QuímicaFácilCuestión · 3 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos · Enlace químico y geometría molecular
Castilla-La Mancha · 2023 · Junio
Enunciado
Teniendo en cuenta los elementos A, B y C, con sus correspondientes números atómicos: A (Z=9Z = 9), B (Z=11Z = 11) y C (Z=17Z = 17), conteste razonadamente:

a) (1 punto) Cuáles pertenecen al mismo periodo y cuáles pertenecen al mismo grupo, indicando la identidad de los elementos a los que corresponden.

b) (1 punto) Cuál de los dos elementos B o C tiene el primer potencial de ionización mayor y cuál tiene un radio atómico mayor.

c) (0,5 puntos) Deduzca la fórmula del compuesto que se formaría entre los elementos B y C indicando el tipo de enlace.

d) (0,5 puntos) Escriba la combinación de números cuánticos para el último electrón del elemento B.
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Resultado
A = F, B = Na, C = Cla) Periodo 3: Na y Cl; grupo 17: F y Clb) Mayor Ei: Cl; mayor radio: Nac) NaCl, enlace ioˊnicod) (3, 0, 0, ±12)\boxed{\begin{gathered}\text{A = F, B = Na, C = Cl} \\ \text{a) Periodo 3: Na y Cl; grupo 17: F y Cl} \\ \text{b) Mayor } E_i\text{: Cl; mayor radio: Na} \\ \text{c) NaCl, enlace iónico} \\ \text{d) } \left(3,\ 0,\ 0,\ \pm\tfrac{1}{2}\right)\end{gathered}}
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Estrategia

Todo sale de las configuraciones electrónicas. La capa más alta (nn) da el periodo y los electrones de valencia dan el grupo. Con eso identificamos los elementos y los situamos en la tabla.

Para comparar B y C (que estarán en el mismo periodo) usamos la carga nuclear efectiva: de izquierda a derecha en un periodo aumenta, los electrones están más atraídos, el radio disminuye y la energía de ionización crece. El compuesto B–C será la unión de un metal que pierde un electrón con un no metal que lo gana.
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Desarrollo

Configuraciones electrónicas:
ElementoZZConfiguraciónPeriodoGrupoIdentidad
A91s2 2s2 2p51s^2\,2s^2\,2p^5217 (halógenos)Flúor, F
B111s2 2s2 2p6 3s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^131 (alcalinos)Sodio, Na
C171s2 2s2 2p6 3s2 3p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5317 (halógenos)Cloro, Cl
a) Mismo periodo y mismo grupo.
  • Mismo periodo: B y C (sodio y cloro). Los dos tienen su capa de valencia en n=3n = 3: periodo 3.
  • Mismo grupo: A y C (flúor y cloro). Los dos terminan en ns2 np5ns^2\,np^5, con 7 electrones de valencia: grupo 17, los halógenos.
b) Energía de ionización y radio atómico de B (Na) y C (Cl).

Sodio y cloro están en el mismo periodo, así que sus electrones de valencia ocupan la misma capa (n=3n = 3). Pero el cloro tiene 17 protones frente a los 11 del sodio, y los electrones que se van añadiendo en la misma capa apantallan poco: la carga nuclear efectiva es mucho mayor en el cloro.
  • Radio atómico mayor: B (sodio). En el cloro la mayor atracción del núcleo contrae la nube electrónica; el sodio, con poca carga efectiva sobre su único electrón 3s3s, es mucho más grande (unos 186 pm186\ \text{pm} frente a 99 pm99\ \text{pm}).
  • Primer potencial de ionización mayor: C (cloro). Sus electrones de valencia están más cerca del núcleo y más atraídos, así que arrancar uno cuesta mucha más energía. El sodio, en cambio, pierde con facilidad su electrón 3s13s^1 y queda con la configuración del neón (unos 496 kJ/mol496\ \text{kJ/mol} frente a 1251 kJ/mol1251\ \text{kJ/mol} del cloro).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) Compuesto entre B y C.

El sodio tiende a perder un electrón y formar Na+\text{Na}^+ (configuración del neón); el cloro tiende a ganar uno y formar Cl−\text{Cl}^- (configuración del argón). Para que el compuesto sea neutro se combinan en proporción 1:11:1:Na++Cl−⟶NaCl  (cloruro de sodio)\text{Na}^+ + \text{Cl}^- \longrightarrow \text{NaCl}\ \ (\text{cloruro de sodio})El enlace es iónico: un metal muy poco electronegativo cede su electrón a un no metal muy electronegativo, y los iones se atraen electrostáticamente formando una red cristalina.

d) Números cuánticos del último electrón de B.

El último electrón del sodio es el 3s13s^1:
  • n=3n = 3 (tercera capa),
  • l=0l = 0 (orbital ss),
  • ml=0m_l = 0 (el único valor posible con l=0l = 0),
  • ms=+12m_s = +\tfrac{1}{2} (o −12-\tfrac{1}{2}: con un solo electrón en el orbital, los dos valores son válidos).
(n,l,ml,ms)=(3, 0, 0, +12)(n, l, m_l, m_s) = \left(3,\ 0,\ 0,\ +\tfrac{1}{2}\right)
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Consejo

Razona siempre con la carga nuclear efectiva y el número de capas, no solo con «la tabla dice». En un periodo las capas son las mismas: lo que cambia es la atracción del núcleo, y eso explica a la vez que el radio baje y que la energía de ionización suba.

En d) recuerda que con l=0l = 0 el único mlm_l posible es 00. Poner ml=1m_l = 1 en un orbital ss es un error que anula el apartado.
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