Opción A · Cuestión 2. a) Justifique cuál de las siguientes especies, \text{Li}^+ y \text{He}, tiene mayor radio. b) Razone cuál de los siguientes elementos, \text{O} y \text{N}, tiene mayor afinidad electrónica. c) Justifique cuál de los siguientes elementos, \text{Na} y \text{Cl}, tiene mayor energía de ionización.

QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Andalucía · 2017 · Septiembre · Opción A

Enunciado

Opción A · Cuestión 2. a) Justifique cuál de las siguientes especies,

\text{Li}^+

\text{He}

, tiene mayor radio.

b) Razone cuál de los siguientes elementos,

\text{O}

\text{N}

, tiene mayor afinidad electrónica.

c) Justifique cuál de los siguientes elementos,

\text{Na}

\text{Cl}

, tiene mayor energía de ionización.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Mayor radio: } \text{He} \; (\text{isoelectrónicos, menor } Z)\;}

\boxed{\;\textbf{b) Mayor afinidad electrónica: } \text{O}\;}

\boxed{\;\textbf{c) Mayor energía de ionización: } \text{Cl}\;}

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Estrategia

Cada apartado exige un criterio distinto, así que conviene identificarlo antes de responder:

a) Dos especies isoelectrónicas: decide únicamente la carga nuclear.
b) y c) Dos elementos del mismo período: decide la carga nuclear efectiva, que aumenta hacia la derecha.

Empieza por el recuento de a), que lo despeja de inmediato:

\text{Li}^+ \; (Z = 3): \quad 3\ p^+, \; 2\ e^- \qquad\qquad \text{He} \; (Z = 2): \quad 2\ p^+, \; 2\ e^-

Desarrollo

a) Mayor radio: el helio.

Ambas especies son isoelectrónicas: tienen 2 electrones y la misma configuración,

1s^2

. Lo único que las diferencia es el número de protones:

3\ \text{protones (Li}^+) \; > \; 2\ \text{protones (He)}

El núcleo del

\text{Li}^+

atrae esos mismos dos electrones con más fuerza y contrae la nube electrónica:

r(\text{He}) \; > \; r(\text{Li}^+)

(Los valores tabulados no sirven para compararlos directamente, porque el radio del helio y un radio iónico se miden de forma distinta; pero el criterio no admite duda: en una serie isoelectrónica, a mayor $Z$ , menor radio.)

b) Mayor afinidad electrónica: el oxígeno.

Ambos pertenecen al período 2, pero el oxígeno está más a la derecha (

Z = 8

frente a

Z = 7

): su carga nuclear efectiva es mayor y atrae con más fuerza un electrón adicional.

\text{O} + e^- \longrightarrow \text{O}^- \qquad (\Delta H = -141\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1})

\text{N} + e^- \longrightarrow \text{N}^- \qquad (\text{prácticamente nula, incluso ligeramente endotérmica})

Conviene señalar que el nitrógeno presenta una anomalía: su configuración

2p^3

está semillena, una situación de especial estabilidad, así que añadirle un electrón es particularmente desfavorable. Eso acentúa aún más la diferencia a favor del oxígeno.

c) Mayor energía de ionización: el cloro.

Los dos están en el período 3, pero el cloro tiene seis protones más que el sodio sin haber añadido capas: su carga nuclear efectiva es mucho mayor.

\text{EI}(\text{Cl}) = 1251 \; \gg \; \text{EI}(\text{Na}) = 496\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}

Además, el sodio pierde su único electrón

3s^1

quedando como

[\text{Ne}]

, una configuración muy estable, mientras que el cloro está a un solo electrón de completar el octeto: perder uno lo aleja mucho de esa situación favorable.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

En a), escribe el recuento explícito de protones y electrones. Comparar «un ion y un átomo» sin ese recuento induce a error; al ver que ambos tienen dos electrones, la comparación se vuelve inmediata.

El matiz del $2p^3$ semilleno del nitrógeno en b) es un detalle que suma: explica por qué su afinidad electrónica es anómalamente baja y demuestra que conoces las excepciones, no solo la tendencia general.

Y recuerda que afinidad electrónica y energía de ionización van en el mismo sentido (ambas aumentan hacia la derecha del período), mientras que el radio va en sentido contrario. Ese trío coherente resuelve casi todas las comparaciones de este bloque.