Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

A.1 Los iones $\mathrm{X^{2+}}$ e $\mathrm{Y^-}$ presentan las siguientes configuraciones electrónicas: $\mathrm{X^{2+}}$ ($\mathrm{1s^22s^22p^63s^23p^6}$) e $\mathrm{Y^-}$ ($\mathrm{1s^22s^22p^63s^23p^6}$). Responda a las siguientes cuestiones.

a) (0,5 puntos) Justifique el número atómico de los elementos X e Y, e indique su posición (periodo y grupo) en el sistema periódico.
b) (0,5 puntos) Razone qué elemento, X o Y, tiene mayor radio atómico.
c) (0,5 puntos) Indique qué tipo de enlace presenta a temperatura ambiente cada una de las sustancias X e Y por separado.
d) (0,5 puntos) Justifique la estequiometría y el tipo de enlace del compuesto que forma el elemento X con el elemento Y.

$\textbf{a) Justifique el número atómico de los elementos X e Y, e indique su posición (periodo y grupo) en el sistema periódico. (0{,}5 puntos)}$

Las dos configuraciones que da el enunciado corresponden a la del argón, con 18 electrones. Hay que deshacer el camino de cada ion hasta el átomo neutro.

$\mathrm{X^{2+}}$ ha perdido dos electrones, luego el átomo neutro tenía 20:

$Z(\mathrm{X}) = 20$ — el $\textbf{calcio}$, $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$, $\textbf{periodo 4, grupo 2}$.

$\mathrm{Y^-}$ ha ganado uno, luego el átomo neutro tenía 17:

$Z(\mathrm{Y}) = 17$ — el $\textbf{cloro}$, $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$, $\textbf{periodo 3, grupo 17}$.

$\textbf{b) Razone qué elemento, X o Y, tiene mayor radio atómico. (0{,}5 puntos)}$

Ojo con no confundir los átomos neutros con los iones del enunciado, que sí son isoelectrónicos. Comparando los átomos, las dos tendencias periódicas juegan a favor del calcio:

El calcio está en el periodo 4 y el cloro en el 3, así que el calcio tiene una capa electrónica más y sus electrones externos están mucho más lejos del núcleo.

Además el calcio está en el extremo izquierdo de su periodo, donde el radio es máximo, y el cloro casi en el derecho, donde ya se ha contraído.

$r(\mathrm{Ca}) > r(\mathrm{Cl})$

El mayor radio atómico es el del calcio, es decir, el elemento X.

$\textbf{c) Indique qué tipo de enlace presenta a temperatura ambiente cada una de las sustancias X e Y por separado. (0{,}5 puntos)}$

$\textbf{X}$, el calcio: es un metal, así que presenta $\textbf{enlace metálico}$. Los átomos ceden sus electrones de valencia a una nube deslocalizada que los mantiene unidos y que explica sus propiedades: conductividad eléctrica y térmica, brillo, ductilidad y maleabilidad.

$\textbf{Y}$, el cloro: es un no metal y en estado libre forma moléculas diatómicas, $\mathrm{Cl_2}$, unidas por $\textbf{enlace covalente}$ apolar. Entre unas moléculas y otras solo hay fuerzas de dispersión de London, muy débiles, y por eso es un gas a temperatura ambiente.

$\textbf{d) Justifique la estequiometría y el tipo de enlace del compuesto que forma el elemento X con el elemento Y. (0{,}5 puntos)}$

El calcio es un metal con energía de ionización baja y el cloro un no metal muy electronegativo: la diferencia de electronegatividad es grande, así que hay transferencia de electrones y el enlace es $\textbf{iónico}$.

La estequiometría la impone la neutralidad eléctrica. El calcio cede dos electrones y cada cloro solo puede captar uno, de modo que hacen falta dos átomos de cloro por cada uno de calcio:

$\mathrm{Ca^{2+}} + 2\,\mathrm{Cl^-} \rightarrow \mathrm{CaCl_2}$

El compuesto es el cloruro de calcio, y lo que se forma no son moléculas, sino una red cristalina tridimensional de iones alternados. De ahí que sea un sólido de punto de fusión elevado, duro y frágil, y que conduzca la corriente fundido o disuelto, pero no en estado sólido.