Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2020

Cuestión 1.- Estructura atómica. Propiedades periódicas.

Considere los elementos A, B, C y D cuyos números atómicos son 8, 12, 17 y 18, respectivamente. Responda las siguientes cuestiones. (0,5 puntos cada apartado)

a) Escriba la configuración electrónica de cada elemento en su estado fundamental, así como la del ion más estable que, en su caso, pueden formar.

b) Compare el radio de los iones formados por A y B, indicando cuál de los dos es mayor. Justifique la respuesta.

c) Aplicando la regla del octete, deduzca la fórmula molecular del compuesto formado por A y C.

d) Proponga un compuesto iónico formado por dos de los elementos propuestos, deduciendo su fórmula molecular.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental,}}\mathbf{\text{as}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{como}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ion}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{estable}}\mathbf{\text{que,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{caso,}}\mathbf{\text{pueden}}\mathbf{\text{formar.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$A(Z=8):1s^{2}2s^{2}2p^4$ — el $\mathbf{\text{ox}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{geno}}$. Gana dos electrones: ${\mathrm{O}}^{2-}$, $1s^{2}2s^{2}2p^6$.

$B(Z=12):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^2$ — el $\mathbf{\text{magnesio}}$. Cede dos: $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$, $1s^{2}2s^{2}2p^6$.

$C(Z=17):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^5$ — el $\mathbf{\text{cloro}}$. Gana uno: $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$, $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$.

$D(Z=18):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$ — el $\mathbf{\text{arg}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$. $\mathbf{\text{No}}\mathbf{\text{forma}}\mathbf{\text{ion}}$: ya tiene el octeto completo, y esa es justamente la respuesta que pide el "en su caso" del enunciado.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Compare}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{iones}}\mathbf{\text{formados}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{B,}}\mathbf{\text{indicando}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{mayor.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Este caso es distinto del habitual, y hay que verlo: ${\mathrm{O}}^{2-}$ y $\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ son $\mathbf{\text{isoelectr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicos}}$ —los dos tienen 10 electrones, con la configuración del neón—, así que el número de capas no sirve para distinguirlos.

Lo que decide es la $\mathbf{\text{carga}}\mathbf{\text{nuclear}}$:

${\mathrm{O}}^{2-}:8\text{ protones para }10\text{ electrones}$

$\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}:12\text{ protones para }10\text{ electrones}$

El magnesio tiene cuatro protones más tirando de la misma nube electrónica, así que la comprime mucho más.

$r({\mathrm{O}}^{2-})>r(\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+})$

En una serie isoelectrónica, el radio disminuye al aumentar el número atómico.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Aplicando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{octete,}}\mathbf{\text{deduzca}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{formado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los dos son no metales, así que comparten electrones en vez de transferirlos: el compuesto será $\mathbf{\text{covalente}}$.

Al oxígeno le faltan dos electrones, luego forma $\mathbf{\text{dos}}$ enlaces; a cada cloro le falta uno, luego forma $\mathbf{\text{uno}}$. Hacen falta dos cloros por cada oxígeno:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2\mathrm{O}$, óxido de dicloro.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Proponga}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}\mathbf{\text{formado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{propuestos,}}\mathbf{\text{deduciendo}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{molecular.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Para que haya enlace iónico hace falta un metal, y el único de la lista es el $\mathbf{\text{magnesio}}$ (el argón queda descartado de entrada).

Con el cloro: el magnesio cede dos electrones y cada cloro acepta uno, así que hacen falta dos cloros.

$\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$, cloruro de magnesio.

Sirve igualmente $\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{O}$, donde las cargas son $+2$ y $-2$ y la proporción es 1 a 1.

Un matiz sobre el término del enunciado: al ser iónicos, estos compuestos no forman moléculas sino redes cristalinas; la fórmula indica la proporción entre iones.