Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2022

Dados los elementos A $(Z = 20)$, B $(Z = 35)$, C $(Z = 23)$ y D $(Z = 39)$ responda a las siguientes cuestiones:

a) Escriba sus configuraciones electrónicas ordenadas. (Hasta 0,4 puntos)

b) Razone cuál será el ion más estable de los elementos A y B. (Hasta 0,4 puntos)

c) Explique el compuesto y tipo de enlace que tendría lugar entre los átomos de los elementos A y B e indique tres propiedades del compuesto. (Hasta 0,5 puntos)

d) Defina energía de ionización. ¿Qué elemento de los dados presenta la mayor energía de ionización? Explíquelo razonadamente. (Hasta 0,7 puntos)

$\textbf{a) Escriba sus configuraciones electrónicas ordenadas. (Hasta 0,4 puntos)}$

Se llenan los orbitales por orden creciente de energía y luego se ordenan por capas.

$\mathrm{A}\ (Z = 20): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$ — el calcio.

$\mathrm{B}\ (Z = 35): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^2\,4p^5$ — el bromo.

$\mathrm{C}\ (Z = 23): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^3\,4s^2$ — el vanadio.

$\mathrm{D}\ (Z = 39): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^2\,4p^6\,4d^1\,5s^2$ — el itrio.

$\textbf{b) Razone cuál será el ion más estable de los elementos A y B. (Hasta 0,4 puntos)}$

Cada uno busca la configuración de gas noble más próxima.

El calcio tiene dos electrones en el orbital $4s$ y le sale a cuenta cederlos, quedándose con la configuración del argón:

$\mathrm{Ca^{2+}}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

Al bromo le falta un solo electrón para completar el subnivel $4p$, así que lo gana y adquiere la configuración del criptón:

$\mathrm{Br^-}: \quad [\mathrm{Ar}]\,3d^{10}\,4s^2\,4p^6$

$\textbf{c) Explique el compuesto y tipo de enlace que tendría lugar entre los átomos de los elementos A y B e indique tres propiedades del compuesto. (Hasta 0,5 puntos)}$

Uno es un metal alcalinotérreo y el otro un halógeno, con una diferencia de electronegatividad grande, de modo que hay transferencia de electrones y el enlace es $\textbf{iónico}$. Cada calcio cede dos electrones y cada bromo capta uno, así que hacen falta dos bromos por calcio:

$\mathrm{CaBr_2}$, bromuro de calcio.

Tres propiedades típicas de un compuesto iónico:

Son sólidos a temperatura ambiente, con puntos de fusión y ebullición altos, porque hay que vencer las atracciones electrostáticas de toda la red.

Son duros pero frágiles: un golpe que desplace un plano de iones enfrenta cargas del mismo signo y el cristal se parte.

No conducen la corriente en estado sólido, pero sí fundidos o en disolución acuosa, cuando sus iones quedan libres. Además suelen ser solubles en disolventes polares como el agua.

$\textbf{d) Defina energía de ionización. ¿Qué elemento de los dados presenta la mayor energía de ionización? Explíquelo razonadamente. (Hasta 0,7 puntos)}$

La $\textbf{primera energía de ionización}$ es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo a un átomo neutro, gaseoso y en su estado fundamental:

$\mathrm{X}(g) + \mathrm{EI_1} \rightarrow \mathrm{X^+}(g) + e^-$

Crece hacia la derecha de un periodo, porque aumenta la carga nuclear efectiva, y hacia arriba de un grupo, porque el electrón queda más cerca del núcleo y menos apantallado.

El valor mayor corresponde al $\textbf{bromo}$. Es el único no metal de los cuatro y está muy a la derecha del periodo 4; además, al faltarle un solo electrón para el octeto, perder uno lo aleja de la configuración estable en lugar de acercarlo. Los otros tres son metales, con pocos electrones de valencia que ceden con facilidad.