QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos

Comunidad de Madrid · 2021 · Julio

Enunciado

Responda las siguientes cuestiones:

a) (0,75 puntos) Considere los elementos: A (

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

), B (

1s^2\,2s^2\,2p^2

) y C (

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

). Identifique cada elemento y especifique el grupo y el periodo al que pertenece.

b) (0,5 puntos) Considere los elementos D (

1s^2\,2s^1

) y E (

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

). La primera energía de ionización de uno de ellos es

2080{,}7\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

y la del otro

520{,}2\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

. Justifique qué valor de la energía de ionización corresponde a cada uno.

c) (0,75 puntos) ¿Cuántos electrones desapareados existen en los átomos de Na, N y Ne?

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Resultado

a) A = Mg (periodo 3, grupo 2); B = C (periodo 2, grupo 14); C = S (periodo 3, grupo 16).
b) D = Li: $520{,}2\ \text{kJ/mol}$ ; E = Ne: $2080{,}7\ \text{kJ/mol}$ (capa completa, gas noble).
c) Na: 1; N: 3; Ne: 0 electrones desapareados.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo sale de leer bien las configuraciones electrónicas:

Número atómico = suma de los superíndices (átomo neutro). Con él se identifica el elemento.
Periodo = mayor valor de $n$ que aparece. Grupo: en el bloque $s$ , el número de electrones $s$ de la última capa; en el bloque $p$ , $12 +$ electrones de valencia ( $ns + np$ ).
La energía de ionización es mínima en los alcalinos (un electrón solitario fuera de una capa cerrada) y máxima en los gases nobles (capa completa).
Los electrones desapareados se cuentan repartiendo los electrones de la última subcapa según la regla de Hund.

Desarrollo

a) Identificación, grupo y periodo

Elemento	Configuración	$Z$	Elemento	Periodo	Grupo
A	$[\text{Ne}]\,3s^2$	12	Magnesio (Mg)	3	2 (alcalinotérreos)
B	$[\text{He}]\,2s^2\,2p^2$	6	Carbono (C)	2	14 (carbonoideos)
C	$[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4$	16	Azufre (S)	3	16 (anfígenos)

Razonamiento en cada caso:

A: la capa más externa es $n = 3$ → periodo 3. Su electrón diferenciador entra en un orbital $s$ y hay 2 electrones $3s$ → bloque $s$ , grupo 2.
B: capa más externa $n = 2$ → periodo 2. Tiene 4 electrones de valencia ( $2s^2\,2p^2$ ) en el bloque $p$ → grupo $12 + 2 = 14$ .
C: capa más externa $n = 3$ → periodo 3. Tiene 6 electrones de valencia ( $3s^2\,3p^4$ ) en el bloque $p$ → grupo $12 + 4 = 16$ .

b) Energías de ionización de D y E

Con

Z = 3

, D es el litio (grupo 1, periodo 2) y con

Z = 10

, E es el neón (grupo 18, periodo 2). Están en el mismo periodo, en los dos extremos.

El litio tiene un único electrón en la capa $n = 2$ , apantallado por los dos electrones $1s$ , poco atraído por un núcleo con solo 3 protones. Al perderlo queda con la configuración de gas noble del helio: se arranca con poca energía.
El neón tiene la capa $n = 2$ completa ( $2s^2\,2p^6$ ), una configuración especialmente estable. Además, a lo largo del periodo la carga nuclear efectiva crece y el radio disminuye, así que sus electrones están mucho más atraídos. Arrancar uno rompe esa capa cerrada: cuesta mucha energía.

EI_1(\text{D} = \text{Li}) = 520{,}2\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1} \qquad EI_1(\text{E} = \text{Ne}) = 2080{,}7\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}

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

c) Electrones desapareados

Basta mirar la última subcapa y llenarla con la regla de Hund (los electrones ocupan primero orbitales distintos con espines paralelos):

Na ( $Z = 11$ ): $[\text{Ne}]\,3s^1$ . El orbital $3s$ tiene un solo electrón → 1 electrón desapareado.
N ( $Z = 7$ ): $1s^2\,2s^2\,2p^3$ . Los tres electrones $2p$ se colocan uno en cada orbital $2p_x$ , $2p_y$ , $2p_z$ con el mismo espín:

2p:\quad [\uparrow]\;[\uparrow]\;[\uparrow] \;\Longrightarrow\; \textbf{3 electrones desapareados}

Ne ( $Z = 10$ ): $1s^2\,2s^2\,2p^6$ . Todas las subcapas están llenas y todos los electrones apareados → 0 electrones desapareados.

Consejo

En el bloque $p$ el grupo no es el número de electrones $p$ : hay que sumar 12 a los electrones de valencia ( $ns + np$ ). El azufre, con $3p^4$ , es del grupo 16, no del 4.

En b) no basta con decir «el neón es un gas noble»: justifica con la capa completa, la mayor carga nuclear efectiva y el menor radio, frente al único electrón externo y apantallado del litio.