Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2024

A.1 Considere los elementos A, B y C, con números atómicos Z, Z+1 y Z+2, respectivamente. Sabiendo que B es el gas noble del segundo periodo, responda a las siguientes preguntas:

a) (0,5 puntos) Para cada elemento identifique su nombre y símbolo, escriba su configuración electrónica, e indique cuántos electrones desapareados tiene.
b) (0,5 puntos) Justifique cuál es el ion más estable de los elementos A y C, indicando el tipo de ion y el símbolo.
c) (0,5 puntos) Razone cuál de ellos tiene el mayor radio iónico.
d) (0,5 puntos) Formule y nombre el compuesto formado con los elementos A y C, y explique qué tipo de enlace presenta.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Para}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{identifique}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mbolo,}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica,}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ntos}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{desapareados}}\mathbf{\text{tiene.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La clave está en el elemento B: el gas noble del segundo periodo es el neón, de número atómico 10. Como a B le corresponde $Z+1$:

$Z+1=10\Rightarrow Z=9$

$\mathbf{\text{A}}$ ($Z=9$), el $\mathbf{\text{fl}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{or}}$, $\mathrm{F}$: $1s^{2}2s^{2}2p^5$. Los cinco electrones $2p$ ocupan tres orbitales: dos quedan apareados y uno solo, así que tiene $\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{desapareado}}$.

$\mathbf{\text{B}}$ ($Z=10$), el $\mathbf{\text{ne}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$, $\mathrm{N}\mathrm{e}$: $1s^{2}2s^{2}2p^6$. Todos los orbitales están llenos: $\mathbf{\text{0}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{desapareados}}$.

$\mathbf{\text{C}}$ ($Z=11$), el $\mathbf{\text{sodio}}$, $\mathrm{N}\mathrm{a}$: $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^1$. El electrón $3s$ está solo en su orbital: $\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{desapareado}}$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{ion}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{estable}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ion}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mbolo.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

En ambos casos la referencia es la configuración de gas noble, que es la más estable, y cada elemento toma el camino más corto para alcanzarla.

Al flúor le falta un solo electrón para completar el octeto, así que lo capta y forma un $\mathbf{\text{ani}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{monovalente}}$:

$\mathrm{F}+e^{-}\to {\mathrm{F}}^{-}:1s^{2}2s^{2}2p^6$

Al sodio le sobra un electrón respecto del neón, y además está muy apantallado, así que lo cede y forma un $\mathbf{\text{cati}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{monovalente}}$:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\to \mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}+e^{-}:1s^{2}2s^{2}2p^6$

Los dos iones son isoelectrónicos con el neón, que es precisamente el elemento B.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los dos iones tienen exactamente los mismos 10 electrones, distribuidos en los mismos orbitales. Lo único que los distingue es la carga del núcleo que los atrae:

${\mathrm{F}}^{-}:Z=9\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}:Z=11$

Entre especies isoelectrónicas, el radio disminuye al aumentar la carga nuclear, porque los once protones del sodio atraen esa misma nube electrónica con más fuerza que los nueve del flúor y la contraen. Por tanto:

$r({\mathrm{F}}^{-})>r(\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+})$

El mayor radio iónico corresponde al ion fluoruro. Conviene notar que con los átomos neutros ocurre justo lo contrario: el sodio es mucho mayor que el flúor, porque tiene una capa más.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Formule}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{formado}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{explique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{presenta.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Las cargas son $+1$ y $-1$, así que se combinan en proporción 1 a 1:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{F}$ — fluoruro de sodio.

El enlace es $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$. Se unen un metal alcalino, con una energía de ionización muy baja, y el no metal más electronegativo de todos: la diferencia de electronegatividad es enorme y no hay reparto del par electrónico, sino transferencia completa del electrón del sodio al flúor.

Lo que se forma no son moléculas de NaF, sino una red cristalina tridimensional en la que cada ion está rodeado de iones de signo contrario. De ahí que sea un sólido de punto de fusión elevado, duro y frágil, y que conduzca la corriente fundido o en disolución, pero no en estado sólido.