Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2020

C4. El número atómico de un elemento químico es Z = 3.

a) Ubicarlo en la Tabla Periódica indicando su período y grupo. ¿Qué otro elemento neutro presenta la misma configuración electrónica que su catión? (0,50)
b) ¿Qué tipo de enlaces químicos formará el elemento de Z = 3 con otro elemento de Z = 16 y qué propiedades tendrá el compuesto resultante? (1,00)

$\textbf{a) Ubicarlo en la Tabla Periódica indicando su período y grupo. ¿Qué otro elemento neutro presenta la misma configuración electrónica que su catión? (0,50)}$

Se escribe la configuración electrónica del elemento y de ahí se lee su posición: el periodo lo da la capa más externa ocupada y el grupo el número de electrones de valencia.

$Z=3:\ 1s^2\,2s^1$

El electrón más externo está en la segunda capa, luego el elemento pertenece al periodo 2; y al tener un único electrón en un orbital $s$, al grupo 1. Se trata del litio, un metal alcalino.

Al perder ese electrón forma el catión monovalente, cuya configuración conviene comparar con la de los elementos neutros:

$\mathrm{Li}\rightarrow \mathrm{Li^+}+e^-;\qquad \mathrm{Li^+}:\ 1s^2$

$\mathrm{He}\ (Z=2):\ 1s^2$

El elemento es el litio, del periodo 2 y grupo 1. El elemento neutro con la misma configuración electrónica que su catión es el helio: ambos tienen dos electrones en el orbital $1s$, y son por tanto isoelectrónicos. Es justamente esa estabilidad de gas noble la que explica que el litio ceda su electrón con tanta facilidad.

$\textbf{b) ¿Qué tipo de enlaces químicos formará el elemento de Z = 3 con otro elemento de Z = 16 y qué propiedades tendrá el compuesto resultante? (1,00)}$

Se escribe la configuración del segundo elemento y se comparan los caracteres metálico y no metálico de ambos.

$Z=16:\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4\Rightarrow \text{periodo 3, grupo 16 (azufre)}$

El litio es un metal alcalino de electronegatividad muy baja y el azufre un no metal bastante electronegativo, al que le faltan dos electrones para completar el octeto. La diferencia de electronegatividad es grande, así que hay transferencia de electrones y no compartición.

$2\,\mathrm{Li}\rightarrow 2\,\mathrm{Li^+}+2\,e^-\ (1s^2);\qquad \mathrm{S}+2\,e^-\rightarrow \mathrm{S^{2-}}\ ([\mathrm{Ar}])$

Como el catión es monovalente y el anión divalente, hacen falta dos litios por cada azufre para que el compuesto sea neutro:

$\text{fórmula}:\ \mathrm{Li_2S}\ \Rightarrow\ \text{sulfuro de dilitio, enlace iónico}$

El enlace es iónico, y de ahí se siguen las propiedades características de este tipo de compuestos:

Propiedad	Comportamiento	Por qué Estado a temperatura ambiente	sólido cristalino	la red iónica es muy cohesiva Punto de fusión	alto	hay que vencer atracciones electrostáticas en toda la red Conductividad en sólido	nula	los iones están inmovilizados en la red Conductividad fundido o disuelto	buena	los iones quedan libres y transportan la carga Solubilidad en agua	alta	el agua es polar e hidrata los iones Dureza y fragilidad	duro pero frágil	un desplazamiento de la red enfrenta cargas iguales

Entre el litio y el azufre se forma un enlace iónico, dando el compuesto $\mathrm{Li_2S}$, que será un sólido cristalino de punto de fusión elevado, duro y frágil, soluble en agua, aislante en estado sólido y conductor cuando esté fundido o disuelto.