QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Andalucía · 2019 · Reserva 2 · Opción A

Enunciado

Opción A · Cuestión 2. Conteste razonadamente:

a) ¿Qué elemento tiene mayor radio atómico, el de

Z = 13

o el de

Z = 15

?

b) ¿Cuál es el orden creciente de las primeras energías de ionización de los elementos

Z = 13

Z = 15

Z = 37

?

c) ¿Cuál es la configuración electrónica del ion más probable para el elemento de

Z = 37

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Mayor radio: } Z = 13 \; (\text{Al})\;}

\boxed{\;\textbf{b) } \text{EI}(Z=37) < \text{EI}(Z=13) < \text{EI}(Z=15)\;}

\boxed{\;\textbf{c) } \text{Rb}^+: [\text{Kr}] = 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6\;}

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Estrategia

Escribe las tres configuraciones y sitúa cada elemento en la tabla: con eso, los tres apartados son aplicaciones directas de las tendencias periódicas.

Z = 13: \; [\text{Ne}]\,3s^2\,3p^1 \;\to\; \text{período 3, grupo 13} \; (\textbf{Al})

Z = 15: \; [\text{Ne}]\,3s^2\,3p^3 \;\to\; \text{período 3, grupo 15} \; (\textbf{P})

Z = 37: \; [\text{Kr}]\,5s^1 \;\to\; \text{período 5, grupo 1} \; (\textbf{Rb})

Dos de ellos comparten período (se comparan por carga nuclear) y el tercero está muy abajo a la izquierda (se compara por número de capas).

Desarrollo

a) Mayor radio atómico: el de $Z = 13$ (aluminio).

Ambos pertenecen al período 3, así que tienen el mismo número de capas electrónicas. El fósforo tiene dos protones más en el núcleo, y esos protones no quedan compensados por el apantallamiento, porque los electrones que se añaden ocupan la misma capa y se apantallan mal entre sí.

Z_{ef}(\text{P}) > Z_{ef}(\text{Al}) \qquad\Longrightarrow\qquad \text{electrones más atraídos} \qquad\Longrightarrow\qquad r(\text{P}) < r(\text{Al})

Es la tendencia general: el radio atómico disminuye a lo largo de un período.

b) Orden creciente de energías de ionización: $Z = 37 < Z = 13 < Z = 15$ .

El rubidio ( $Z = 37$ ) tiene su electrón de valencia en el orbital $5s$ , muy alejado del núcleo y fuertemente apantallado por las cuatro capas interiores. Además, al perderlo alcanza la configuración del kriptón. Su energía de ionización es, con mucho, la menor.
Entre aluminio y fósforo, ambos del período 3, se aplica la misma tendencia que en a): a mayor carga nuclear efectiva, más cuesta arrancar un electrón.

\text{EI}(\text{Rb}) < \text{EI}(\text{Al}) < \text{EI}(\text{P})

(Valores reales, como referencia:

403

578

1012\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}

.)

c) Ion más probable del elemento $Z = 37$ : $\text{Rb}^+$ .

El rubidio es un metal alcalino con un solo electrón de valencia. Perderlo cuesta muy poco y lo deja con configuración de gas noble:

\text{Rb}: [\text{Kr}]\,5s^1 \;\xrightarrow{-1e^-}\; \text{Rb}^+ = [\text{Kr}]

\text{Rb}^+: \; 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6

Perder un segundo electrón exigiría romper esa capa completa, con una segunda energía de ionización desproporcionadamente alta.

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

Consejo

Las comparaciones de propiedades periódicas se hacen con dos criterios, y conviene aplicarlos por separado: número de capas (decide entre períodos distintos, y es el que manda) y carga nuclear efectiva (decide dentro de un mismo período).

En b) hay que combinar los dos: el rubidio gana por capas y, entre los dos del período 3, decide la carga nuclear. Ordenar «de menor a mayor $Z$ » sin razonar daría un orden incorrecto.

Y en c), escribe la configuración completa si el enunciado la pide, no solo $[\text{Kr}]$ . Justifica además con la estabilidad del gas noble: es lo que convierte la respuesta en un razonamiento.