QuímicaMedio2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Extremadura · 2024 · Julio
Enunciado
Sean los elementos A (Z=7Z = 7), B (Z=13Z = 13) y C (Z=15Z = 15).

a) (0,5 puntos) Escribir la configuración electrónica de sus respectivos estados fundamentales, e indicar el grupo y nivel al que pertenecen.

b) (0,5 puntos) Ordenar los elementos en orden creciente de radio atómico. Justificar la respuesta.

c) (0,5 puntos) Ordenar los elementos por orden decreciente de electronegatividad. Razonar la respuesta.

d) (0,5 puntos) Entre los elementos B (Z=13Z = 13) y C (Z=15Z = 15), razonar, cuál tendrá el primer potencial de ionización mayor.
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Resultado
  • a) A: 1s2 2s2 2p31s^2\,2s^2\,2p^3, grupo 15, nivel 2. B: [Ne] 3s2 3p1[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^1, grupo 13, nivel 3. C: [Ne] 3s2 3p3[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^3, grupo 15, nivel 3.
  • b) r(A)<r(C)<r(B)r(\text{A}) < r(\text{C}) < r(\text{B}).
  • c) χ(A)>χ(C)>χ(B)\chi(\text{A}) > \chi(\text{C}) > \chi(\text{B}).
  • d) C tiene la primera energía de ionización mayor.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

La configuración electrónica dice dónde está cada elemento: el nivel más alto ocupado es el periodo y los electrones de la última capa, el grupo. Con la posición, las tendencias periódicas se explican con dos ideas: el número de capas (al bajar en un grupo, los electrones externos están más lejos) y la carga nuclear efectiva (al avanzar en un periodo, el núcleo atrae más a los electrones de la misma capa).
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Desarrollo

a) Configuraciones y posición.
  • A (Z=7Z = 7): 1s2 2s2 2p31s^2\,2s^2\,2p^3. Nivel (periodo) 2; 5 electrones de valencia en 2s2 2p32s^2\,2p^3: grupo 15 (nitrogenoideos). Es el nitrógeno.
  • B (Z=13Z = 13): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1. Nivel 3; 3 electrones de valencia (3s2 3p13s^2\,3p^1): grupo 13 (térreos). Es el aluminio.
  • C (Z=15Z = 15): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p31s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3. Nivel 3; 5 electrones de valencia (3s2 3p33s^2\,3p^3): grupo 15. Es el fósforo.
b) Radio atómico creciente.
  • A está en el periodo 2 y B y C en el 3: A tiene sus electrones externos en una capa menos, más cerca del núcleo. Es el más pequeño.
  • B y C están en la misma capa (n=3n = 3), pero C tiene dos protones más; los electrones que se añaden en la misma capa apantallan poco, así que la carga nuclear efectiva es mayor en C y atrae más la nube electrónica: C es más pequeño que B.
r(A)<r(C)<r(B)r(\text{A}) < r(\text{C}) < r(\text{B})(Valores reales: N≈75\text{N} \approx 75 pm, P≈110\text{P} \approx 110 pm, Al≈125\text{Al} \approx 125 pm.)

c) Electronegatividad decreciente.

La electronegatividad (tendencia de un átomo a atraer los electrones de un enlace) aumenta hacia la derecha en un periodo y hacia arriba en un grupo: cuanto menor es el átomo y mayor su carga nuclear efectiva, más atrae a los electrones compartidos.
  • A y C están en el mismo grupo, pero A es más pequeño (una capa menos): A es más electronegativo que C.
  • C y B están en el mismo periodo, pero C está más a la derecha (más carga nuclear efectiva, menor radio): C es más electronegativo que B.
χ(A)>χ(C)>χ(B)\chi(\text{A}) > \chi(\text{C}) > \chi(\text{B})(Escala de Pauling: N=3,0\text{N} = 3{,}0; P=2,2\text{P} = 2{,}2; Al=1,6\text{Al} = 1{,}6.)

d) Primera energía de ionización de B y C.

La primera energía (potencial) de ionización es la energía mínima para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso. B y C tienen su electrón más externo en la misma capa (n=3n = 3), pero C tiene mayor carga nuclear efectiva y menor radio: ese electrón está más atraído y cuesta más arrancarlo. Además, C tiene la subcapa 3p3p semillena (3p33p^3, un electrón en cada orbital), una configuración especialmente estable, mientras que B pierde un electrón 3p13p^1 solitario y queda con la configuración 3s23s^2, estable.

C (fósforo) tiene la primera energía de ionización mayor (P≈1012 kJ/mol\text{P} \approx 1012\ \text{kJ/mol} frente a Al≈578 kJ/mol\text{Al} \approx 578\ \text{kJ/mol}).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

En el radio, el error típico es pensar que «más electrones, átomo más grande». Dentro de un periodo es al revés: los electrones nuevos entran en la misma capa y el núcleo, con más protones, los atrae más. Solo al bajar de periodo (una capa más) el radio crece de verdad.

Justifica siempre con las dos ideas, número de capas y carga nuclear efectiva, y escribe el orden con los símbolos << o >> en el sentido que pide el enunciado (creciente o decreciente).
Paso 1 de 3
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