QuímicaFácil2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

Extremadura · 2024 · Junio
Enunciado
Sean los elementos A (Z=11Z = 11) y B (Z=16Z = 16).

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) Justificar cuál es el elemento de mayor energía de ionización.

c) (0,5 puntos) Indicar cuál es el ion más estable de cada elemento. Razonar la respuesta.

d) (0,5 puntos) Explicar 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: [Ne] 3s1[\text{Ne}]\,3s^1, grupo 1, nivel 3 (Na). B: [Ne] 3s2 3p4[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4, grupo 16, nivel 3 (S).
  • b) B: mismo nivel y mayor carga nuclear efectiva.
  • c) A+\text{A}^+ y B2−\text{B}^{2-}: configuración de gas noble (Ne y Ar).
  • d) r(A+)<r(A)r(\text{A}^+) < r(\text{A}); r(B2−)>r(B)r(\text{B}^{2-}) > r(\text{B}).
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Estrategia

Con el número atómico se escribe la configuración siguiendo el orden de llenado; de ella salen el periodo (el nivel más alto ocupado) y el grupo (los electrones de valencia). Los dos están en el tercer periodo, así que la energía de ionización se compara con la carga nuclear efectiva a lo largo del periodo. El ion más estable es el que alcanza la configuración de gas noble, y su tamaño frente al del átomo depende de si pierde electrones (catión) o los gana (anión).
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Desarrollo

a) Configuraciones, grupo y nivel.A (Z=11): 1s2 2s2 2p6 3s1=[Ne] 3s1\text{A}\ (Z = 11):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1 = [\text{Ne}]\,3s^1Un electrón de valencia en un orbital ss del nivel 3: grupo 1 (alcalinos), nivel o periodo 3. Es el sodio (Na).B (Z=16): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4=[Ne] 3s2 3p4\text{B}\ (Z = 16):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4 = [\text{Ne}]\,3s^2\,3p^4Seis electrones de valencia (3s2 3p43s^2\,3p^4) en el nivel 3: grupo 16 (anfígenos), nivel o periodo 3. Es el azufre (S).

b) Mayor energía de ionización.

La energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso y fundamental: X(g)⟶X+(g)+e−\text{X}(g) \longrightarrow \text{X}^+(g) + e^-.

Los dos elementos tienen los electrones de valencia en el mismo nivel (n=3n = 3), a una distancia del núcleo parecida. Pero B tiene 5 protones más, y los electrones que añade al mismo nivel apenas apantallan: su carga nuclear efectiva es mayor, atrae con más fuerza a los electrones externos y su radio es menor. Además, A pierde con facilidad su único electrón 3s3s para quedarse con la configuración del neón.

Por eso la energía de ionización aumenta de izquierda a derecha en el periodo y la de B (azufre) es mayor que la de A (sodio). (Valores reales: 496 kJ/mol496\ \text{kJ/mol} el Na y 1000 kJ/mol1000\ \text{kJ/mol} el S.)

c) Ion más estable.

Un átomo forma el ion que le da la configuración del gas noble más próximo (ocho electrones en la última capa), que es la de menor energía:
  • A pierde su electrón 3s13s^1 y queda con la configuración del neón: A+\text{A}^+ (Na+\text{Na}^+, 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6). Perder un electrón cuesta poca energía; perder más exigiría romper una capa completa.
  • B gana dos electrones para completar el 3p3p y alcanzar la configuración del argón: B2−\text{B}^{2-} (S2−\text{S}^{2-}, 1s2 2s2 2p6 3s2 3p61s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6). Le resulta mucho más fácil ganar dos que perder seis.
d) Radio del ion frente al del átomo.
  • A+\text{A}^+ es menor que A. Al perder el electrón 3s3s, el catión se queda sin el nivel 3: sus electrones externos están en el nivel 2, más cerca del núcleo. Además, los mismos 11 protones atraen a solo 10 electrones, así que cada uno nota más carga nuclear y la nube se contrae.
  • B2−\text{B}^{2-} es mayor que B. Gana dos electrones en el mismo nivel 3; los 16 protones tienen que atraer a 18 electrones, la carga nuclear efectiva por electrón disminuye y aumentan las repulsiones entre electrones: la nube se expande.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

En las propiedades periódicas de dos elementos del mismo periodo, la razón es siempre la carga nuclear efectiva: mismo nivel, más protones, electrones más atraídos. Dilo con esas palabras, no con «está más a la derecha», que es una regla, no una justificación.

En d) recuerda: los cationes son siempre más pequeños que su átomo y los aniones, más grandes.
Paso 1 de 3
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