QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos · Enlace químico y geometría molecular

Comunidad de Madrid · 2020 · Septiembre

Enunciado

Considere los siguientes elementos: A (nitrogenoide del periodo 3), B (

Z = 11

), C (subnivel

3p

con solo dos electrones) y D (periodo 2, grupo 15).

a) (0,5 puntos) Identifique cada elemento con su nombre y símbolo.

b) (0,5 puntos) Determine la configuración electrónica de cada elemento.

c) (0,5 puntos) Justifique si la segunda energía de ionización del elemento A es menor que la del B.

d) (0,5 puntos) Formule el compuesto formado por los elementos A y B y razone si presenta conductividad eléctrica en estado fundido.

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Resultado

a) A = fósforo (P); B = sodio (Na); C = silicio (Si); D = nitrógeno (N).
b) P: $[\text{Ne}]\,3s^2 3p^3$ ; Na: $[\text{Ne}]\,3s^1$ ; Si: $[\text{Ne}]\,3s^2 3p^2$ ; N: $1s^2 2s^2 2p^3$ .
c) Sí: $\text{EI}_2(\text{P}) < \text{EI}_2(\text{Na})$ , porque el $\text{Na}^+$ tiene configuración de gas noble.
d) $\text{Na}_3\text{P}$ , iónico: conduce fundido (iones libres).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo sale de situar cada elemento en la tabla. Los nitrogenoides son el grupo 15; el periodo dice cuál es la capa de valencia; «

3p

con solo dos electrones» es el segundo elemento del bloque

p

del periodo 3.

Para la segunda energía de ionización hay que mirar el catión

\text{X}^+

, no el átomo: la clave es si al quitar el segundo electrón se rompe o no una configuración de gas noble.

En d), un metal muy electropositivo (Na) con un no metal (P) da un compuesto iónico, y lo que decide si conduce es si hay iones libres para moverse.

Desarrollo

a) Identificación:

A: los nitrogenoides forman el grupo 15 (N, P, As…). El del periodo 3 es el fósforo, P ( $Z = 15$ ).
B: $Z = 11$ es el sodio, Na.
C: el subnivel $3p$ con dos electrones ( $3p^2$ ) corresponde al grupo 14 del periodo 3: silicio, Si ( $Z = 14$ ).
D: periodo 2, grupo 15: nitrógeno, N ( $Z = 7$ ).

b) Configuraciones electrónicas (orden de llenado de Aufbau):

Elemento	$Z$	Configuración
A = P	15	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3$
B = Na	11	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$
C = Si	14	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^2$
D = N	7	$1s^2\,2s^2\,2p^3$

c) La segunda energía de ionización es la energía necesaria para arrancar un electrón al catión monopositivo gaseoso:

\text{X}^+(g) \longrightarrow \text{X}^{2+}(g) + e^-

Veamos qué catión queda en cada caso tras la primera ionización:

$\text{Na}^+$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6$ , configuración de gas noble (la del neón). El segundo electrón sale de la capa $n = 2$ , mucho más cercana al núcleo y con una carga nuclear efectiva muy alta, y además se rompe una configuración especialmente estable.
$\text{P}^+$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^2$ . El segundo electrón sale todavía de la capa de valencia $n = 3$ , más alejada y apantallada.

Por tanto, arrancar el segundo electrón al sodio cuesta muchísimo más: sí, la segunda energía de ionización de A (P) es menor que la de B (Na). (Valores tabulados, solo como referencia:

\text{EI}_2(\text{P}) \approx 1907\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}

frente a

\text{EI}_2(\text{Na}) \approx 4562\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}

.)

Obsérvese que con la primera energía de ionización ocurre lo contrario: el Na pierde con facilidad su único electrón

3s

\text{EI}_1(\text{Na}) < \text{EI}_1(\text{P})

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

d) El sodio tiende a perder un electrón y formar

\text{Na}^+

; el fósforo, a ganar tres para completar el octeto y formar el ion fosfuro

\text{P}^{3-}

(

3s^2\,3p^6

). Para que el compuesto sea neutro hacen falta tres sodios por cada fósforo:

\text{Na}_3\text{P} \quad \text{(fosfuro de sodio)}

Es la unión de un metal muy electropositivo con un no metal, con gran diferencia de electronegatividad: compuesto iónico, que forma una red cristalina de cationes y aniones.

En estado sólido no conduce: los iones ocupan posiciones fijas de la red y no hay cargas libres que se desplacen.
Fundido sí conduce la corriente eléctrica: al fundir se destruye la red y los iones $\text{Na}^+$ y $\text{P}^{3-}$ quedan libres para moverse hacia los electrodos.

Consejo

En c) el error típico es razonar con la tendencia de la primera energía de ionización («aumenta hacia la derecha, luego el P la tiene mayor») y concluir al revés. Para la segunda hay que escribir el catión $\text{X}^+$ y preguntarse de dónde sale el siguiente electrón: si sale de una capa interna con configuración de gas noble, el salto es enorme.

En d) no basta con decir «es iónico, conduce»: precisa que conduce fundido o disuelto, porque los iones quedan libres, y que en estado sólido no conduce.