Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2021

PREGUNTA 2.

2.1. Para los elementos A, B y C de números atómicos 7, 9 y 37 respectivamente, ordénelos de mayor a menor radio atómico e indique cuál tendrá más tendencia a captar un electrón para formar un anión. Justifique la respuesta.
2.2. Complete las siguientes reacciones químicas orgánicas empleando las fórmulas semidesarrolladas e indique el tipo de reacción al que pertenecen:
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}⟶\underset{‾}{}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}⟶\underset{‾}{}$
$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\text{-}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2⟶\underset{‾}{}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

$\mathbf{\text{2.1.}}\mathbf{\text{Para}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{A,}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{micos}}\mathbf{\text{7,}}\mathbf{\text{9}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{37}}\mathbf{\text{respectivamente,}}\mathbf{\text{ord}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nelos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{tendencia}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{captar}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{formar}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{ani}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Se escriben primero las configuraciones electrónicas para situarlos en la tabla:

$A(Z=7):1s^{2}2s^{2}2p^3$ — el $\mathbf{\text{nitr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}$, grupo 15, periodo 2.

$B(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5$ — el $\mathbf{\text{fl}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{or}}$, grupo 17, periodo 2.

$C(Z=37):[\mathrm{K}\mathrm{r}]5s^1$ — el $\mathbf{\text{rubidio}}$, grupo 1, periodo 5.

$\mathbf{\text{Radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico.}}$ Hay que aplicar las dos tendencias periódicas:

Al $\mathbf{\text{bajar}}$ por un grupo el radio aumenta, porque se añaden capas electrónicas completas y los electrones más externos quedan cada vez más lejos del núcleo y mejor apantallados. Esta es la tendencia dominante, y coloca al rubidio, del quinto periodo, muy por encima de los otros dos, que son del segundo.

Al $\mathbf{\text{avanzar}}$ hacia la derecha en un periodo el radio disminuye, porque la carga nuclear crece mientras los electrones añadidos entran en el mismo nivel y se apantallan mal entre sí. Entre nitrógeno y flúor, ambos del periodo 2, el flúor está más a la derecha y es el más pequeño.

$r(\mathrm{R}\mathrm{b})>r(\mathrm{N})>r(\mathrm{F})$

$\mathbf{\text{Tendencia}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{captar}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ La respuesta es el $\mathbf{\text{fl}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{or}}$.

El proceso es:

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

Al flúor le falta un solo electrón para completar el octeto y adquirir la configuración estable del neón. Además, al ser el átomo más pequeño de los tres, el electrón que entra queda muy cerca del núcleo y fuertemente atraído: es el elemento más electronegativo de la tabla periódica.

El nitrógeno necesitaría tres electrones y el rubidio, en el extremo opuesto, tiende a $\mathbf{\text{perder}}$ su único electrón $5s$ para formar $\mathrm{R}{\mathrm{b}}^{+}$, no a ganar otro.

$\mathbf{\text{2.2.}}\mathbf{\text{Complete}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{micas}}\mathbf{\text{org}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nicas}}\mathbf{\text{empleando}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmulas}}\mathbf{\text{semidesarrolladas}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{pertenecen.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{Primera}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ El bromuro de hidrógeno ataca al alcohol y el grupo $-\mathrm{O}\mathrm{H}$ es sustituido por el bromo, saliendo agua:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\to \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{B}\mathrm{r}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

El reactivo es el etanol y el producto, el $\mathbf{\text{bromoetano}}$, un halogenoalcano. Se trata de una reacción de $\mathbf{\text{sustituci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$ nucleófila.

$\mathbf{\text{Segunda}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ El agua se adiciona al doble enlace: el hidrógeno se une a uno de los carbonos y el $-\mathrm{O}\mathrm{H}$ al otro, y el doble enlace pasa a simple:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2=\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$

El reactivo es el eteno y el producto, el $\mathbf{\text{etanol}}$. Se trata de una reacción de $\mathbf{\text{adici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, concretamente una hidratación, que requiere catálisis ácida. Nótese que es justo la inversa de la deshidratación del etanol con ácido sulfúrico.

$\mathbf{\text{Tercera}}\mathbf{\text{reacci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}$ Un ácido carboxílico y una amina primaria reaccionan perdiendo una molécula de agua y formando un enlace entre el carbono del carboxilo y el nitrógeno:

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2\to \mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}\mathrm{O}-\mathrm{N}\mathrm{H}-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Los reactivos son el ácido etanoico y la metanamina, y el producto es la $\mathbf{\text{N-metiletanamida}}$, una amida secundaria. Se trata de una reacción de $\mathbf{\text{condensaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, análoga a la esterificación pero con una amina en lugar de un alcohol. Es el mismo tipo de enlace, el amida o peptídico, que une los aminoácidos en las proteínas.