QuímicaFácil2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos · Enlace químico y geometría molecular

Castilla y León · 2026 · Junio

Enunciado

Responda las siguientes cuestiones:

a) (0,6 puntos) Escriba la configuración electrónica ordenada en el estado fundamental de las siguientes especies químicas, justificando el número de electrones desapareados que tiene cada una:

\text{Mn}

\text{Ca}^{2+}

b) (0,8 puntos) Justifique cuál de los siguientes elementos tiene una menor energía de ionización: calcio, estroncio, rubidio y potasio.

c) (0,6 puntos) Señale los dos factores fundamentales de los que depende la energía reticular y justifique cuál de las siguientes sustancias iónicas tendrá un valor mayor: yoduro de potasio (

\text{KI}

) y óxido de calcio (

\text{CaO}

).

Datos: números atómicos:

\text{K} = 19

\text{Ca} = 20

\text{Mn} = 25

\text{Rb} = 37

\text{Sr} = 38

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Resultado

a) $\text{Mn}$ : $[\text{Ar}]\,4s^2\,3d^5$ , 5 electrones desapareados (Hund). $\text{Ca}^{2+}$ : $[\text{Ar}]$ , ninguno.
b) El rubidio: está más abajo (periodo 5) y más a la izquierda (grupo 1).
c) Depende de la carga y del tamaño de los iones. Mayor la del $\text{CaO}$ : cargas $2+$ y $2-$ e iones más pequeños.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Las tres cuestiones salen de la configuración electrónica:

a) Se llena por orden de energía (diagrama de Moeller) y se reparten los electrones de la última subcapa con la regla de Hund. El catión $\text{Ca}^{2+}$ pierde los dos electrones $4s$ .
b) La energía de ionización disminuye hacia abajo en un grupo y hacia la izquierda en un periodo. El elemento con menor energía de ionización será el que está más abajo y más a la izquierda.
c) La energía reticular crece con la carga de los iones y disminuye con la distancia entre ellos (suma de radios iónicos).

Desarrollo

a) Configuraciones en el estado fundamental

Manganeso (

Z = 25

, átomo neutro, 25 electrones), por orden de llenado:

\text{Mn}:\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^5\qquad [\text{Ar}]\,4s^2\,3d^5

Los cinco electrones

3d

se colocan en los cinco orbitales

d

, uno en cada uno y con el mismo espín (regla de Hund, máxima multiplicidad), porque así la repulsión entre ellos es mínima. Todas las demás subcapas están completas, de modo que el manganeso tiene 5 electrones desapareados.

Ion calcio (

Z = 20

, carga

2+

20 - 2 = 18

electrones). El calcio neutro es

[\text{Ar}]\,4s^2

y, al formar el catión, pierde los dos electrones más externos, los

4s

\text{Ca}^{2+}:\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\qquad [\text{Ar}]

Es la configuración del argón: todas las subcapas llenas, con los electrones apareados de dos en dos en cada orbital (principio de exclusión de Pauli). Tiene 0 electrones desapareados.

b) Menor 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. Situamos los cuatro elementos por su configuración de valencia:

Elemento	$Z$	Configuración de valencia	Periodo	Grupo
Potasio	$19$	$4s^1$	$4$	$1$
Calcio	$20$	$4s^2$	$4$	$2$
Rubidio	$37$	$5s^1$	$5$	$1$
Estroncio	$38$	$5s^2$	$5$	$2$

En un grupo, al bajar, el electrón externo ocupa una capa con $n$ mayor, más alejada del núcleo y más apantallada por las capas internas: está menos atraído y cuesta menos arrancarlo. Por eso $EI(\text{Rb}) < EI(\text{K})$ y $EI(\text{Sr}) < EI(\text{Ca})$ .
En un periodo, de izquierda a derecha aumenta la carga nuclear efectiva y el radio disminuye: el electrón está más atraído. Además, el elemento del grupo 1, al perder su único electrón $s$ , queda con configuración de gas noble. Por eso $EI(\text{K}) < EI(\text{Ca})$ y $EI(\text{Rb}) < EI(\text{Sr})$ .

El elemento situado más abajo (periodo 5) y más a la izquierda (grupo 1) es el rubidio, que tiene la menor energía de ionización. El orden completo es

\text{Rb} < \text{K} < \text{Sr} < \text{Ca}

(los valores tabulados son unos

403

419

549

590\ \text{kJ/mol}

).

c) Energía reticular

La energía reticular es la energía que se desprende al formarse un mol de cristal iónico a partir de sus iones en estado gaseoso. Como es una atracción electrostática entre los iones, según la ley de Coulomb depende de:

La carga de los iones: cuanto mayor es el producto de las cargas $|z_+\cdot z_-|$ , mayor es la energía reticular.
El tamaño de los iones (la distancia entre sus centros, $r_0 = r_+ + r_-$ ): cuanto más pequeños son, más se acercan y mayor es la energía reticular.

U \propto \frac{z_+\cdot z_-}{r_+ + r_-}

Comparamos las dos sustancias:

$\text{KI}$ : iones $\text{K}^+$ e $\text{I}^-$ , producto de cargas $1\cdot 1 = 1$ . Los dos iones son grandes (el $\text{I}^-$ es del periodo 5).
$\text{CaO}$ : iones $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{O}^{2-}$ , producto de cargas $2\cdot 2 = 4$ . Los dos iones son más pequeños: el $\text{Ca}^{2+}$ tiene un protón más que el $\text{K}^+$ con los mismos electrones, y el $\text{O}^{2-}$ es del periodo 2.

Los dos factores van en el mismo sentido: el CaO tiene mayor energía reticular (en valor absoluto, unos

3400\ \text{kJ/mol}

frente a unos

630\ \text{kJ/mol}

del

\text{KI}

). Por eso el óxido de calcio es mucho más duro y funde a una temperatura mucho más alta.

Consejo

En a), «ordenada» significa por orden de energía de los orbitales: el $4s$ se llena antes que el $3d$ . Pero al formar un catión se pierden primero los electrones de mayor $n$ (los $4s$ ), no los últimos que entraron.

En b) no basta con dar el nombre: hay que razonar las dos tendencias (grupo y periodo) con la distancia al núcleo, el apantallamiento y la carga nuclear efectiva.

Paso 1 de 3

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