QuímicaFácil2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Castilla y León · 2023 · Julio
Enunciado
Conteste las siguientes cuestiones:

a) (0,5 puntos) Defina energía de ionización.

b) (1,0 puntos) Los valores de la primera energía de ionización, 496, 1313, 1521 kJ⋅mol−1\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}, pertenecen a alguno de los siguientes elementos: Ar, Na y O. Asigne de forma justificada cada valor a cada uno de los elementos anteriores.

c) (0,5 puntos) Justifique cuál de los siguientes iones tiene mayor radio: S2−\text{S}^{2-} y K+\text{K}^+.

Datos: números atómicos: O=8\text{O} = 8; Na=11\text{Na} = 11; S=16\text{S} = 16; Ar=18\text{Ar} = 18; K=19\text{K} = 19.
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Resultado
  • a) Energía mínima para arrancar el electrón más externo de un átomo gaseoso en estado fundamental: X(g)→X+(g)+e−\text{X}(g) \rightarrow \text{X}^+(g) + \text{e}^-.
  • b) Na: 496; O: 1313; Ar: 1521 kJ⋅mol−1\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}.
  • c) Mayor radio el S2−\text{S}^{2-}: isoelectrónico con el K+\text{K}^+ pero con menos protones.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Las tres preguntas se razonan con la configuración electrónica y la atracción que el núcleo ejerce sobre los electrones externos (carga nuclear efectiva y distancia al núcleo). La energía de ionización crece a lo largo de un periodo y es mínima en los alcalinos y máxima en los gases nobles. Para los iones, conviene darse cuenta de que son isoelectrónicos: con el mismo número de electrones, manda el número de protones.
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Desarrollo

a) Energía de ionización

La (primera) energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más débilmente retenido de un átomo neutro, en estado gaseoso y fundamental, para formar un ion monopositivo gaseoso:X(g)+EI⟶X+(g)+e−\text{X}(g) + E_I \longrightarrow \text{X}^+(g) + \text{e}^-Siempre es positiva (hay que aportar energía) y se expresa en kJ⋅mol−1\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1} o en eV por átomo.

b) Asignación de los valores

Configuraciones electrónicas:
  • Na\text{Na} (Z=11Z = 11): [Ne] 3s1[\text{Ne}]\,3s^1 (grupo 1, periodo 3).
  • O\text{O} (Z=8Z = 8): 1s2 2s2 2p41s^2\,2s^2\,2p^4 (grupo 16, periodo 2).
  • Ar\text{Ar} (Z=18Z = 18): [Ne] 3s2 3p6[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^6 (grupo 18, periodo 3).
  • El Na tiene un único electrón en la capa n=3n = 3, muy apantallado por los 10 electrones internos (carga nuclear efectiva baja) y lejos del núcleo. Además, al perderlo adquiere la configuración de gas noble del Ne. Es el que se ioniza con más facilidad: 496 kJ⋅mol−1\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}.
  • El Ar es un gas noble: su capa de valencia está completa (3s2 3p63s^2\,3p^6), configuración muy estable. Al avanzar por el periodo 3 la carga nuclear aumenta y los electrones de la misma capa apenas se apantallan entre sí, así que la carga nuclear efectiva es máxima en el gas noble. Le corresponde el valor más alto: 1521 kJ⋅mol−1\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}.
  • Al O le queda el valor intermedio, 1313 kJ⋅mol−1\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}. Aunque es más pequeño que el Ar, su carga nuclear efectiva es bastante menor y su capa no está completa; además, en el 2p42p^4 hay un orbital con dos electrones apareados cuya repulsión facilita arrancar uno de ellos.
EI(Na)<EI(O)<EI(Ar)E_I(\text{Na}) < E_I(\text{O}) < E_I(\text{Ar})
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c) Radio de S2−\text{S}^{2-} y K+\text{K}^+
  • S2−\text{S}^{2-}: 1616 protones y 16+2=1816 + 2 = 18 electrones, [Ne] 3s2 3p6[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^6.
  • K+\text{K}^+: 1919 protones y 19−1=1819 - 1 = 18 electrones, [Ne] 3s2 3p6[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^6.
Son isoelectrónicos (configuración del Ar): tienen los mismos electrones en las mismas capas, de modo que el apantallamiento es parecido. La diferencia la pone la carga nuclear: el K+\text{K}^+ tiene tres protones más, atrae con más fuerza a los 18 electrones y los acerca al núcleo. Por eso el S2−\text{S}^{2-} tiene mayor radio (unos 184 pm184\ \text{pm} frente a 138 pm138\ \text{pm} del K+\text{K}^+).
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Consejo

En la definición no olvides «en estado gaseoso» y «fundamental»: es lo que más se descuenta. Y en las comparaciones, no basta con recitar la tendencia de la tabla: escribe las configuraciones y razona con la carga nuclear efectiva y la distancia del electrón al núcleo.

Ante iones con el mismo número de electrones, el que tiene más protones es el más pequeño.
Paso 1 de 3
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