Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2021

Cuestión 1. Configuración electrónica. Propiedades atómicas y periódicas.

Considere dos átomos, A y B, con la siguiente distribución de partículas atómicas: 12 electrones, 12 protones y 14 neutrones para A; y 17 electrones, 17 protones y 20 neutrones para B. (0,5 puntos cada apartado)

a) Calcule el número atómico y másico de cada átomo y escriba su configuración electrónica en estado fundamental.

b) Razone en cuál de ellos será mayor la primera energía de ionización.

c) Compare los radios de los iones más estables que forman los átomos A y B. Justifique la respuesta.

d) ¿Qué tipo de enlace se producirá entre ambos átomos? Razone qué fórmula tiene el compuesto resultante.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Calcule}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{sico}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El número atómico es el de protones, y el másico la suma de protones y neutrones.

Átomo A: $Z=12$, $A=12+14=26$. Es el $\mathbf{\text{magnesio}}$.

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^2$

Átomo B: $Z=17$, $A=17+20=37$. Es el $\mathbf{\text{cloro}}$.

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^5$

Los dos son neutros —tantos electrones como protones—, así que las configuraciones son las del átomo, no las de ningún ion.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{ser}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{primera}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Ambos están en el $\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{periodo}}$, el tercero, así que la comparación es directa: a lo largo de un periodo la carga nuclear aumenta sin que se añada ninguna capa nueva, de modo que los electrones externos quedan más sujetos y cuesta más arrancarlos.

El cloro está mucho más a la derecha que el magnesio, así que

$\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{B})>\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{A})$

es decir, la primera energía de ionización es mayor en el $\mathbf{\text{cloro}}$.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Compare}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{radios}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{iones}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{estables}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{forman}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{B.}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Cada uno busca la configuración de gas noble más próxima:

$\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}:1s^{2}2s^{2}2p^6$ — 10 electrones, como el neón, y solo $\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{capas}}$.

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$ — 18 electrones, como el argón, y $\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{capas}}$.

No son isoelectrónicos entre sí, así que la comparación no depende de la carga nuclear sino del número de niveles ocupados, que es lo que domina.

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

Además el efecto se refuerza por los dos lados: el magnesio ha perdido su capa más externa y le quedan 12 protones tirando de solo 10 electrones, mientras que el cloro ha ganado uno y tiene 17 protones para 18 electrones.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{producir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{ambos}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos?}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{resultante.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El magnesio es un $\mathbf{\text{metal}}$ y el cloro un $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{metal}}$, con una diferencia de electronegatividad grande: hay transferencia de electrones, no compartición, y el enlace es $\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}$.

El magnesio cede dos electrones y cada cloro solo puede aceptar uno, así que hacen falta dos cloros por cada magnesio para que el conjunto sea neutro:

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