Examen de Principios de Química y Estructura – Febrero 2018 (2s) | Soluciones de las preguntas 10 y 11

(TEMA 7) 10. Considérense los siguientes iones isoelectrónicos: Al³⁺, O^2–, Mg²⁺, F^–, Na⁺ y N^3–. ¿Cuál es el orden correcto creciente de tamaños? (Los números atómicos de estos elementos son N:7; O: 8; F:9; Na: 11; Mg:12; Al: 13).

(A). Na⁺ < F^– < Mg²⁺ < O^2– < Al³⁺ < N^3–
(B). Na⁺ < Mg²⁺ < Al³⁺ < F^– < O^2– < N^3–
(C). Al³⁺ < Mg²⁺ < Na⁺ < F^– < O^2– < N^3–
(D). N^3– < O^2– < F^– < Na⁺ < Mg²⁺ < Al³⁺

Solución: C. Efectivamente todos los iones presentados son isoelectrónicos (es decir, tienen el mismo número de electrones). Por ejemplo, el N neutro tiene, según su número atómico, 7 electrones, pero el ion N^3– tiene tres más, como indica la carga. En total, 10. El Al neutro tiene 13, pero el Al³⁺ ha perdido 3, por lo que queda con 10. Siguiendo la misma argumentación es fácil comprobar que todos tienen 10. Pues bien, dado un conjunto de especies isoelectrónicas, en general son menores aquellas que tienen más protones en su núcleo porque, a igual número de electrones, la fuerza de atracción es mayor. Por lo tanto, el tamaño de la especie decrecerá al aumentar el número atómico, o bien crecerá al disminuir el número atómico. El orden correcto sería, entonces, Al³⁺ < Mg²⁺ < Na⁺ < F^– < O^2– < N^3–. En la bibliografía se comprueba que esta predicción es correcta: r(Al³⁺) = 53 pm; r(Mg²⁺) = 72 pm; r(Na⁺) = 99 pm; r(F^–) = 133 pm; r(O^2–) = 140 pm; r(N^3–) = 171 pm.

(TEMA 7) 11. ¿Cuál de las siguientes ecuaciones termoquímicas es la que hay que plantear para medir la energía de red de un mol de retículo cristalino de CaO(s)?

(A). Ca(s) + ½ O₂(g) ⟶ CaO(s)    ΔH^o < 0
(B). Ca(s) + ½ O₂(g) ⟶ CaO(s)    ΔH^o > 0
(C). Ca²⁺(g) + O^2–(g) ⟶ CaO(s)    ΔH^o < 0
(D). Ca(g) + ½ O₂(g) ⟶ CaO(s)    ΔH^o > 0

Solución: C. La energía de red se define como la que se desprende (por lo tanto, ΔH^o < 0) cuando se forma un mol de compuesto iónico a partir de sus iones en estado gaseoso. La única reacción química que se adapta a esa definición es Ca²⁺(g) + O^2–(g) ⟶ CaO(s). La ecuación Ca(s) + ½ O₂(g) ⟶ CaO(s) representa a la reacción de formación del CaO(s), reacción que, por cierto, debería muy exotérmica (ΔH^o < 0), ya que se combina un átomo muy electronegativo con otro muy electropositivo y muy reactivo (los elementos alcalinos y alcalinotérreos lo son, dada su alta tendencia a la oxidación).