QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Andalucía · 2021 · Reserva 4
Enunciado
Bloque B · B2. Indique razonadamente:

a) Con qué elemento de la tabla periódica es isoelectrónico el catión más estable que forma el Mg\text{Mg}.

b) Entre los átomos de He\text{He} y N\text{N}, cuál tiene la energía de ionización más alta.

c) Entre el Cl\text{Cl} y el Cl−\text{Cl}^-, qué especie presenta mayor radio.
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Resultado
  a) el neoˊn: Mg2+=1s22s22p6  (10 e−)  \boxed{\;\textbf{a) el neón: } \text{Mg}^{2+} = 1s^2 2s^2 2p^6 \;(10\ e^-)\;}  b) el helio: EI=2 372 kJ⋅mol−1, la mayor de la tabla  \boxed{\;\textbf{b) el helio: } EI = 2\,372 \text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}, \text{ la mayor de la tabla}\;}  c) el Cl−:  181 pm frente a 99 pm  \boxed{\;\textbf{c) el } \text{Cl}^-: \; 181 \text{ pm frente a } 99 \text{ pm}\;}
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Estrategia

Tres preguntas breves con tres herramientas:
  • a) Isoelectrónico significa "con el mismo número de electrones". Basta con contar.
  • b) Comparar un gas noble con un no metal: los gases nobles tienen las energías de ionización más altas de la tabla.
  • c) Relación entre un átomo y su anión: al ganar electrones el radio siempre aumenta.
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Desarrollo

a) El Mg2+\text{Mg}^{2+} es isoelectrónico con el neón.

El magnesio (Z=12Z = 12) tiene configuración [Ne] 3s2[\text{Ne}]\,3s^2, es decir, dos electrones de valencia. Su catión más estable se forma cediéndolos:Mg⟶Mg2++2e−\text{Mg} \longrightarrow \text{Mg}^{2+} + 2e^-e−(Mg2+)=12−2=10e^-(\text{Mg}^{2+}) = 12 - 2 = \mathbf{10}Mg2+:  1s2 2s2 2p6  =  [Ne]\text{Mg}^{2+}: \; 1s^2\,2s^2\,2p^6 \;=\; [\text{Ne}]Diez electrones y la misma configuración que el neón (Z=10Z = 10): son isoelectrónicos.

Precisamente esa es la razón de que el magnesio forme el ion +2+2 y no otro: alcanza la estructura de gas noble por el camino energéticamente más barato. Arrancarle un tercer electrón exigiría romper esa capa cerrada (EI3=7 733EI_3 = 7\,733 frente a EI2=1 451 kJ⋅mol−1EI_2 = 1\,451\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}).

b) El helio tiene la energía de ionización más alta.He  (Z=2):  1s2N  (Z=7):  1s22s22p3\text{He} \;(Z=2): \; 1s^2 \qquad \text{N} \;(Z=7): \; 1s^2 2s^2 2p^3Dos razones convergentes:
  1. El helio es un gas noble con la capa n=1n = 1 completa, la configuración más estable que existe. Arrancarle un electrón obliga a romper esa capa cerrada.
  2. Sus electrones están en la primera capa, extraordinariamente próxima al núcleo y sin ningún apantallamiento interno.
EI(He)=2 372  ≫  EI(N)=1 402  kJ⋅mol−1EI(\text{He}) = 2\,372 \;\gg\; EI(\text{N}) = 1\,402 \; \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}De hecho, el helio tiene la mayor energía de ionización de toda la tabla periódica: ningún otro elemento retiene sus electrones con tanta fuerza.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) El Cl−\text{Cl}^- tiene mayor radio que el Cl\text{Cl}.Cl:  17 p+,  17 e−Cl−:  17 p+,  18 e−\text{Cl}: \; 17 \text{ p}^+, \; 17\ e^- \qquad \text{Cl}^-: \; 17 \text{ p}^+, \; 18\ e^-Al captar un electrón, el número de protones no cambia pero el de electrones aumenta. Dos efectos hinchan el ion:
  1. Más repulsión entre los electrones de la capa de valencia, que ahora son ocho en lugar de siete.
  2. Menor carga nuclear efectiva por electrón: los mismos 17 protones deben sujetar a un electrón más, así que cada uno queda menos atraído.
r(Cl)=99 pm  <  r(Cl−)=181 pmr(\text{Cl}) = 99 \text{ pm} \;<\; r(\text{Cl}^-) = 181 \text{ pm}El anión mide casi el doble. Es la regla general:catioˊn  <  aˊtomo neutro  <  anioˊn\textbf{catión} \;<\; \text{átomo neutro} \;<\; \textbf{anión}
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Consejo

El apartado c) contiene la regla que más se confunde de todo el tema. Razónala siempre igual:
  • Catión: pierde electrones (a menudo, la capa externa entera) y los protones restantes comprimen los que quedan. Se encoge mucho.
  • Anión: gana electrones, aumenta la repulsión y el mismo núcleo sujeta a más. Se hincha.
Na+  (102)  <  Na  (186)Cl  (99)  <  Cl−  (181)  pm\text{Na}^+ \;(102) \;<\; \text{Na} \;(186) \qquad \text{Cl} \;(99) \;<\; \text{Cl}^- \;(181) \; \text{pm}Y para b), ten presente que los gases nobles cierran cada periodo con el máximo de energía de ionización, y que el helio se lleva el récord absoluto. Es el argumento más contundente que puedes dar.
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