QuímicaMedioCuestión · 1 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Castilla-La Mancha · 2019 · Julio · Opción A

Enunciado

Dados los elementos K (Z = 19), Ca (Z = 20), Zn (Z = 30), F (Z = 9) y Ne (Z = 10), ordénalos razonadamente, de menor a mayor, de acuerdo con sus valores de:

a) radio atómico;

b) energía de ionización.

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Resultado

\boxed{\begin{aligned} &\text{a) Radio: } \text{Ne} < \text{F} < \text{Zn} < \text{Ca} < \text{K} \\ &\text{b) Energía de ionización: } \text{K} < \text{Ca} < \text{Zn} < \text{F} < \text{Ne} \end{aligned}}

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Estrategia

Primero se sitúa cada elemento en la tabla con su configuración electrónica. Después se aplican las dos tendencias: en un mismo periodo, de izquierda a derecha aumenta la carga nuclear efectiva y los electrones se quedan en la misma capa, así que el radio disminuye y la energía de ionización aumenta; al bajar en un grupo se añaden capas, el radio aumenta y la energía de ionización disminuye.

Desarrollo

Situación en la tabla.

Elemento	Configuración	Periodo	Grupo
F ( $Z = 9$ )	$1s^2\,2s^2\,2p^5$	2	17 (halógenos)
Ne ( $Z = 10$ )	$1s^2\,2s^2\,2p^6$	2	18 (gases nobles)
K ( $Z = 19$ )	$[\text{Ar}]\,4s^1$	4	1 (alcalinos)
Ca ( $Z = 20$ )	$[\text{Ar}]\,4s^2$	4	2 (alcalinotérreos)
Zn ( $Z = 30$ )	$[\text{Ar}]\,3d^{10}\,4s^2$	4	12 (bloque $d$ )

F y Ne son del periodo 2 (dos capas); K, Ca y Zn, del periodo 4 (cuatro capas), en ese orden de izquierda a derecha.

a) Radio atómico.

Los elementos del periodo 2 tienen sus electrones de valencia en la capa $n = 2$ , mucho más cerca del núcleo que los del periodo 4 ( $n = 4$ ): F y Ne son los más pequeños.
Dentro del periodo 2, el Ne tiene un protón más que el F con los electrones en la misma capa: mayor carga nuclear efectiva y menor radio. Ne < F.
Dentro del periodo 4, de K a Ca a Zn aumenta la carga nuclear ( $Z = 19, 20, 30$ ) y los electrones externos siguen en el $4s$ ; los diez electrones $3d$ del Zn apantallan poco, así que la carga nuclear efectiva crece y el radio disminuye. Zn < Ca < K.

\text{Ne} < \text{F} < \text{Zn} < \text{Ca} < \text{K}

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b) Energía de ionización.

La energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso. Cuanto más pequeño es el átomo y mayor la carga nuclear efectiva, más atraído está ese electrón y más cuesta arrancarlo: sigue la tendencia contraria al radio.

El K es el que menos energía necesita: pierde su único electrón $4s^1$ y queda con la configuración de gas noble.
El Ca y el Zn tienen más carga nuclear efectiva en el mismo periodo: K < Ca < Zn (el $4s^2$ del Zn está, además, estabilizado por la subcapa $3d^{10}$ llena).
F y Ne tienen los electrones en la capa $n = 2$ , muy cerca del núcleo, y por eso sus energías de ionización son mucho mayores que las del periodo 4.
El Ne, gas noble con la capa completa ( $2s^2\,2p^6$ ) y mayor carga nuclear efectiva, es el que tiene la energía de ionización más alta.

\text{K} < \text{Ca} < \text{Zn} < \text{F} < \text{Ne}

(Valores experimentales, en

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

: K 419, Ca 590, Zn 906, F 1681, Ne 2081.)

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Consejo

Separa siempre los dos efectos: primero el número de capas (el periodo manda), y solo dentro de un mismo periodo la carga nuclear efectiva. Así el Zn, aunque tenga Z = 30, sale más pequeño que el Ca pero mucho mayor que el F.

La justificación cuenta tanto como el orden: nombra la carga nuclear efectiva y el número de capas, no basta con «aumenta hacia la derecha».

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