Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2024

PREGUNTA 1 [2 puntos (1 punto por apartado)].

1.1. Ordene los siguientes elementos razonadamente en orden creciente del potencial de ionización: C, Be, K, N y F.
1.2. Comente razonadamente cuáles de las siguientes especies conducen la corriente eléctrica: un hilo de Cu, un cristal de LiF y una disolución acuosa de NaCl.

$\mathbf{\text{1.1.}}\mathbf{\text{Ordene}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{orden}}\mathbf{\text{creciente}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{potencial}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n:}}\mathbf{\text{C,}}\mathbf{\text{Be,}}\mathbf{\text{K,}}\mathbf{\text{N}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{F.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

El potencial de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo neutro en estado gaseoso:

$\mathrm{X}(g)+\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1\to {\mathrm{X}}^{+}(g)+e^{-}$

Depende de con cuánta fuerza retiene el núcleo a ese electrón, así que crece hacia la derecha y hacia arriba de la tabla periódica. Se sitúan primero los cinco elementos escribiendo sus configuraciones:

$\mathrm{B}\mathrm{e}(Z=4):1s^{2}2s^2$ — periodo 2, grupo 2.

$\mathrm{C}(Z=6):1s^{2}2s^{2}2p^2$ — periodo 2, grupo 14.

$\mathrm{N}(Z=7):1s^{2}2s^{2}2p^3$ — periodo 2, grupo 15.

$\mathrm{F}(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5$ — periodo 2, grupo 17.

$\mathrm{K}(Z=19):[\mathrm{A}\mathrm{r}]4s^1$ — periodo 4, grupo 1.

El $\mathbf{\text{potasio}}$ queda muy por debajo de todos los demás, y por dos razones que se suman: es el único del periodo 4, con su electrón de valencia mucho más lejos del núcleo y apantallado por tres capas internas, y además está en el grupo 1, de modo que al perderlo adquiere configuración de gas noble.

Los otros cuatro pertenecen al mismo periodo, así que se ordenan por su posición: al avanzar hacia la derecha aumenta la carga nuclear sin que aumente el apantallamiento, la carga nuclear efectiva crece y cuesta más arrancar el electrón. Por tanto Be < C < N < F.

$\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{K})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{B}\mathrm{e})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{C})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{N})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{F})$

$\mathbf{\text{1.2.}}\mathbf{\text{Comente}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{conducen}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{corriente}}\mathbf{\text{el}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{ctrica:}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{hilo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Cu,}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{cristal}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{LiF}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{NaCl.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Para conducir la corriente hace falta que existan $\mathbf{\text{cargas}}\mathbf{\text{libres}}$ que puedan desplazarse: electrones deslocalizados o iones móviles.

$\mathbf{\text{Hilo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Cu:}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{conduce.}}$ El cobre es un metal, y en el enlace metálico los cationes $\mathrm{C}{\mathrm{u}}^{2+}$ ocupan posiciones fijas en la red mientras que los electrones de valencia forman una nube deslocalizada que pertenece a todo el cristal. Al aplicar una diferencia de potencial esos electrones se desplazan sin dificultad. Es conducción $\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}$, y no altera químicamente al metal.

$\mathbf{\text{Cristal}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{LiF:}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{conduce.}}$ El fluoruro de litio es iónico, y en el sólido sí hay cargas —los iones $\mathrm{L}{\mathrm{i}}^{+}$ y ${\mathrm{F}}^{-}$—, pero están $\mathbf{\text{inmovilizados}}$ en posiciones fijas de la red por las fuertes atracciones electrostáticas. Al no poder desplazarse, no hay corriente. Sí conduciría fundido o disuelto, porque entonces los iones quedan libres.

$\mathbf{\text{Disoluci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{acuosa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{NaCl:}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{conduce.}}$ Al disolverse, la red iónica se deshace porque las moléculas de agua, que son polares, rodean a cada ion y lo estabilizan:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}(\mathrm{s})\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\to }\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{c})+\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{c})$

Los iones solvatados se mueven con libertad por la disolución, de modo que hay conducción $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}$: los cationes migran hacia el electrodo negativo y los aniones hacia el positivo. A diferencia del metal, aquí el paso de corriente sí lleva aparejadas reacciones químicas en los electrodos.