Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2024

Cuestión 1.

Dados los elementos A y B con números atómicos 9 y 15, respectivamente: (0,5 puntos cada apartado)

a) Escriba su configuración electrónica del estado fundamental e indique grupo y periodo al que pertenecen.
b) Escriba todos los posibles valores de los números cuánticos para un electrón $2p$ y para un electrón $3s$.
c) Deduzca el ion más probable que formará cada uno de ellos y escriba su configuración electrónica del estado fundamental.
d) Aplicando la regla del octeto, deduzca la fórmula empírica del compuesto formado por los dos elementos A y B, e indique, razonadamente, el tipo de enlace.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{pertenecen.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$A(Z=9):1s^{2}2s^{2}2p^5$ — último nivel $n=2$ con 7 electrones de valencia: $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{2,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{17}}$. Es el flúor.

$B(Z=15):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^3$ — último nivel $n=3$ con 5 electrones de valencia: $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{15}}$. Es el fósforo.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{todos}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{posibles}}\mathbf{\text{valores}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nticos}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{2p}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{3s.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los dos primeros números cuánticos los fija el propio orbital; los otros dos son los que admiten varios valores.

Para un electrón $\mathbf{\text{2p}}$: el nivel es $n=2$ y el subnivel p corresponde a $l=1$. El número magnético puede tomar los valores de $-l$ a $+l$, y el de espín, dos:

$n=2,l=1,m_l=-1,0,+1,m_s=\pm \frac{1}{2}$

Son 6 combinaciones, que son justamente los 6 electrones que caben en un subnivel p.

Para un electrón $\mathbf{\text{3s}}$: $l=0$, y entonces $m_l$ solo puede valer 0:

$n=3,l=0,m_l=0,m_s=\pm \frac{1}{2}$

Dos combinaciones, los dos electrones que caben en un orbital s.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Deduzca}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{ion}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{probable}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{formar}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ellos}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Los dos son no metales y les resulta más fácil captar electrones que perderlos, hasta llegar a la configuración del gas noble siguiente.

Al flúor le falta uno, así que forma ${\mathrm{F}}^{-}$:

${\mathrm{F}}^{-}:1s^{2}2s^{2}2p^6$, la del neón.

Al fósforo le faltan tres, así que forma ${\mathrm{P}}^{3-}$:

${\mathrm{P}}^{3-}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$, la del argón.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Aplicando}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{regla}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{octeto,}}\mathbf{\text{deduzca}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{f}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{rmula}}\mathbf{\text{emp}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{rica}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{compuesto}}\mathbf{\text{formado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{B,}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique,}}\mathbf{\text{razonadamente,}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{tipo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{enlace.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Al fósforo le faltan tres electrones para el octeto, así que forma tres enlaces; al flúor le falta uno, así que forma uno solo. Hacen falta pues tres átomos de flúor por cada uno de fósforo:

$\mathrm{P}{\mathrm{F}}_3$

El enlace es $\mathbf{\text{covalente}}$, porque los dos son no metales y ninguno tiene tendencia a ceder electrones del todo: los comparten. Ahora bien, el flúor es el elemento más electronegativo de la tabla y el fósforo lo es bastante menos, así que el par compartido queda muy desplazado hacia el flúor: se trata de enlaces covalentes fuertemente $\mathbf{\text{polares}}$.