QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicasSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2018 · Junio · Opción B

También trata: Estructura atómica y números cuánticos
Comunitat Valenciana · 2018 · Junio · Opción B
Enunciado
Dados los elementos A (Z = 5), B (Z = 9), C (Z = 11) y D (Z = 19), conteste razonadamente las siguientes cuestiones:

a) Indique el grupo y período al que pertenece cada uno de los elementos. (0,5 puntos)

b) Ordene los elementos propuestos por orden creciente de electronegatividad. (0,5 puntos)

c) Ordene los elementos propuestos por orden creciente de su primera energía de ionización. (0,5 puntos)

d) Escriba los valores posibles que pueden tomar los cuatro números cuánticos del electrón más externo del elemento D. (0,5 puntos)
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Resultado
a) A (boro): grupo 13, período 2. B (flúor): grupo 17, período 2. C (sodio): grupo 1, período 3. D (potasio): grupo 1, período 4.

b) Electronegatividad creciente: D < C < A < B (K < Na < B < F).

c) Primera energía de ionización creciente: D < C < A < B (K < Na < B < F).

d) (n,l,ml,ms)=(4,0,0,+12)(n, l, m_l, m_s) = (4, 0, 0, +\tfrac{1}{2}) o (4,0,0,−12)(4, 0, 0, -\tfrac{1}{2}).
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica. El último nivel ocupado da el período, y los electrones de ese nivel, el grupo.

Para ordenar, tenemos dos elementos del período 2 (A y B) y dos del grupo 1 (C y D). Las dos propiedades que se piden, electronegatividad y energía de ionización, crecen hacia la derecha en un período (más carga nuclear efectiva y menor radio) y hacia arriba en un grupo (el electrón está más cerca del núcleo). Con eso los cuatro quedan ordenados sin necesidad de datos.

En d), el electrón más externo de D es un electrón ss: sus números cuánticos están fijados salvo el de espín.
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Desarrollo

Configuraciones electrónicasA (Z=5): 1s2 2s2 2p1B (Z=9): 1s2 2s2 2p5\text{A}\ (Z=5):\ 1s^2\,2s^2\,2p^1 \qquad \text{B}\ (Z=9):\ 1s^2\,2s^2\,2p^5C (Z=11): 1s2 2s2 2p6 3s1D (Z=19): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1\text{C}\ (Z=11):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1 \qquad \text{D}\ (Z=19):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1a) Grupo y período
ElementoÚltimo nivelPeríodoElectrones de valenciaGrupo
A (boro)n=2n = 222s2 2p12s^2\,2p^113 (térreos)
B (flúor)n=2n = 222s2 2p52s^2\,2p^517 (halógenos)
C (sodio)n=3n = 333s13s^11 (alcalinos)
D (potasio)n=4n = 444s14s^11 (alcalinos)
b) Electronegatividad

En el período 2, el B (flúor) tiene mucha más carga nuclear efectiva que el A (boro) y un radio menor: atrae con más fuerza los electrones de enlace. El flúor es el elemento más electronegativo de la tabla.

En el grupo 1, al bajar de C (sodio) a D (potasio) se añade una capa: el electrón de valencia está más lejos y apantallado, y la atracción del núcleo es menor. Los alcalinos son, además, los menos electronegativos de su período.D<C<A<B(K<Na<B<F)\text{D} < \text{C} < \text{A} < \text{B} \qquad (\text{K} < \text{Na} < \text{B} < \text{F})(Valores de Pauling: 0,82; 0,93; 2,04; 3,98.)

c) Primera energía de ionización

Es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo del átomo en estado gaseoso. Sigue la misma tendencia: cuanto más cerca del núcleo y más atraído está ese electrón, más cuesta arrancarlo.
  • El K y el Na pierden con facilidad su único electrón ss (al perderlo quedan con configuración de gas noble); el del K, en n=4n = 4, está más lejos y cuesta menos que el del Na, en n=3n = 3.
  • En el período 2 la energía crece de izquierda a derecha: el F, con más carga nuclear efectiva y menor radio, la tiene mucho mayor que el B.
D<C<A<B(K<Na<B<F)\text{D} < \text{C} < \text{A} < \text{B} \qquad (\text{K} < \text{Na} < \text{B} < \text{F})(Valores aproximados: 419, 496, 801 y 1681 kJ/mol.)

d) Números cuánticos del electrón más externo de D

El electrón más externo del potasio es el 4s14s^1:
  • n=4n = 4 (cuarto nivel);
  • l=0l = 0 (orbital ss);
  • ml=0m_l = 0 (con l=0l = 0 solo cabe ml=0m_l = 0);
  • ms=+12m_s = +\tfrac{1}{2} o −12-\tfrac{1}{2}.
Los valores posibles son (4,0,0,+12)(4, 0, 0, +\tfrac{1}{2}) o (4,0,0,−12)(4, 0, 0, -\tfrac{1}{2}).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

Las letras A, B, C, D del enunciado no son los símbolos de los elementos: no confundas el «elemento B» (Z = 9, el flúor) con el boro (que aquí es A). Identifícalos al principio y escribe sus nombres.

En b) y c) el orden sin explicación vale poco: justifica con la carga nuclear efectiva y el radio (o el nivel nn del electrón más externo). En d) da los dos valores posibles del espín.
Paso 1 de 3
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