QuímicaFácil2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos
Castilla y León · 2022 · Junio
Enunciado
Para los elementos químicos cuyos números atómicos son: 11, 35, 38 y 54.

a) (0,8 puntos) Escriba su configuración electrónica ordenada.

b) Razone las siguientes cuestiones:
  • (0,4 puntos) ¿Qué estados de oxidación serán los más frecuentes para cada elemento?
  • (0,4 puntos) ¿Cuáles son metales y cuáles no metales?
  • (0,4 puntos) Justifique cuál es el elemento menos electronegativo y cuál el más electronegativo.
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Resultado
  Na: [Ne] 3s1Br: [Ar] 4s2 3d10 4p5Sr: [Kr] 5s2Xe: [Kr] 5s2 4d10 5p6  \boxed{\;\text{Na: }[\text{Ne}]\,3s^1\quad \text{Br: }[\text{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5\quad \text{Sr: }[\text{Kr}]\,5s^2\quad \text{Xe: }[\text{Kr}]\,5s^2\,4d^{10}\,5p^6\;}  Na +1, Br −1, Sr +2, Xe 0  \boxed{\;\text{Na } {+1},\ \text{Br } {-1},\ \text{Sr } {+2},\ \text{Xe } 0\;}
  • Metales: Na y Sr. No metales: Br (y el Xe, gas noble).
  • Menos electronegativo: Na. Más electronegativo: Br.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica. Se escribe siguiendo el orden de llenado (diagrama de Moeller: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p…1s\,2s\,2p\,3s\,3p\,4s\,3d\,4p\,5s\,4d\,5p\ldots) y de la capa de valencia se deduce el periodo y el grupo de cada elemento.
  • Con el grupo se sabe qué ion forma cada uno para alcanzar la configuración de gas noble (estado de oxidación más frecuente) y si es metal o no metal.
  • La electronegatividad crece hacia la derecha en un periodo y hacia arriba en un grupo; los gases nobles, que apenas forman enlaces, no entran en la comparación habitual.
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Desarrollo

a) Configuraciones electrónicas

Se colocan los electrones en orden creciente de energía de los subniveles (principio de Aufbau), sin pasar de 2 electrones por orbital (Pauli):
  • Z=11Z = 11 (Na): 1s2 2s2 2p6 3s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1
  • Z=35Z = 35 (Br): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5
  • Z=38Z = 38 (Sr): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s21s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6\,5s^2
  • Z=54Z = 54 (Xe): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p61s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6\,5s^2\,4d^{10}\,5p^6
De la capa de valencia se lee la posición en la tabla:
ZZElementoCapa de valenciaPeriodoGrupo
11Na3s13s^131 (alcalinos)
35Br4s2 4p54s^2\,4p^5417 (halógenos)
38Sr5s25s^252 (alcalinotérreos)
54Xe5s2 5p65s^2\,5p^6518 (gases nobles)
b) Propiedades

Estados de oxidación más frecuentes. Cada elemento tiende a ganar o perder los electrones justos para quedarse con la configuración de gas noble (ocho electrones en la última capa):
  • Na: +1. Pierde su único electrón 3s3s y forma Na+\text{Na}^+, con la configuración del Ne.
  • Br: −1. Le falta un electrón para completar el octeto: gana uno y forma Br−\text{Br}^-, con la configuración del Kr. Con elementos más electronegativos que él (O, F) puede presentar también +1,+3,+5+1, +3, +5 y +7+7.
  • Sr: +2. Pierde los dos electrones 5s5s y forma Sr2+\text{Sr}^{2+}, con la configuración del Kr.
  • Xe: 0. Ya tiene la capa de valencia completa (5s2 5p65s^2\,5p^6) y no tiende a ganar ni a perder electrones. Solo con F u O forma algunos compuestos (+2+2, +4+4, +6+6), pero lo habitual es encontrarlo libre.
Metales y no metales. Los elementos con pocos electrones de valencia, que los pierden con facilidad (energía de ionización baja) y forman cationes, son metales: Na y Sr son metales (alcalino y alcalinotérreo). El Br es un no metal: tiene la capa casi llena, una afinidad electrónica alta y tiende a formar aniones. El Xe es un gas noble, que se clasifica entre los no metales aunque prácticamente no reacciona.

Electronegatividad. Es la tendencia de un átomo a atraer los electrones de un enlace. Aumenta de izquierda a derecha en un periodo (crece la carga nuclear efectiva sobre los electrones de valencia) y de abajo arriba en un grupo (los electrones de valencia están más cerca del núcleo).
  • El más electronegativo es el Br: es un halógeno, en el grupo 17, con una carga nuclear efectiva grande y solo le falta un electrón para el octeto (χ≈3,0\chi \approx 3{,}0). El Xe, como gas noble con la capa completa, no tiene tendencia a atraer electrones de enlace y no entra en la comparación (y aun en las tablas que le dan valor, χ≈2,6\chi \approx 2{,}6, queda por debajo del Br).
  • El menos electronegativo es el Na: está en el grupo 1, a la izquierda, con un solo electrón de valencia muy poco retenido. El Sr está una columna más a la derecha (más carga nuclear efectiva), aunque más abajo; los dos efectos casi se compensan y sus valores son muy parecidos (χ(Na)=0,93\chi(\text{Na}) = 0{,}93 y χ(Sr)=0,95\chi(\text{Sr}) = 0{,}95), pero el del Na es el menor.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

«Configuración ordenada» quiere decir siguiendo el orden de llenado: el 4s4s va antes que el 3d3d y el 5s5s antes que el 4d4d. Si te equivocas en el orden, el error arrastra el grupo y todo lo demás del apartado b).

No pongas al Xe como el más electronegativo por estar a la derecha: la regla «crece hacia la derecha» se aplica hasta los halógenos. Los gases nobles quedan fuera de la comparación.
Paso 1 de 3
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