Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2022

Cuestión 1. Configuración electrónica. Propiedades atómicas y periódicas.

Considere los elementos A, B, C y D, cuyos números atómicos son 16, 17, 18 y 19, respectivamente. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: (0,5 puntos cada apartado)

a) Escriba la configuración electrónica en estado fundamental de cada uno de los elementos propuestos, e indique a qué grupo y periodo de la tabla periódica pertenece cada uno.
b) Ordene los elementos por orden creciente de su primera energía de ionización.
c) Indique el ion más estable que podría formarse a partir de cada uno de los cuatro elementos propuestos y escriba su configuración electrónica.
d) Deduzca la fórmula molecular del compuesto que se formaría entre los elementos A y B aplicando la regla del octeto y discuta el tipo de enlace que les une.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{propuestos,}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{pertenece}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$A(Z=16):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^4$ — $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{16}}$. Es el azufre.

$B(Z=17):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^5$ — $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{17}}$. Es el cloro.

$C(Z=18):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$ — $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{18}}$. Es el argón.

$D(Z=19):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^1$ — $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{4,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{1}}$. Es el potasio.

Los cuatro son consecutivos, y el paso de C a D es justo el salto de periodo: el argón cierra el tercero y el potasio estrena el cuarto.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Ordene}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{orden}}\mathbf{\text{creciente}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{primera}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El $\mathbf{\text{potasio}}$ es el más fácil de ionizar con diferencia: su electrón está en el nivel 4, más alejado y apantallado, y al perderlo adquiere la configuración del argón.

Los otros tres están en el mismo periodo, donde la energía de ionización crece hacia la derecha. El $\mathbf{\text{arg}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}$ queda en el extremo: tiene el octeto completo, la configuración más estable posible, y arrancarle un electrón cuesta muchísimo.

$\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{K})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{S})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{C}\mathrm{l})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{A}\mathrm{r})$

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{ion}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{estable}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{podr}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{formarse}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{cuatro}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{propuestos}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La referencia es siempre la configuración de gas noble más próxima.

${\mathrm{S}}^{2-}$: al azufre le faltan dos electrones. $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$.

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$: al cloro le falta uno. $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$.

${\mathrm{K}}^{+}$: el potasio cede el suyo. $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$.

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, así que ni gana ni pierde electrones. Es la respuesta que se espera del apartado, y conviene decirla explícitamente en lugar de omitirlo.

Los tres iones que sí se forman son isoelectrónicos entre sí y con el argón, los tres con 18 electrones.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Deduzca}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{molecular}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{formar}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{aplicando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{octeto}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{discuta}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{les}}\mathbf{\text{une.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Al azufre (A) le faltan dos electrones, así que forma dos enlaces; al cloro (B) le falta uno, así que forma uno. Hacen falta dos cloros por cada azufre:

$\mathrm{S}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$

El enlace es $\mathbf{\text{covalente}}$: los dos son no metales y comparten los electrones en lugar de transferirlos. La diferencia de electronegatividad existe —el cloro es algo más electronegativo— pero es moderada, así que se trata de un covalente $\mathbf{\text{polar}}$, no de un enlace iónico.