QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Andalucía · 2018 · Junio · Opción A

Enunciado

Opción A · Cuestión 2. Justifique por qué:

a) El radio atómico disminuye al aumentar el número atómico en un periodo de la Tabla Periódica.

b) El radio atómico aumenta al incrementarse el número atómico en un grupo de la Tabla Periódica.

c) El volumen del ion

\text{Na}^+

es menor que el del átomo de

\text{Na}

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Mismo número de capas y mayor } Z_{ef} \Rightarrow r \downarrow\;}

\boxed{\;\textbf{b) Se añade una capa; el efecto de } n \text{ predomina} \Rightarrow r \uparrow\;}

\boxed{\;\textbf{c) El } \text{Na}^+ \text{ pierde la capa } n=3 \text{ y aumenta } Z_{ef}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los tres apartados se explican combinando dos factores que compiten entre sí:

\textbf{Número de capas } (n) \; \longrightarrow \; \text{más capas, mayor radio}

\textbf{Carga nuclear efectiva } (Z_{ef}) \; \longrightarrow \; \text{más atracción, menor radio}

En un período solo varía el segundo (las capas son las mismas); en un grupo domina el primero. Y en c) interviene un tercer efecto: la pérdida de una capa completa.

Desarrollo

a) A lo largo de un período, el radio disminuye.

Al avanzar hacia la derecha aumenta el número atómico, pero los electrones que se añaden entran en la misma capa. Como los electrones de un mismo nivel se apantallan mal entre sí, cada protón adicional se traduce en un aumento neto de la carga nuclear efectiva:

Z_{ef} \uparrow \qquad\Longrightarrow\qquad \text{los electrones son atraídos con más fuerza} \qquad\Longrightarrow\qquad r \downarrow

Ejemplo del período 3:

r(\text{Na}) = 186 > r(\text{Mg}) = 160 > r(\text{Al}) = 143 > \cdots > r(\text{Cl}) = 99\ \text{pm}

.

b) Al bajar en un grupo, el radio aumenta.

Aquí el aumento de

Z

va acompañado de la aparición de una capa electrónica nueva en cada período. Los electrones de valencia pasan a un nivel con mayor

n

, mucho más alejado del núcleo, y además quedan apantallados por todas las capas interiores.

n \uparrow \; \text{y} \; \text{apantallamiento} \uparrow \qquad\Longrightarrow\qquad Z_{ef} \; \text{apenas cambia} \qquad\Longrightarrow\qquad r \uparrow

El efecto del número de capas predomina claramente sobre el aumento de carga nuclear. Ejemplo del grupo 1:

r(\text{Li}) = 152 < r(\text{Na}) = 186 < r(\text{K}) = 227\ \text{pm}

.

c) El $\text{Na}^+$ es menor que el $\text{Na}$ .

El sodio tiene un único electrón de valencia:

\text{Na}: [\text{Ne}]\,3s^1 \;\xrightarrow{-1e^-}\; \text{Na}^+: [\text{Ne}] = 1s^2\,2s^2\,2p^6

Al perderlo, ocurren dos cosas a la vez:

Desaparece por completo la capa $n = 3$ : el ion tiene una capa menos, y su radio pasa a estar determinado por el nivel $n = 2$ .
Los 11 protones del núcleo atraen ahora solo 10 electrones, así que la carga nuclear efectiva sobre cada uno aumenta y la nube se contrae.

r(\text{Na}) = 186\ \text{pm} \qquad\longrightarrow\qquad r(\text{Na}^+) = 95\ \text{pm}

La regla general es que todo catión es menor que su átomo neutro y todo anión, mayor (porque al ganar electrones aumenta la repulsión entre ellos y disminuye

Z_{ef}

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

Consejo

La respuesta completa a a) y b) consiste en identificar cuál de los dos factores domina en cada caso: la carga nuclear efectiva dentro del período y el número de capas al bajar en el grupo. Decir solo «porque aumenta $Z$ » no explica por qué el radio se comporta de forma opuesta en los dos casos.

En c), menciona los dos motivos: la pérdida de una capa entera y el aumento de $Z_{ef}$ sobre los electrones restantes. Con el sodio ambos coinciden y la contracción es espectacular (el radio se reduce casi a la mitad).

Y ten a mano la regla general catión $<$ átomo $<$ anión: resuelve por sí sola buena parte de las comparaciones de radios que aparecen en estos exámenes.