Sistema periódico y propiedades periódicas

a) El neón.

El sodio tiene configuración $[\text{Ne}]\,3s^1$: su catión más estable se forma perdiendo ese único electrón de valencia, con lo que alcanza estructura de gas noble.$$\text{Na} \longrightarrow \text{Na}^+ + e^- \qquad \text{Na}^+: \; 1s^2\,2s^2\,2p^6 \;(10\ e^-)$$El elemento con esos mismos 10 electrones es el neón ($Z = 10$). Son especies isoelectrónicas.

(También lo son el $\text{F}^-$, el $\text{O}^{2-}$ y el $\text{Mg}^{2+}$, pero el enunciado pide un elemento, no un ion.)

b) El argón.

Los dos están en el tercer periodo, pero el argón ($Z = 18$, grupo 18) está más a la derecha que el fósforo ($Z = 15$, grupo 15):$$\text{P}: [\text{Ne}]3s^2 3p^3 \qquad\qquad \text{Ar}: [\text{Ne}]3s^2 3p^6$$La energía de ionización aumenta hacia la derecha dentro de un periodo, porque crece la carga nuclear efectiva sobre una misma capa. Y en el caso del argón hay un motivo añadido y muy poderoso: su capa de valencia está completa, una configuración de estabilidad excepcional, así que arrancarle un electrón exige romperla.$$EI(\text{P}) = 1012 \;<\; EI(\text{Ar}) = 1521\ \text{kJ}\,\text{mol}^{-1}$$c) El ion $\text{Cl}^-$.

Los dos tienen los mismos 17 protones, pero el anión tiene un electrón más (18 frente a 17):$$\text{Cl}: [\text{Ne}]3s^2 3p^5 \qquad\longrightarrow\qquad \text{Cl}^-: [\text{Ne}]3s^2 3p^6$$Al repartirse la misma carga nuclear entre más electrones, la atracción por cada uno es menor y aumenta la repulsión entre ellos: la nube electrónica se expande.$$r(\text{Cl}) = 99\ \text{pm} \;<\; r(\text{Cl}^-) = 181\ \text{pm}$$Regla general: los aniones son siempre mayores que sus átomos neutros, y los cationes, siempre menores.