Conceptos Esenciales de Estructura Atómica y Propiedades Periódicas

Diferencia de valencias entre el oxígeno y el azufre

El oxígeno y el azufre pertenecen al mismo grupo de la tabla periódica, pero presentan diferencias en sus valencias. El oxígeno solo tiene valencia 2 porque es un elemento muy electronegativo y no dispone de orbitales d en su capa de valencia, por lo que no puede ampliar el octeto. En cambio, el azufre, al encontrarse en el tercer periodo, sí posee orbitales d disponibles, lo que le permite ampliar su capa de valencia y presentar valencias 2, 4 y 6.

Elementos: Magnesio (Mg) y Cloro (Cl)

El elemento alcalinotérreo del tercer periodo es el magnesio (Mg), y el segundo halógeno es el cloro (Cl).

a) Configuración electrónica y números cuánticos

• Magnesio (Z=12): Presenta la configuración electrónica 1s² 2s² 2p⁶ 3s². El último electrón se sitúa en el orbital 3s, por lo que sus números cuánticos son: n=3, l=0, m=0 y s=±1/2.
• Cloro (Z=17): Tiene configuración 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Su último electrón está en un orbital 3p, con números cuánticos: n=3, l=1, m=-1, 0 o +1, y s=±1/2.

b) Tipo de enlace, fórmula y propiedades

El magnesio es un metal y el cloro un no metal, por lo que entre ellos se establece un enlace iónico mediante transferencia de electrones. El magnesio pierde dos electrones formando Mg²⁺ y cada átomo de cloro gana uno formando Cl⁻, por lo que la fórmula del compuesto es MgCl₂. Este tipo de compuestos presenta alto punto de fusión y ebullición, y conduce la electricidad cuando está fundido o disuelto en agua.

Tendencias periódicas: Afinidad electrónica

La afinidad electrónica aumenta en un periodo de izquierda a derecha. Por tanto, el orden creciente de afinidad electrónica de los elementos Li, C y F es: Li < C < F. El litio presenta baja afinidad electrónica, el carbono un valor intermedio y el flúor una afinidad muy elevada por su carácter altamente electronegativo.

Orden de puntos de fusión

El orden creciente de los puntos de fusión de los compuestos NaF, CH₄, H₂O y H₂S es: CH₄ < H₂S < H₂O < NaF. Esto se debe a que el CH₄ presenta fuerzas de dispersión débiles, el H₂S fuerzas dipolo-dipolo, el H₂O presenta puentes de hidrógeno (más fuertes) y el NaF es un compuesto iónico con fuerzas electrostáticas muy intensas.

La energía reticular depende de la carga de los iones y de la distancia entre ellos. En el caso de NaF y NaCl, ambos tienen la misma carga, pero el ion F⁻ es más pequeño que el Cl⁻, lo que reduce la distancia entre los iones y aumenta la fuerza de atracción. Por ello, el NaF presenta mayor energía reticular y, en consecuencia, mayor punto de fusión que el NaCl.

Verdadero o Falso: Conceptos clave

• El CCl₄ es mejor disolvente para KCl que el agua: Falso
• El NaCl sólido conduce la electricidad: Falso
• El elemento más electronegativo es el flúor: Verdadero
• Los halógenos tienen altas energías de ionización y afinidades electrónicas: Verdadero
• El H₂O tiene menor punto de ebullición que el H₂S: Falso
• El ion bromuro es mayor que el átomo de bromo: Verdadero
• El carácter oxidante del bromo es mayor que el del sodio: Verdadero
• La afinidad electrónica del oxígeno es menor que la del neón: Falso

Cristales atómicos o covalentes

Están formados por redes cristalinas donde los átomos están unidos entre sí por enlaces covalentes. Sus propiedades son consecuencia del enlace covalente (no hay moléculas ni fuerzas intermoleculares).

Ejemplos destacados

• Grafito: Formado por átomos de carbono con hibridación sp², unidos a tres carbonos con enlace sigma (σ), formando capas con hexágonos. Los orbitales p sin hibridar se solapan lateralmente dando un orbital π deslocalizado. Por esto, el grafito conduce la corriente eléctrica y se exfolia fácilmente.
• Diamante: Cada átomo de carbono con hibridación sp³ establece enlaces sigma (σ) con cuatro átomos de carbono, formando una red cristalina tetraédrica.

Propiedades generales

• Puntos de fusión y ebullición muy altos (sólidos a temperatura ambiente).
• Muy duros.
• Malos conductores de la electricidad (excepto el grafito), debido a que los electrones están localizados en los enlaces.
• Insolubles tanto en disolventes polares como apolares.