QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Andalucía · 2023 · Reserva 2

Enunciado

Bloque B · B2. Los elementos

\text{Na}

\text{Al}

\text{Cl}

tienen números atómicos

11

13

17

, respectivamente. Justificando las respuestas:

a) Ordene los elementos de menor a mayor radio.

b) ¿Cuál de ellos tiene la primera energía de ionización más alta?

c) ¿Cuál tiene mayor radio: el

\text{Cl}^-

o el

\text{Na}^+

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\textbf{a) } r(\text{Cl}) < r(\text{Al}) < r(\text{Na})\;}

\boxed{\;\textbf{b) el cloro, por ser el de mayor } Z_{\text{ef}} \text{ y menor radio}\;}

\boxed{\;\textbf{c) } r(\text{Na}^+) < r(\text{Cl}^-) \quad (102 \text{ pm} < 181 \text{ pm})\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Los tres elementos están en el mismo periodo, así que solo interviene una variable: al avanzar hacia la derecha aumenta

Z

mientras el número de capas se mantiene, y con él la carga nuclear efectiva

Z_{\text{ef}}

.

Más

Z_{\text{ef}}

\Rightarrow

los electrones se atraen más fuerte

\Rightarrow

radio menor y energía de ionización mayor.

El apartado c) cambia las reglas: compara iones, y ahí manda la relación entre protones y electrones.

Desarrollo

a) Orden creciente de radio atómico.

Los tres tienen la misma última capa ocupada (

n = 3

\text{Na}: [\text{Ne}]\,3s^1 \qquad \text{Al}: [\text{Ne}]\,3s^2 3p^1 \qquad \text{Cl}: [\text{Ne}]\,3s^2 3p^5

Al ir del

\text{Na}

\text{Cl}

se añaden protones al núcleo, pero los electrones nuevos entran en la misma capa y se apantallan mal entre sí. La carga nuclear efectiva crece y la nube electrónica se contrae:

r(\text{Cl}) < r(\text{Al}) < r(\text{Na})

En orden creciente:

\;\text{Cl} < \text{Al} < \text{Na}

.

b) Mayor primera energía de ionización.

La energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo:

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

Cuanto más pequeño es el átomo y mayor su

Z_{\text{ef}}

, más sujeto está ese electrón. Como el

\text{Cl}

es el más pequeño de los tres y el de mayor

Z_{\text{ef}}

, es también el más difícil de ionizar:

EI(\text{Na}) < EI(\text{Al}) < EI(\text{Cl})

El cloro tiene la mayor primera energía de ionización. Hay además un argumento de estabilidad: al

\text{Cl}

le falta un solo electrón para el octeto, así que perder uno le resulta muy desfavorable; el

\text{Na}

, en cambio, gana la configuración de gas noble justo al perderlo.

c) Tamaño de $\text{Na}^+$ frente a $\text{Cl}^-$ .

\text{Na}^+: 1s^2 2s^2 2p^6 \qquad (11 \text{ p}^+, \; 10 \text{ e}^-)

\text{Cl}^-: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 \qquad (17 \text{ p}^+, \; 18 \text{ e}^-)

Dos efectos apuntan en la misma dirección:

El $\text{Na}^+$ ha perdido su única capa $n=3$ , así que se queda con dos capas; el $\text{Cl}^-$ conserva tres.
El $\text{Na}^+$ tiene más protones que electrones (el núcleo tira de menos electrones y los comprime), mientras que el $\text{Cl}^-$ tiene más electrones que protones (la repulsión los expande).

r(\text{Na}^+) \ll r(\text{Cl}^-) \qquad (102 \text{ pm frente a } 181 \text{ pm})

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

Consejo

Una trampa frecuente en c): pensar que el $\text{Cl}^-$ es menor porque el cloro "es más pequeño que el sodio". Cierto para los átomos, falso para estos iones. Al formar el catión, el sodio pierde una capa entera; al formar el anión, el cloro no pierde ninguna y encima se hincha por repulsión.

Regla práctica: los cationes son mucho menores que sus átomos y los aniones bastante mayores. Y si dos iones son isoelectrónicos (mismo número de electrones), gana en tamaño el que tenga menos protones.