividades son parecidas (unos 2,5 el carbono y 2,8 el bromo), así que la diferencia es pequeña y no hay transferencia de electrones: el enlace es $\textbf{covalente}$. El carbono comparte sus cuatro electrones de valencia y el bromo, uno, formando por ejemplo el $\mathrm{CBr_4}$.

$\textbf{v) Indique si la molécula resultante de combinar este elemento con un átomo de hidrógeno formará o no enlaces de hidrógeno. [0,50 puntos]}$

La molécula es el bromuro de hidrógeno, $\mathrm{HBr}$, y $\textbf{no}$ forma enlaces de hidrógeno. El enlace de hidrógeno exige que el hidrógeno esté unido a flúor, oxígeno o nitrógeno: átomos muy electronegativos y, sobre todo, muy pequeños. El bromo es electronegativo, pero su tamaño es grande y la densidad de carga sobre él, baja, así que el hidrógeno no queda lo bastante desprotegido.

El HBr es una molécula polar y sus moléculas se atraen por fuerzas dipolo-dipolo, pero no por puentes de hidrógeno; de ahí que su punto de ebullición sea mucho menor que el del HF.