Sistema periódico y propiedades periódicas

Configuraciones y posición.$$\text{Mg} \;(Z=12): [\text{Ne}]\,3s^2 \qquad \text{grupo 2}$$$$\text{Si} \;(Z=14): [\text{Ne}]\,3s^2 3p^2 \qquad \text{grupo 14}$$$$\text{P} \;(Z=15): [\text{Ne}]\,3s^2 3p^3 \qquad \text{grupo 15}$$Los tres pertenecen al periodo 3, con la misma capa de valencia ($n = 3$).

a) Mayor radio: el magnesio.

Al avanzar hacia la derecha en un periodo aumenta $Z$ pero los electrones nuevos entran en la misma capa, donde se apantallan mal entre sí. La carga nuclear efectiva crece y la nube se contrae:$$Z_{\text{ef}}(\text{Mg}) < Z_{\text{ef}}(\text{Si}) < Z_{\text{ef}}(\text{P}) \;\Longrightarrow\; r(\text{Mg}) > r(\text{Si}) > r(\text{P})$$$$r(\text{Mg}) = 160 \;>\; r(\text{Si}) = 117 \;>\; r(\text{P}) = 110 \; \text{pm}$$b) Menor energía de ionización: el magnesio.

Es la otra cara del apartado anterior. Cuanto mayor es el radio y menor la carga nuclear efectiva, más fácil resulta arrancar el electrón más externo:$$EI(\text{Mg}) = 738 \;<\; EI(\text{Si}) = 786 \;<\; EI(\text{P}) = 1\,012 \; \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$$El magnesio es además el único metal de los tres: su comportamiento característico es ceder los dos electrones $3s$ para alcanzar la configuración del neón.

c) Mayor afinidad electrónica: el fósforo (según la tendencia periódica).

La afinidad electrónica mide la energía liberada al captar un electrón:$$\text{X}(g) + e^- \longrightarrow \text{X}^-(g) + \text{energía}$$Siguiendo la tendencia general, crece hacia la derecha del periodo: cuanto más cerca está un elemento de completar el octeto y mayor es su $Z_{\text{ef}}$, más energía libera al ganar un electrón. De los tres, el fósforo es el que está más a la derecha.

El magnesio, en el extremo opuesto, tiene una afinidad electrónica prácticamente nula (el proceso llega a ser endotérmico: el ion $\text{Mg}^-$ no es estable): al ser un metal con el $3s$ completo, ganar un electrón le obligaría a estrenar el $3p$ sin ninguna ganancia de estabilidad.

Matiz experimental (para saber más). Los valores tabulados presentan aquí una anomalía conocida:$$AE(\text{Si}) = -134 \qquad AE(\text{P}) = -72 \; \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1} \qquad AE(\text{Mg}) > 0$$El silicio supera al fósforo porque el fósforo tiene el subnivel $3p^3$ semilleno, una configuración especialmente estable que se rompería al añadir un electrón. Es la misma excepción que hace que $AE(\text{O}) > AE(\text{N})$. La respuesta esperada en Selectividad es la de la tendencia (el fósforo), pero conocer la anomalía demuestra criterio.