QuímicaFácil2,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos · Enlace químico y geometría molecular
Extremadura · 2025 · Julio
Enunciado
Sean tres elementos del sistema periódico A, B y C, de números atómicos 7, 17 y 37, respectivamente.

a) (0,75 puntos) Escribir su configuración electrónica. Indicar el elemento al que corresponde.

b) (0,5 puntos) Indicar el elemento que tiene el menor potencial de ionización. Justificar la respuesta.

c) (0,75 puntos) Comparar el radio atómico de los elementos de número atómico 7 y 17. Justificar la respuesta.

d) (0,5 puntos) Indicar el tipo de enlace que pueden formar los elementos B y C. Razonar la respuesta.
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Resultado
  • a) A: 1s2 2s2 2p31s^2\,2s^2\,2p^3, nitrógeno; B: [Ne] 3s2 3p5[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5, cloro; C: [Kr] 5s1[\text{Kr}]\,5s^1, rubidio.
  • b) El rubidio: electrón 5s5s lejano y apantallado, y al perderlo queda como gas noble.
  • c) r(Cl)>r(N)r(\text{Cl}) > r(\text{N}): el Cl tiene una capa más (n=3n = 3).
  • d) Enlace iónico (Rb+Cl−\text{Rb}^+\text{Cl}^-), por la gran diferencia de electronegatividad.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica: la capa de valencia da el grupo y el periodo, y con ellos se identifica cada elemento. Las propiedades periódicas se justifican con dos ideas: el número de capas (nn de la capa de valencia), que aleja los electrones externos del núcleo, y la carga nuclear efectiva, que crece a lo largo de un periodo. Para el enlace, basta comparar el carácter metálico de B y C: uno cede electrones con facilidad y el otro los capta.
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Desarrollo

a) Configuraciones e identificación

Siguiendo el orden de llenado (diagrama de Moeller):
  • A (Z=7Z = 7): 1s2 2s2 2p31s^2\,2s^2\,2p^3. Capa de valencia n=2n = 2 con 5 electrones: periodo 2, grupo 15. Es el nitrógeno (N).
  • B (Z=17Z = 17): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5. Capa de valencia n=3n = 3 con 7 electrones: periodo 3, grupo 17 (halógenos). Es el cloro (Cl).
  • C (Z=37Z = 37): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6\,5s^1, es decir, [Kr] 5s1[\text{Kr}]\,5s^1. Capa de valencia n=5n = 5 con 1 electrón: periodo 5, grupo 1 (alcalinos). Es el rubidio (Rb).
b) Menor potencial de ionización

El potencial (energía) de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso:X(g)⟶X+(g)+e−\text{X}(g) \longrightarrow \text{X}^+(g) + e^-El que tiene el menor es el rubidio (C):
  • Su electrón de valencia está en la capa n=5n = 5, mucho más lejos del núcleo que los de N (n=2n = 2) y Cl (n=3n = 3), y apantallado por 36 electrones internos: el núcleo lo atrae débilmente.
  • Además, al perderlo queda con la configuración del gas noble [Kr][\text{Kr}], muy estable.
El N y el Cl, en cambio, tienen la capa de valencia casi llena y una carga nuclear efectiva alta; tienden a ganar electrones, no a perderlos. (Valores reales aproximados: Rb 403, Cl 1251 y N 1402 kJ⋅mol−1\text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}.)

c) Radio atómico de N (Z=7Z = 7) y Cl (Z=17Z = 17)

Los dos son no metales de la derecha de la tabla, pero de periodos distintos: el N está en el 2 y el Cl en el 3. Aunque no son del mismo grupo (15 y 17), lo que decide aquí es el número de capas.
  • El Cl tiene sus electrones de valencia en la capa n=3n = 3; el N, en la n=2n = 2. Una capa más significa electrones externos más alejados del núcleo.
  • Aunque el Cl tiene más protones, los 10 electrones internos (1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6) apantallan esa carga, y el aumento de carga nuclear efectiva no compensa la capa adicional.
Por tanto:r(Cl)>r(N)r(\text{Cl}) > r(\text{N})(radios covalentes aproximados: 9999 pm el Cl y 7575 pm el N).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
d) Enlace entre B (Cl) y C (Rb)
  • El Rb es un metal alcalino con una energía de ionización muy baja y una electronegatividad muy pequeña (0,80{,}8): cede con facilidad su electrón 5s5s y queda como Rb+\text{Rb}^+, con configuración de [Kr][\text{Kr}].
  • El Cl es un no metal muy electronegativo (3,23{,}2) con afinidad electrónica muy negativa: capta un electrón y queda como Cl−\text{Cl}^-, con configuración de [Ar][\text{Ar}].
La gran diferencia de electronegatividad (Δχ≈2,4\Delta\chi \approx 2{,}4) hace que haya una transferencia de electrones del Rb al Cl, y los iones se atraen electrostáticamente formando una red cristalina: el enlace es iónico y el compuesto es el cloruro de rubidio, RbCl\text{RbCl}. Como todo sólido iónico, será duro, de punto de fusión alto, soluble en agua y conductor fundido o disuelto, pero no en estado sólido.
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Consejo

En c) no basta con decir «el cloro tiene más electrones». La justificación que puntúa es el número de capas: el electrón de valencia del Cl está en n=3n = 3 y el del N en n=2n = 2.

En a) escribe la configuración del rubidio respetando el orden de llenado (4s4s antes que 3d3d, 5s5s después de 4p4p) y no te olvides de nombrar cada elemento: el apartado pide las dos cosas.
Paso 1 de 3
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