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)

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

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

Disolverlo exige, por tanto, vencer esas $\textbf{fuerzas iónicas}$, cuya medida es la energía reticular. Además hay que romper parte de los $\textbf{enlaces de hidrógeno}$ entre las moléculas de agua para hacer sitio a los iones.

La energía necesaria la aporta la $\textbf{hidratación}$: 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.

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

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.

$\mathrm{EI_1(K)} < \mathrm{EI_1(Na)} < \mathrm{EI_1(Al)} < \mathrm{EI_1(B)} < \mathrm{EI_1(C)}$

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

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 $\textbf{enlaces de hidrógeno}$ entre sus moléculas, mucho más intensos que las fuerzas dipolo-dipolo que unen a las de HCl.

El $\textbf{HF}$ 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.