Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2024

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

1.1. Dada la siguiente afirmación, justifique razonadamente si es verdadera o falsa: “El radio atómico del bromo es mayor que el del potasio”.
1.2. Discuta razonadamente quién tiene mayor punto de ebullición el etano o el etanol.

$\mathbf{\text{1.1.}}\mathbf{\text{Dada}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{siguiente}}\mathbf{\text{afirmaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{justifique}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{verdadera}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{falsa:}}\mathbf{\text{"El}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{bromo}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{potasio".}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La afirmación es $\mathbf{\text{falsa}}$.

Se escriben primero las configuraciones electrónicas para situar a los dos elementos en la tabla:

$\mathrm{K}(Z=19):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^1$

$\mathrm{B}\mathrm{r}(Z=35):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^5$

Los dos tienen su capa de valencia en el nivel $n=4$, de modo que pertenecen al $\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{periodo}}$, el cuarto. El potasio está en el grupo 1 y el bromo en el 17, es decir, en los dos extremos.

Al recorrer un periodo hacia la derecha, los electrones que se van añadiendo entran todos en el mismo nivel y se apantallan mal entre sí, mientras que la carga del núcleo aumenta en una unidad por cada elemento. La carga nuclear efectiva que siente la capa de valencia crece, el núcleo la atrae con más fuerza y el átomo se contrae: el radio atómico $\mathbf{\text{disminuye}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{lo}}\mathbf{\text{largo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{periodo}}$.

Como el bromo está dieciséis lugares a la derecha del potasio:

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

El potasio es el de mayor radio, justo lo contrario de lo que dice la afirmación. Los valores tabulados lo confirman: 227 pm para el potasio frente a 114 pm para el bromo, es decir, el doble.

$\mathbf{\text{1.2.}}\mathbf{\text{Discuta}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{qui}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{punto}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ebullici}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{etano}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{etanol.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$

Las dos moléculas tienen dos carbonos y masas molares parecidas (30 y 46 g/mol), así que la diferencia no puede venir del tamaño. Lo que decide el punto de ebullición son las $\mathbf{\text{fuerzas}}\mathbf{\text{intermoleculares}}$ que hay que vencer para separar las moléculas.

El $\mathbf{\text{etano}}$ es un alcano. Los enlaces C-H son prácticamente apolares y la molécula es simétrica, de modo que es apolar. Sus únicas fuerzas intermoleculares son las de dispersión de London, muy débiles.

El $\mathbf{\text{etanol}}$ tiene un grupo hidroxilo. El enlace O-H es muy polar, porque el oxígeno es mucho más electronegativo que el hidrógeno, y además el oxígeno conserva pares no enlazantes. Se dan por tanto las dos condiciones para el $\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{hidr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{geno}}$: un hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo y pequeño, y un par libre en la molécula vecina que lo acepte.

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{O}-\mathrm{H}\cdots \mathrm{O}(\mathrm{H})-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_2-\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3$

El enlace de hidrógeno es la más intensa de las fuerzas intermoleculares, con diferencia, así que hace falta mucha más energía para separar las moléculas de etanol:

$T_e(\mathrm{e}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{o}\mathrm{l})>T_e(\mathrm{e}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{n}\mathrm{o})$

Los valores experimentales muestran lo enorme de la diferencia: 78 °C para el etanol frente a $-89$ °C para el etano. Es la razón de que uno sea un líquido a temperatura ambiente y el otro un gas.