QuímicaFácil2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos

Extremadura · 2023 · Junio

Enunciado

Dadas las siguientes configuraciones electrónicas de la capa de valencia:

\text{A)}\ ns^1;\qquad \text{B)}\ ns^2\,np^5;\qquad \text{C)}\ ns^2\,np^3;\qquad \text{D)}\ ns^2\,np^6

a) (0,5 puntos) Indicar, razonadamente, el número y el nombre del grupo al que corresponde cada elemento.

b) (0,5 puntos) Indicar el número de electrones desapareados de cada elemento.

c) (0,5 puntos) Razonar cuál sería el estado de oxidación más estable para cada elemento.

d) (0,5 puntos) Ordenar los elementos por orden creciente de potencial de ionización, suponiendo que

n = 2

. Razonar la respuesta.

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Resultado

a) A: grupo 1, alcalinos; B: grupo 17, halógenos; C: grupo 15, nitrogenoideos; D: grupo 18, gases nobles.
b) A: 1; B: 1; C: 3; D: 0.
c) A: +1; B: −1; C: −3; D: 0.
d) $\text{A} < \text{C} < \text{B} < \text{D}$ (Li < N < F < Ne).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

La configuración de la capa de valencia dice el grupo: el número de electrones en el subnivel

s

(bloque s) o

2 +

los electrones

p

+ 10

(bloque p). Los electrones desapareados salen de repartir los electrones

p

en los tres orbitales según la regla de Hund. El estado de oxidación más estable es el que lleva al átomo a la configuración de gas noble ganando o perdiendo el menor número de electrones. Con

n = 2

los cuatro elementos son del segundo periodo (Li, F, N y Ne) y la energía de ionización crece hacia la derecha.

Desarrollo

a) Grupo de cada elemento

A ( $ns^1$ ): un solo electrón de valencia en un orbital $s$ ; es del bloque s, grupo 1, el de los metales alcalinos.
B ( $ns^2np^5$ ): siete electrones de valencia y el último en un orbital $p$ ; bloque p, grupo $2 + 5 + 10 =$ 17, los halógenos.
C ( $ns^2np^3$ ): cinco electrones de valencia; bloque p, grupo 15, los nitrogenoideos (grupo del nitrógeno).
D ( $ns^2np^6$ ): capa de valencia completa con ocho electrones; grupo 18, los gases nobles.

b) Electrones desapareados

Los electrones

p

se colocan en los tres orbitales

p

de uno en uno y con espines paralelos antes de aparearse (regla de Hund):

Elemento	Valencia	Orbitales $p$	Desapareados
A	$ns^1$	—	1
B	$ns^2np^5$	$\uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow\ \uparrow$	1
C	$ns^2np^3$	$\uparrow\ \ \uparrow\ \ \uparrow$	3
D	$ns^2np^6$	$\uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow\ \uparrow\downarrow$	0

c) Estado de oxidación más estable

Cada elemento tiende a adquirir la configuración del gas noble más próximo con el menor intercambio de electrones:

A: pierde su único electrón $s$ y queda con la configuración del gas noble anterior: +1.
B: le falta un electrón para completar el octeto; lo gana: −1.
C: le faltan tres electrones; ganándolos alcanza el octeto: −3 (con elementos más electronegativos, como el oxígeno, puede actuar también con +3 y +5).
D: ya tiene el octeto completo, es muy estable y no tiende a ganar ni perder electrones: 0.

d) Energía (potencial) de ionización con $n = 2$

Con

n = 2

los elementos son del segundo periodo: A = Li (

Z = 3

), C = N (

Z = 7

), B = F (

Z = 9

) y D = Ne (

Z = 10

).

En un periodo los electrones de valencia están en la misma capa, pero la carga nuclear aumenta de izquierda a derecha y apantallan poco los electrones de la misma capa. Por tanto crece la carga nuclear efectiva, disminuye el radio y el electrón más externo está más atraído: cuesta más arrancarlo. Además, el Li, al perder un electrón, queda con configuración de gas noble (le cuesta muy poco), y el Ne tendría que romper una capa completa (le cuesta muchísimo).

\text{A (Li)} < \text{C (N)} < \text{B (F)} < \text{D (Ne)}

(Valores experimentales: 520, 1402, 1681 y 2081 kJ/mol.)

Consejo

En el bloque p el número de grupo es $10 +$ los electrones de la capa de valencia ( $ns + np$ ): con $ns^2np^5$ son 7 electrones y el grupo es el 17, no el 7. Es el error más frecuente.

Para ordenar energías de ionización no basta con decir «aumenta hacia la derecha»: nombra la carga nuclear efectiva y el radio, que es lo que puntúa.

Paso 1 de 3

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