QuímicaFácil2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Extremadura · 2022 · Julio
Enunciado
La configuración electrónica de los elementos A y B es:A) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2;B) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5\text{A})\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2;\qquad \text{B})\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^2\,4p^5a) (0,5 puntos) Indicar el nivel y grupo al que pertenecen.

b) (0,75 puntos) Justificar cuál de los dos elementos tiene mayor energía de ionización.

c) (0,75 puntos) Indicar, justificando la respuesta, cuál de los dos elementos tiene un mayor radio atómico.
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Resultado
  • a) A (Ca): periodo 4, grupo 2. B (Br): periodo 4, grupo 17.
  • b) Mayor energía de ionización: B (bromo), por su mayor carga nuclear efectiva.
  • c) Mayor radio atómico: A (calcio).
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

La configuración electrónica da directamente la posición en la tabla: el nivel (periodo) es el mayor número cuántico principal ocupado, y el grupo sale de los electrones de la capa de valencia. Los dos elementos están en el mismo periodo, así que para comparar la energía de ionización y el radio basta con ver cuál tiene más carga nuclear efectiva: en un periodo, al avanzar hacia la derecha aumenta ZZ y los electrones nuevos entran en la misma capa, que apantalla poco.
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Desarrollo

a) Nivel y grupo
  • A: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s21s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2. Tiene 20 electrones, así que Z=20Z = 20. La capa más externa es la n=4n = 4 y su electrón diferenciador entra en un orbital ss con dos electrones (4s24s^2): es un elemento del bloque s, periodo (nivel) 4, grupo 2 (alcalinotérreos). Es el calcio, Ca.
  • B: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^2\,4p^5. Tiene 35 electrones, Z=35Z = 35. Capa más externa n=4n = 4, con configuración de valencia 4s2 4p54s^2\,4p^5 (7 electrones de valencia): bloque p, periodo (nivel) 4, grupo 17 (halógenos). Es el bromo, Br.
b) Energía de ionización

La primera energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso:X(g)⟶X+(g)+e−\text{X}(g) \longrightarrow \text{X}^+(g) + e^-Los dos elementos tienen su electrón más externo en la capa n=4n = 4, pero el bromo tiene 15 protones más que el calcio. Los electrones que se añaden de A a B (3d103d^{10} y 4p54p^5) apantallan mal a los de la capa 4, así que la carga nuclear efectiva que siente el electrón externo es mucho mayor en el bromo: está más cerca del núcleo y más fuertemente atraído. Además, al bromo le falta un solo electrón para completar el octeto, mientras que el calcio alcanza la configuración de gas noble perdiendo sus dos electrones 4s4s.

Por tanto, cuesta más arrancar un electrón al bromo:EI(B)>EI(A)EI(\text{B}) > EI(\text{A})(Los valores experimentales lo confirman: EI1(Br)≈1140 kJ⋅mol−1EI_1(\text{Br}) \approx 1140\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1} frente a EI1(Ca)≈590 kJ⋅mol−1EI_1(\text{Ca}) \approx 590\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) Radio atómico

En un mismo periodo, los electrones externos están en la misma capa, pero al aumentar ZZ crece la carga nuclear efectiva y la nube electrónica se contrae: el radio disminuye de izquierda a derecha. El calcio (grupo 2) está a la izquierda del bromo (grupo 17) en el periodo 4, con mucha menos carga nuclear efectiva sobre sus electrones 4s4s, así que:r(A)>r(B)r(\text{A}) > r(\text{B})El calcio (A) tiene mayor radio atómico (radio covalente de unos 176 pm176\ \text{pm}, frente a unos 120 pm120\ \text{pm} del bromo).
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Consejo

El grupo de un elemento del bloque p no es el número de electrones de valencia: con 4s2 4p54s^2\,4p^5 son 7, pero el grupo es el 17 (se suman los 10 del bloque d). Y no cuentes los 3d103d^{10} como electrones de valencia del bromo: están en una capa interna.

En b) y c) la palabra clave es carga nuclear efectiva: si solo dices «está más a la derecha», la respuesta no está justificada.
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