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Sistema periódico y propiedades periódicas

Cataluña · 2021 · Septiembre

Enunciado

La tabla periódica actual está ordenada por el número atómico de los elementos químicos y nos aporta datos de propiedades como el radio atómico o iónico, la energía de ionización, la afinidad electrónica o la electronegatividad de los elementos, que varían de manera regular en un grupo o en un periodo.

a) (1,25 puntos) Defina los términos número atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad de un elemento químico.

b) (1,25 puntos) La primera energía de ionización de tres elementos químicos es

418\ \text{kJ mol}^{-1}

497\ \text{kJ mol}^{-1}

736\ \text{kJ mol}^{-1}

. Sabemos que estos valores corresponden al magnesio, al potasio y al sodio, pero desconocemos qué valor corresponde a cada uno. Escriba la configuración electrónica de los tres elementos y justifique qué valor de la energía de ionización asignaría al magnesio y cuál al sodio. Compare razonadamente el radio del átomo de

\text{Na}

con el del ion

\text{Na}^+

.

Datos: Números atómicos:

Z(\text{Na}) = 11

;

Z(\text{Mg}) = 12

;

Z(\text{K}) = 19

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Resultado

a) Número atómico: número de protones del átomo. Energía de ionización: energía para arrancar un electrón a un átomo en estado gaseoso. Afinidad electrónica: energía asociada a la captura de un electrón por un átomo en estado gaseoso. Electronegatividad: tendencia de un átomo a atraer los electrones de un enlace.

b)

\text{Na}

1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1

;

\text{Mg}

1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2

;

\text{K}

1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1

\boxed{\;E_i(\text{Mg}) = 736\ \text{kJ/mol}\;}\qquad \boxed{\;E_i(\text{Na}) = 497\ \text{kJ/mol}\;}\qquad \boxed{\;\text{radio}(\text{Na}) > \text{radio}(\text{Na}^+)\;}

Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.

a) Definiciones:

0,2 p. Número atómico. Nos indica el número de protones que tenemos en el átomo del elemento.

Opcional: pueden especificar que se encuentran en el núcleo del átomo.

0,4 p. Energía de ionización. Es la energía que hay que suministrar a un elemento en estado gaseoso para arrancar un electrón.

Opcional:

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

Si no indican que el átomo debe estar en estado gaseoso, se penalizará con 0,2 p.

0,4 p. Afinidad electrónica. Es la energía asociada al proceso en el que un elemento en estado gaseoso capta un electrón.

Opcional:

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

Si no indican que el átomo debe estar en estado gaseoso, se penalizará con 0,2 p.

0,25 p. Electronegatividad. Mide la tendencia de un átomo a atraer los electrones que forman parte de un enlace.

b) Escribir las configuraciones electrónicas

0,15 p.

$\text{Na}\ (Z = 11)$ : $1s^2,\ 2s^2,\ 2p^6,\ 3s^1$
$\text{Mg}\ (Z = 12)$ : $1s^2,\ 2s^2,\ 2p^6,\ 3s^2$
$\text{K}\ (Z = 19)$ : $1s^2,\ 2s^2,\ 2p^6,\ 3s^2,\ 3p^6,\ 4s^1$

Asignación de los tres valores de energía de ionización

0,3 p. Comparamos primero el radio de los tres elementos.

El radio atómico del K es mayor que el de los otros dos, ya que el K es un elemento con el electrón más externo en la capa

n = 4

, mientras que el Na y el Mg tienen el electrón más externo en

n = 3

.

El radio del Mg es menor que el del Na, ya que son elementos que tienen el electrón más externo en la misma capa

n = 3

(radio similar), pero al tener el Mg un protón y un electrón más (tiene más carga), la fuerza de atracción hace que su radio sea algo inferior.

\Rightarrow\ \text{radio}(\text{Mg}) < \text{radio}(\text{Na}) < \text{radio}(\text{K})

Si la justificación del radio se hace solo en base a la posición de los elementos en la tabla periódica, se penalizará con 0,3 p.
Es correcto si hacen un razonamiento basado en la carga nuclear efectiva.

0,3 p. Comparamos la energía de ionización de los tres elementos.

La fuerza de atracción del electrón externo (carga negativa) con el núcleo (carga positiva) depende de la distancia que los separe (radio). Cuanto menor sea esta distancia, más fuerza de atracción (según la ley de Coulomb) y más costará arrancar el electrón.

La energía de ionización (

E_i

) será mayor cuanto más pequeño sea el radio.

\Rightarrow\ E_i(\text{Mg}) > E_i(\text{Na}) > E_i(\text{K})

0,3 p. Por lo tanto, podemos asignar los valores siguientes:

Energía de ionización del Mg $= 736\ \text{kJ/mol}$ (valor más alto)
Energía de ionización del Na $= 497\ \text{kJ/mol}$ (el valor intermedio)

Si la justificación del potencial de ionización se hace solo en base a la posición de los elementos en la tabla periódica, se penalizará con 0,2 p.

Comparar el radio del Na y del Na⁺

0,2 p. El ion