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Sistema periódico y propiedades periódicas

Castilla y León · 2020 · Septiembre

Enunciado

Para los elementos del segundo periodo:

a) (0,6 puntos) ¿Cuáles consiguen configuración de gas noble al ganar o perder un solo electrón? Escriba las configuraciones electrónicas ordenadas de los iones resultantes.

b) (0,6 puntos) Ordene los elementos de los grupos 13 al 17 de acuerdo con el valor creciente de su radio atómico. Justifique la respuesta.

c) (0,8 puntos) Defina energía de ionización. Entre el elemento del grupo 1 y el del grupo 2, ¿cuál tiene mayor energía de ionización? Justifique la respuesta.

Datos: números atómicos: Li = 3; Be = 4; B = 5; C = 6; N = 7; O = 8; F = 9; Ne = 10.

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Resultado

a) El Li (perdiendo un electrón) y el F (ganándolo): $\text{Li}^+$ $1s^2$ y $\text{F}^-$ $1s^2\,2s^2\,2p^6$ .
b) $\text{F} < \text{O} < \text{N} < \text{C} < \text{B}$ : el radio baja al crecer la carga nuclear efectiva.
c) El Be: mayor carga nuclear efectiva, menor radio y subnivel $2s$ lleno.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los elementos del segundo periodo van del litio (

Z = 3

) al neón (

Z = 10

) y todos tienen su capa de valencia en

n = 2

. Para el apartado a) basta con mirar cuántos electrones les sobran o les faltan para tener la configuración de un gas noble (He o Ne). En b) y c) la clave es la carga nuclear efectiva: a lo largo del periodo aumenta

Z

y los electrones se añaden a la misma capa, que apantalla poco, así que el núcleo los atrae cada vez más.

Desarrollo

a) Iones con configuración de gas noble

Las configuraciones de los elementos del periodo son:

Elemento	$Z$	Configuración
Li	3	$1s^2\,2s^1$
Be	4	$1s^2\,2s^2$
B	5	$1s^2\,2s^2\,2p^1$
C	6	$1s^2\,2s^2\,2p^2$
N	7	$1s^2\,2s^2\,2p^3$
O	8	$1s^2\,2s^2\,2p^4$
F	9	$1s^2\,2s^2\,2p^5$
Ne	10	$1s^2\,2s^2\,2p^6$

El litio tiene un solo electrón en la capa de valencia ( $2s^1$ ): al perderlo queda con la configuración del helio.
El flúor tiene siete electrones de valencia ( $2s^2\,2p^5$ ): al ganar uno completa el octeto y queda con la configuración del neón.

El resto necesitaría ganar o perder dos o más electrones (el Be pierde dos, el O gana dos…), y el Ne ya tiene configuración de gas noble. Los iones resultantes son:

\text{Li}^+:\ 1s^2 \quad (\text{como el He}) \qquad\qquad \text{F}^-:\ 1s^2\,2s^2\,2p^6 \quad (\text{como el Ne})

b) Radio atómico de los grupos 13 al 17

Los elementos de los grupos 13 a 17 del segundo periodo son B, C, N, O y F. Todos tienen sus electrones más externos en la misma capa (

n = 2

), pero al avanzar en el periodo:

aumenta el número atómico, es decir, la carga del núcleo (de $+5$ a $+9$ );
el electrón que se añade entra en la misma capa, de modo que apenas apantalla a los demás electrones de esa capa.

Por tanto, la carga nuclear efectiva que sienten los electrones externos crece de izquierda a derecha, el núcleo los atrae con más fuerza y la nube electrónica se contrae: el radio disminuye a lo largo del periodo. En orden creciente de radio:

\text{F} < \text{O} < \text{N} < \text{C} < \text{B}

c) Energía de ionización: Li frente a Be

La energía de ionización (primera) es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más débilmente retenido de un átomo neutro, en estado gaseoso y fundamental, para formar un ion monopositivo gaseoso:

\text{X}(g) + E_I \longrightarrow \text{X}^+(g) + e^-

El elemento del grupo 1 del periodo es el litio (

1s^2\,2s^1

) y el del grupo 2, el berilio (

1s^2\,2s^2

). En los dos se arranca un electrón

2s

, pero:

el berilio tiene un protón más en el núcleo y su segundo electrón $2s$ apantalla muy poco al otro, así que su carga nuclear efectiva es mayor;
por eso su radio es menor y el electrón está más cerca del núcleo y más atraído;
además, el Be tiene el subnivel $2s$ completo, una configuración especialmente estable.

Hace falta más energía para arrancar el electrón del berilio: el Be tiene mayor energía de ionización que el Li (los valores experimentales son unos

900\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

para el Be y

520\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

para el Li).

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

Consejo

En a) piden los elementos que lo consiguen con un solo electrón: el Be o el O también llegan a gas noble, pero con dos. Y no olvides escribir la configuración del ion, no la del átomo.

En b) y c) no basta con decir «el radio disminuye hacia la derecha»: la justificación que puntúa es la carga nuclear efectiva (más protones y electrones en la misma capa, que apantallan poco).

Paso 1 de 3

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