Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2024

Cuestión 1.

Considere los elementos $A,B,C$ cuyos números atómicos son 13, 17 y 20 y sus números másicos son 27, 37 y 42, respectivamente.

a) Indique a qué grupo y periodo de la Tabla Periódica pertenece cada uno de los tres elementos. (0,6 puntos)
b) Escriba la configuración electrónica del estado fundamental de las especies: $A^{3+},B$ y $C^{2+}$. (0,3 puntos)
c) Determine el número de protones, neutrones y electrones para las tres especies del apartado b). (0,6 puntos)
d) Aplicando la regla del octeto, justifique el compuesto más probable que se formará entre los elementos $B$ y $C$. (0,5 p)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{Tabla}}\mathbf{\text{Peri}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{dica}}\mathbf{\text{pertenece}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{elementos.}}\mathbf{\text{(0,6}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El grupo y el periodo se leen de la configuración electrónica: el periodo es el número del último nivel ocupado, y el grupo se deduce de los electrones de valencia.

$A(Z=13):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^1$ — último nivel $n=3$ con 3 electrones de valencia: $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{13}}$. Es el aluminio.

$B(Z=17):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^5$ — 7 electrones de valencia: $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{17}}$. Es el cloro.

$C(Z=20):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^2$ — último nivel $n=4$ con 2 electrones: $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{4,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{2}}$. Es el calcio.

${\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{especies:}}\mathbf{\text{A}}}^{3+}{\mathbf{\text{,}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C}}}^{2+}\mathbf{\text{.}}\mathbf{\text{(0,3}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Ojo: se piden esas tres especies concretas, y la segunda es el átomo $\mathbf{\text{neutro}}$ de B, no su anión.

${\mathrm{A}}^{3+}$ (13 − 3 = 10 electrones): $1s^{2}2s^{2}2p^6$, la del neón.

$\mathrm{B}$ (17 electrones, átomo neutro): $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^5$.

${\mathrm{C}}^{2+}$ (20 − 2 = 18 electrones): $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$, la del argón.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Determine}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{protones,}}\mathbf{\text{neutrones}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{especies}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{apartado}}\mathbf{\text{b).}}\mathbf{\text{(0,6}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los protones los fija el número atómico y no cambian al formarse un ion; los neutrones son $A-Z$; los electrones sí varían con la carga.

${\mathrm{A}}^{3+}(Z=13,A=27)$: 13 protones, $27-13=14$ neutrones y $13-3=10$ electrones.

$\mathrm{B}(Z=17,A=37)$: 17 protones, $37-17=20$ neutrones y 17 electrones.

${\mathrm{C}}^{2+}(Z=20,A=42)$: 20 protones, $42-20=22$ neutrones y $20-2=18$ electrones.

Nótese que ${\mathrm{A}}^{3+}$ y ${\mathrm{C}}^{2+}$ $\mathbf{\text{no}}$ son isoelectrónicos entre sí (10 frente a 18 electrones), aunque los dos alcancen configuración de gas noble: el primero la del neón y el segundo la del argón.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Aplicando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{octeto,}}\mathbf{\text{justifique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{probable}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{formar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{B}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{C.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{p)}}$

El calcio (C) tiene 2 electrones de valencia y los pierde con facilidad para quedarse con la configuración del argón, formando $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$.

El cloro (B) tiene 7 y solo necesita captar uno para completar su octeto, formando $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}$.

Cada calcio cede dos electrones, pero cada cloro solo admite uno, así que hacen falta dos átomos de cloro por cada uno de calcio para que el compuesto resulte neutro:

$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}+2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}\to \mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$

El compuesto más probable es el cloruro de calcio, $\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$. El enlace es iónico, porque hay transferencia completa de electrones entre un metal muy electropositivo y un no metal muy electronegativo.