Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2022

PREGUNTA 1.
Dados los elementos A y B con números atómicos 19 y 35, respectivamente:

1.1. Escriba sus configuraciones electrónicas y razone cuál tiene mayor radio y cuál posee mayor afinidad electrónica.
1.2. Justifique qué tipo de enlace se podría formar entre A y B, qué fórmula empírica le correspondería al compuesto resultante e indique alguna propiedad del compuesto formado.

$\mathbf{\text{1.1.}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{configuraciones}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{razone}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{posee}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{afinidad}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$A(Z=19):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^1$ — el $\mathbf{\text{potasio}}$, grupo 1, periodo 4.

$B(Z=35):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^5$ — el $\mathbf{\text{bromo}}$, grupo 17, periodo 4.

Los dos tienen su capa de valencia en el nivel $n=4$, así que pertenecen al mismo periodo y están apantallados de forma parecida por las capas internas. Toda la comparación se reduce, por tanto, a su posición dentro de ese periodo.

$\mathbf{\text{Radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico.}}$ Al avanzar hacia la derecha aumenta la carga del núcleo mientras que los electrones añadidos entran en el mismo nivel y se apantallan mal entre sí. La carga nuclear efectiva crece, el núcleo atrae con más fuerza la capa de valencia y el átomo se contrae:

$r(\mathrm{K})>r(\mathrm{B}\mathrm{r})$

El $\mathbf{\text{potasio}}$ tiene mayor radio, y con diferencia: 227 pm frente a 114 pm.

$\mathbf{\text{Afinidad}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica.}}$ Es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro en estado gaseoso capta un electrón:

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

El bromo tiene siete electrones de valencia y le falta uno solo para completar el octeto, de modo que al captarlo adquiere la configuración estable del kriptón: libera mucha energía. El potasio, en cambio, tiende a $\mathbf{\text{perder}}$ su único electrón $4s$, no a ganar otro; añadírselo obligaría a estrenar un orbital nuevo y apenas libera energía.

El $\mathbf{\text{bromo}}$ posee, por tanto, mayor afinidad electrónica.

$\mathbf{\text{1.2.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{podr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{formar}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{B,}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{emp}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{rica}}\mathbf{\text{le}}\mathbf{\text{corresponder}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{resultante}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{alguna}}\mathbf{\text{propiedad}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{formado.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{Tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace.}}$ El potasio es un metal alcalino, con energía de ionización muy baja, y el bromo un halógeno, con afinidad electrónica muy alta. La diferencia de electronegatividad entre ambos es enorme (0,8 frente a 3,0), de modo que no comparten electrones: hay $\mathbf{\text{transferencia}}$ de uno del potasio al bromo, y el enlace resultante es $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$.

$\mathrm{K}\to {\mathrm{K}}^{+}+e^{-}\mathrm{B}\mathrm{r}+e^{-}\to \mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}$

Los dos iones adquieren así configuración de gas noble: ${\mathrm{K}}^{+}$ la del argón y $\mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}$ la del kriptón.

$\mathbf{\text{F}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{emp}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{rica.}}$ El compuesto tiene que ser eléctricamente neutro, y como las cargas son $+1$ y $-1$, la proporción es 1:1:

$\mathrm{K}\mathrm{B}\mathrm{r}$ — bromuro de potasio

Conviene precisar que esa fórmula no representa una molécula: es la proporción mínima de iones en una red cristalina tridimensional donde cada ${\mathrm{K}}^{+}$ está rodeado de seis $\mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}$ y viceversa.

$\mathbf{\text{Propiedades}}$, todas ellas consecuencia de esa estructura:

i) $\mathbf{\text{Punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{fusi}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{elevado}}$ (734 °C), porque fundirlo exige vencer las fuertes atracciones electrostáticas que actúan en todas las direcciones de la red.

ii) $\mathbf{\text{S}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}\mathbf{\text{duro}}\mathbf{\text{pero}}\mathbf{\text{fr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{gil}}$: resiste bien la presión, pero un golpe que desplace un plano de iones enfrenta cargas del mismo signo y el cristal se parte por ese plano.

iii) $\mathbf{\text{No}}\mathbf{\text{conduce}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{electricidad}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lido}}$, porque los iones están inmovilizados, pero sí lo hace fundido o disuelto en agua, cuando quedan libres.

iv) $\mathbf{\text{Soluble}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{agua}}$ y en general en disolventes polares, cuyas moléculas rodean a cada ion y compensan la energía reticular.