Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

Razone sobre la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones (0,4 puntos por apartado):

a) Un orbital puede estar ocupado por dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales.

b) El flúor es el elemento neutro más electronegativo de toda la tabla periódica.

c) El átomo de rubidio neutro es más grande que el átomo de potasio neutro, y más pequeño que el átomo de estroncio neutro.

d) La energía de red del compuesto iónico $\text{KCl}$ es más negativa que la energía de red del compuesto iónico $\text{KI}$.

e) Las sustancias covalentes atómicas, como el diamante, presentan puntos de fusión muy elevados.

$\textbf{a) Un orbital puede estar ocupado por dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Falsa}$. Lo impide el $\textbf{principio de exclusión de Pauli}$: en un mismo átomo no puede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos idénticos.

Un orbital queda definido por los tres primeros, $(n,\ l,\ m)$, así que los dos electrones que lo ocupan comparten esos tres y tienen forzosamente que diferenciarse en el cuarto, el de espín:

$s = +\tfrac{1}{2} \quad \text{y} \quad s = -\tfrac{1}{2}$

Se dice entonces que están apareados, y de ahí sale el límite de dos electrones por orbital que fija toda la estructura de la tabla periódica.

$\textbf{b) El flúor es el elemento neutro más electronegativo de toda la tabla periódica. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$. La electronegatividad mide la tendencia de un átomo a atraer hacia sí el par de electrones de un enlace, y crece hacia la derecha y hacia arriba de la tabla, porque aumenta la carga nuclear efectiva y disminuye el radio.

El flúor ocupa justamente esa esquina: es el elemento del grupo 17 situado en el segundo periodo, de modo que a sus siete electrones de valencia se suma un radio muy pequeño. En la escala de Pauling se le asigna el valor máximo, 4,0, que sirve de referencia para todos los demás.

Los gases nobles no cuentan en esta comparación: al tener el octeto completo no tienden a formar enlaces, y por eso tradicionalmente no se les asigna electronegatividad.

$\textbf{c) El átomo de rubidio neutro es más grande que el átomo de potasio neutro, y más pequeño que el átomo de estroncio neutro. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Falsa}$. La primera mitad es cierta y la segunda no.

El $\textbf{rubidio}$ (periodo 5) es efectivamente mayor que el $\textbf{potasio}$ (periodo 4): están los dos en el grupo 1, y al bajar en un grupo se añade un nivel electrónico entero, de modo que el radio aumenta.

Pero el $\textbf{estroncio}$ está en el mismo periodo que el rubidio y justo a su derecha, en el grupo 2. Al avanzar hacia la derecha en un periodo, el número de niveles no cambia y sí aumenta la carga nuclear, que atrae con más fuerza a la nube electrónica: el radio $\textbf{disminuye}$.

Por tanto el estroncio es más pequeño que el rubidio, no mayor. El orden correcto es:

$r(\mathrm{K}) < r(\mathrm{Sr}) < r(\mathrm{Rb})$

$\textbf{d) La energía de red del compuesto iónico KCl es más negativa que la energía de red del compuesto iónico KI. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$. La energía reticular depende de las cargas y del tamaño de los iones:

$|U| \propto \frac{|z_+ \cdot z_-|}{r_+ + r_-}$

En los dos compuestos el catión es el mismo, $\mathrm{K^+}$, y las cargas son iguales, $+1$ y $-1$, de modo que solo interviene el tamaño del anión. Y el yoduro es bastante mayor que el cloruro, porque el yodo está dos periodos por debajo del cloro en el grupo 17.

Al ser mayor la distancia entre los centros de carga en el $\mathrm{KI}$, la atracción es más débil y su energía reticular es menos negativa. La del $\mathrm{KCl}$ resulta, por tanto, $\textbf{más negativa}$: su red es más estable, y de hecho funde a temperatura más alta.

$\textbf{e) Las sustancias covalentes atómicas, como el diamante, presentan puntos de fusión muy elevados. (0,4 puntos)}$

$\textbf{Verdadera}$. En un sólido covalente atómico —también llamado de red covalente— todos los átomos están unidos por enlaces covalentes formando una red continua; no hay moléculas discretas y el cristal entero es en la práctica una sola macromolécula.

Fundirlo obliga, por tanto, a $\textbf{romper enlaces covalentes}$, y no simples fuerzas intermoleculares como ocurre en una sustancia molecular. De ahí las temperaturas de fusión extremas —el diamante supera los 3500 °C—, junto a la dureza máxima, la insolubilidad y el carácter aislante.