Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2025

En la tabla que se encuentra a continuación se indican desordenadamente valores arbitrarios de carga nuclear efectiva y valores reales de radio atómico para elementos del segundo periodo.

i) Asigne, razonadamente, dichos valores a cada uno de estos elementos. [1,0 punto]

ii) Defina afinidad electrónica y ordene razonadamente estos elementos en orden creciente de afinidad electrónica de acuerdo a la tendencia general esperable. [0,50 puntos]

Utilizando además de los elementos que aparecen en la tabla el hidrógeno (Z, 1), indique, justificando su estructura y la hibridación de su átomo central:

iii) Un compuesto covalente que no presente momento dipolar. [0,50 puntos]

iv) Un compuesto que tenga átomo(s) central(es) con hibridación $sp$. [0,50 puntos]

Z	3	4	5	6	7	8	9	10 $Z_{ef}$	80	48	32	75	100	60	90	20 Radio (pm)	91	73	70	72	152	98	112	92

$\textbf{i) Asigne, razonadamente, dichos valores a cada uno de estos elementos. [1,0 punto]}$

Los ocho elementos del segundo periodo, por orden de número atómico, son el litio, el berilio, el boro, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el flúor y el neón. A lo largo de un periodo se añaden protones al núcleo mientras los electrones entran en la misma capa, que apantalla mal, de modo que la carga nuclear efectiva $\textbf{crece}$ de izquierda a derecha y el radio atómico $\textbf{disminuye}$.

Basta, entonces, ordenar cada lista: la de cargas efectivas de menor a mayor y la de radios de mayor a menor.

Elemento	Li	Be	B	C	N	O	F	Ne $Z$	3	4	5	6	7	8	9	10 $Z_{ef}$	20	32	48	60	75	80	90	100 Radio (pm)	152	112	98	92	91	73	72	70

El litio, con la menor carga efectiva, es el más voluminoso, y el neón, con la mayor, el más pequeño. Las dos tendencias son la misma cosa vista de dos maneras: cuanto más fuerte tira el núcleo de los electrones de valencia, más contraída queda la nube electrónica.

$\textbf{ii) Defina afinidad electrónica y ordene razonadamente estos elementos en orden creciente de afinidad electrónica de acuerdo a la tendencia general esperable. [0,50 puntos]}$

La afinidad electrónica es la energía que se intercambia cuando un átomo neutro, en estado gaseoso y fundamental, capta un electrón y se convierte en un anión mononegativo:

$\mathrm{X}(g) + e^- \rightarrow \mathrm{X^-}(g) + \mathrm{AE}$

Cuanto mayor es la carga nuclear efectiva y menor el radio, con más fuerza atrae el átomo a ese electrón adicional y mayor es la energía desprendida. La tendencia general es, por tanto, la misma que la de la carga efectiva: crece hacia la derecha del periodo.

$\mathrm{Li} < \mathrm{Be} < \mathrm{B} < \mathrm{C} < \mathrm{N} < \mathrm{O} < \mathrm{F}$

El neón queda fuera de la serie: tiene la capa de valencia completa y no gana electrones, así que su afinidad electrónica es prácticamente nula. El flúor, al que solo le falta un electrón para el octeto, es el que más energía desprende de los siete.

$\textbf{iii) Un compuesto covalente que no presente momento dipolar. [0,50 puntos]}$

Sirve el metano, $\mathrm{CH_4}$. El carbono tiene cuatro electrones de valencia y forma cuatro enlaces simples sin que le quede ningún par libre: cuatro zonas de electrones alrededor del átomo central, hibridación $sp^3$ y geometría $\textbf{tetraédrica}$, con ángulos de 109,5°.

Cada enlace C–H es ligeramente polar, pero la simetría perfecta del tetraedro hace que los cuatro momentos dipolares se cancelen y la molécula resulte apolar.

$\textbf{iv) Un compuesto que tenga átomo(s) central(es) con hibridación sp. [0,50 puntos]}$

Sirve el dióxido de carbono, $\mathrm{CO_2}$. El carbono central se une a los dos oxígenos por sendos dobles enlaces y no le queda ningún par no enlazante: solo hay $\textbf{dos}$ zonas de electrones a su alrededor, que se separan lo máximo posible colocándose a 180°.

$\mathrm{O{=}C{=}O}$

Esas dos zonas exigen dos orbitales híbridos, uno de tipo $s$ y otro $p$: la hibridación es $sp$ y la geometría, $\textbf{lineal}$. Los dos enlaces son polares, pero al ser opuestos y de igual módulo también se anulan, así que este compuesto valdría igualmente como respuesta del apartado anterior.