QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Andalucía · 2020 · Septiembre

Enunciado

Bloque B · B2. Explique razonadamente si son ciertas o no las siguientes afirmaciones:

a) La primera energía de ionización del potasio es menor que la del litio.

b) El radio del ion sodio,

\text{Na}^+

, es mayor que el radio del átomo neutro.

c) La segunda energía de ionización del potasio es menor que la primera.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) VERDADERA} \;-\; EI(\text{K}) = 419 < EI(\text{Li}) = 520 \text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\;}

\boxed{\;\textbf{b) FALSA} \;-\; r(\text{Na}^+) = 102 \ll r(\text{Na}) = 186 \text{ pm}\;}

\boxed{\;\textbf{c) FALSA} \;-\; EI_2 = 3\,052 \ggg EI_1 = 419 \text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Tres afirmaciones con tres herramientas:

a) Tendencia dentro de un grupo: la energía de ionización disminuye al bajar.
b) Relación átomo / catión: al perder electrones el radio siempre disminuye.
c) Energías de ionización sucesivas: siempre crecen, y dan un salto enorme al llegar a una capa de gas noble.

Desarrollo

a) VERDADERA.

El litio y el potasio son ambos alcalinos (grupo 1), pero en periodos distintos:

\text{Li} \;(Z=3): [\text{He}]\,2s^1 \qquad \text{K} \;(Z=19): [\text{Ar}]\,4s^1

Al bajar en un grupo se añaden capas electrónicas. El electrón de valencia queda:

Más lejos del núcleo (la atracción decae con la distancia).
Más apantallado por las capas internas, que neutralizan buena parte de la carga nuclear.

Ambos efectos facilitan arrancarlo:

EI(\text{Li}) = 520 \;>\; EI(\text{Na}) = 496 \;>\; EI(\text{K}) = 419 \; \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

Es la razón de que el potasio sea más reactivo que el litio frente al agua: cede su electrón con más facilidad.

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

b) FALSA. El

\text{Na}^+

es mucho menor que el átomo neutro.

\text{Na}: \; 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1 \qquad \text{Na}^+: \; 1s^2 2s^2 2p^6

Al formar el catión, el sodio pierde su capa $n = 3$ entera, así que se queda con dos capas en lugar de tres. Y además quedan 11 protones tirando de solo 10 electrones, lo que comprime aún más la nube:

r(\text{Na}) = 186 \text{ pm} \;\gg\; r(\text{Na}^+) = 102 \text{ pm}

El ion mide poco más de la mitad. La regla general:

\textbf{catión} \;<\; \text{átomo neutro} \;<\; \textbf{anión}

c) FALSA. La segunda energía de ionización es muchísimo mayor.

Las energías de ionización sucesivas siempre aumentan, por dos motivos:

Cada electrón se arranca de una especie ya cargada positivamente, que lo retiene con más fuerza.
Al quedar menos electrones, disminuye el apantallamiento y aumenta $Z_{\text{ef}}$ .

Pero en el potasio el aumento es espectacular, porque el segundo electrón habría que arrancarlo de una capa de gas noble:

\text{K} \;([\text{Ar}]4s^1) \;\xrightarrow{\;EI_1 = 419\;}\; \text{K}^+ \;([\text{Ar}]) \;\xrightarrow{\;EI_2 = 3\,052\;}\; \text{K}^{2+}

\frac{EI_2}{EI_1} = \frac{3\,052}{419} \approx \mathbf{7{,}3}

Más de siete veces. Ese salto es precisamente la razón de que el potasio forme exclusivamente iones

\text{K}^+

: el

\text{K}^{2+}

no existe en química ordinaria.

Consejo

El apartado c) enseña a leer las energías de ionización sucesivas, una herramienta que resuelve muchas cuestiones: el salto grande indica dónde está la capa de gas noble y, por tanto, cuál es la carga del ion estable.
Elemento $EI_1$ $EI_2$ $EI_3$ $EI_4$ Ion estable
K (grupo 1) 419 3 052 4 420 5 877 $\text{K}^+$
Mg (grupo 2) 738 1 451 7 733 10 543 $\text{Mg}^{2+}$
Al (grupo 13) 577 1 817 2 745 11 577 $\text{Al}^{3+}$
(Valores en $\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ .)

El salto aparece justo después de vaciar la capa de valencia.

Y en b), ten claro el porqué: el catión no solo tiene menos electrones, es que a menudo pierde una capa entera. Por eso la reducción de tamaño es tan grande.