QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Comunidad de Madrid · 2023 · Julio

Enunciado

Considere los elementos: A (

Z = 17

) y B (

Z = 12

).

a) (0,5 puntos) Escriba la configuración electrónica e indique el nombre, símbolo, grupo y periodo de ambos.

b) (0,5 puntos) Justifique cuál es el elemento de mayor energía de ionización.

c) (0,5 puntos) Justifique cuál es el ion más estable de cada elemento y escriba sus configuraciones electrónicas.

d) (0,5 puntos) Explique si el radio del ion más estable de cada elemento es mayor o menor que el de su respectivo átomo neutro.

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Resultado

a) A: $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$ , cloro ( $\text{Cl}$ ), grupo 17, periodo 3. B: $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2$ , magnesio ( $\text{Mg}$ ), grupo 2, periodo 3.
b) Mayor energía de ionización: el cloro.
c) $\text{Cl}^-$ : $[\text{Ar}]$ ; $\text{Mg}^{2+}$ : $[\text{Ne}]$ .
d) $r(\text{Cl}^-) > r(\text{Cl})$ ; $r(\text{Mg}^{2+}) < r(\text{Mg})$ .

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica. Con ella se lee la posición en la tabla (el periodo es el

n

más alto; el grupo, los electrones de la capa de valencia) y, a partir de ahí, se razonan las propiedades periódicas con dos ideas:

La carga nuclear efectiva: dentro de un periodo crece hacia la derecha, así que los electrones externos están más atraídos.
La configuración de gas noble: es la que buscan los iones estables, ganando o perdiendo los electrones justos.

Los dos elementos están en el mismo periodo, de modo que la comparación es directa.

Desarrollo

a) Configuraciones y posición en la tabla.

\text{A}\ (Z = 17):\quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5

Su capa más externa es la

n = 3

(periodo 3) y tiene

3s^2\,3p^5

, siete electrones de valencia en el bloque

p

: grupo 17 (halógenos). Es el cloro,

\text{Cl}

\text{B}\ (Z = 12):\quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2

Capa externa

n = 3

(periodo 3) con

3s^2

, dos electrones de valencia en el bloque

s

: grupo 2 (alcalinotérreos). Es el magnesio,

\text{Mg}

.

b) Mayor energía de ionización: el cloro.

La energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso y fundamental:

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

El cloro y el magnesio tienen sus electrones de valencia en la misma capa (

n = 3

), pero el cloro tiene cinco protones más en el núcleo. Al avanzar en el periodo los electrones que se añaden apantallan poco (están en la misma capa), así que la carga nuclear efectiva aumenta y el radio disminuye. El electrón externo del cloro está más cerca del núcleo y más atraído, y cuesta más arrancarlo:

EI(\text{Cl}) > EI(\text{Mg})

(Datos reales:

1251\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}

para el cloro frente a

738\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}

para el magnesio.)

c) Iones más estables.

Cada elemento tiende a alcanzar la configuración del gas noble más próximo, que tiene la capa de valencia completa (

ns^2\,np^6

El cloro gana un electrón y completa el $3p$ : ion cloruro, $\text{Cl}^-$ , con la configuración del argón.

\text{Cl}^-:\quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6 \;=\; [\text{Ar}]

Al magnesio le resulta mucho más fácil perder sus dos electrones $3s$ que ganar seis: ion magnesio, $\text{Mg}^{2+}$ , con la configuración del neón.

\text{Mg}^{2+}:\quad 1s^2\,2s^2\,2p^6 \;=\; [\text{Ne}]

d) Radio del ion frente al del átomo neutro.

$r(\text{Cl}^-) > r(\text{Cl})$ . El anión tiene los mismos 17 protones pero un electrón más (18). La carga nuclear se reparte entre más electrones y aumenta la repulsión entre ellos, así que la nube electrónica se expande.

$r(\text{Mg}^{2+}) < r(\text{Mg})$ . El catión conserva 12 protones con solo 10 electrones: la atracción del núcleo por cada electrón es mayor y, además, el ion pierde la capa $n = 3$ entera; su capa más externa pasa a ser la $n = 2$ . Por eso la contracción es muy grande.

(Datos reales:

\text{Cl}

99 pm y

\text{Cl}^-

181 pm;

\text{Mg}

160 pm y

\text{Mg}^{2+}

72 pm.)

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

Consejo

Al comparar radios de iones, no basta con decir «tiene más (o menos) electrones»: la clave es la relación protones/electrones y, en los cationes como el $\text{Mg}^{2+}$ , que desaparece una capa.

Y en b) remata siempre con el argumento de la carga nuclear efectiva en el mismo periodo: la regla «crece hacia la derecha» sin justificar no se puntúa entera.