Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2024

Responda razonadamente las siguientes cuestiones:

a) ¿Qué tipo de fuerzas se deben romper para disolver $\text{CaS}(s)$ en agua? (Hasta 0,5 puntos)

b) Ordene de menor a mayor la primera energía de ionización de los átomos: $\text{Al}$, $\text{B}$, $\text{C}$, $\text{K}$ y $\text{Na}$. (Hasta 1,0 puntos)

c) ¿Qué compuesto presentará un punto de ebullición más alto, el $\text{HF}$ o el $\text{HCl}$? (Hasta 0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{deben}}\mathbf{\text{romper}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{disolver}}\mathbf{\text{CaS(s)}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua?}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El sulfuro de calcio es un compuesto iónico: en su estado sólido forma una red cristalina en la que los cationes $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ y los aniones ${\mathrm{S}}^{2-}$ se mantienen unidos por atracciones electrostáticas.

Disolverlo exige, por tanto, vencer esas $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas}}$, cuya medida es la energía reticular. Además hay que romper parte de los $\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}$ entre las moléculas de agua para hacer sitio a los iones.

La energía necesaria la aporta la $\mathbf{\text{hidrataci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$: las moléculas de agua, que son polares, rodean cada ion orientando hacia él el polo de signo contrario, y esas interacciones ion-dipolo liberan energía.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Ordene}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{primera}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos:}}\mathbf{\text{Al,}}\mathbf{\text{B,}}\mathbf{\text{C,}}\mathbf{\text{K}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Na.}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{1,0}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La primera energía de ionización crece hacia la derecha de un periodo, porque aumenta la carga nuclear efectiva, y hacia arriba de un grupo, porque el electrón está menos apantallado y más cerca del núcleo.

Situando los cinco elementos: el potasio es un alcalino del periodo 4 y el sodio, del 3; el aluminio está en el periodo 3, grupo 13; el boro y el carbono, en el periodo 2, grupos 13 y 14.

El potasio es el más fácil de ionizar, por ser el alcalino de periodo mayor. Le sigue el sodio, alcalino pero de un periodo más arriba. El aluminio está más a la derecha que el sodio, en su mismo periodo. El boro comparte grupo con el aluminio pero pertenece al periodo 2. Y el carbono es el más difícil, por estar aún más a la derecha que el boro.

$\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{K})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{N}\mathrm{a})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{A}\mathrm{l})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{B})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{C})$

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{presentar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ebullici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{alto,}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{HF}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{HCl?}}\mathbf{\text{(Hasta}}\mathbf{\text{0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Por masa molecular cabría esperar lo contrario, ya que el HCl es más pesado; pero lo que decide es el tipo de fuerza intermolecular.

El flúor es el elemento más electronegativo y muy pequeño, de modo que el HF forma $\mathbf{\text{enlaces}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}$ entre sus moléculas, mucho más intensos que las fuerzas dipolo-dipolo que unen a las de HCl.

El $\mathbf{\text{HF}}$ tiene, por tanto, el punto de ebullición más alto: hierve en torno a 20 °C, mientras que el HCl es un gas a temperatura ambiente. Es la misma anomalía que hace que el agua hierva a 100 °C frente al sulfuro de hidrógeno.