Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2023

La configuración electrónica en su estado fundamental del elemento X es $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^2$ y la del elemento Y es $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^5$.

i) Indique los números cuánticos que describen el orbital en donde se encuentra el electrón diferenciador del elemento Y, explicando su decisión y represente dicho orbital. [1,0 punto]

ii) Justifique los iones que formarán preferentemente X e Y, así como el tipo de enlace que se establecerá cuando se combinen, indicando la fórmula del compuesto formado. [0,50 puntos]

iii) Justifique qué elemento presentará un mayor radio atómico. [0,50 puntos]

$\mathbf{\text{i)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nticos}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{describen}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{orbital}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{donde}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{encuentra}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{diferenciador}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{Y,}}\mathbf{\text{explicando}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{decisi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{represente}}\mathbf{\text{dicho}}\mathbf{\text{orbital.}}\mathbf{\text{[1,0}}\mathbf{\text{punto]}}$

Contando los electrones de cada configuración se identifican los dos elementos: X tiene 20 y es el calcio; Y tiene 35 y es el bromo.

El electrón diferenciador de Y es el último que se coloca, y entra en el subnivel $4p$. Eso fija ya los dos primeros números cuánticos:

$n=4l=1$

Con $l=1$ hay tres orbitales, $m=-1,0,+1$. Como el subnivel lleva cinco electrones, por la regla de Hund los tres primeros se colocan desapareados y el cuarto y el quinto empiezan a aparearse; el diferenciador es el quinto, así que cae en el segundo orbital ya ocupado y con espín contrario:

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

Un orbital $p$ tiene dos lóbulos iguales a uno y otro lado del núcleo, separados por un plano nodal que pasa por él:



$\mathbf{\text{ii)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{iones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{formar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{preferentemente}}\mathbf{\text{X}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{Y,}}\mathbf{\text{as}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{establecer}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cuando}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{combinen,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{formado.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

X, el calcio, tiene dos electrones de valencia en el $4s$ y le sale a cuenta cederlos para quedar con la configuración del argón: forma $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$.

Y, el bromo, tiene siete electrones de valencia y solo necesita uno para completar el octeto: forma $\mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}$.

Un metal que cede y un no metal muy electronegativo que capta: hay transferencia de electrones y el enlace es $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$. Para que el compuesto sea neutro hacen falta dos bromuros por cada catión:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2$

$\mathbf{\text{iii)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{presentar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Los dos están en el cuarto periodo, de modo que sus electrones de valencia ocupan la misma capa; lo que cambia es la carga del núcleo, que es de 20 protones en el calcio y de 35 en el bromo.

Al avanzar hacia la derecha la carga nuclear efectiva crece y contrae la nube electrónica, así que el radio disminuye. El $\mathbf{\text{calcio}}$, situado a la izquierda del periodo, tiene el radio mayor.