QuímicaFácilCuestión · 2,5 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos

Comunidad de Madrid · 2026 · Junio

Enunciado

La configuración electrónica de un elemento X es

[\text{Ne}]\,ns^1

.

a) (1 punto) Indique el valor de "

n

", el nombre y símbolo del elemento X, así como el grupo y el período a los que pertenece. Razone cómo varía la energía de ionización a lo largo de un grupo de la tabla periódica.

b) (0,5 puntos) Justifique cuál es el catión más estable que puede formar el elemento X. Indique un catión divalente, un elemento neutro y un anión monovalente que sean isoelectrónicos con el catión más estable del elemento X.

c) (0,5 puntos) Si el electrón más externo del elemento X es excitado del orbital

ns

al orbital

np

, ¿cómo cambian sus números cuánticos? Explique si se trata de una absorción o de una emisión.

d) (0,5 puntos) Calcule la energía, en electronvoltios, asociada a la transición electrónica anterior, sabiendo que la longitud de onda de la radiación implicada es de 766,5 nm.

Datos:

h = 6{,}626\cdot 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}

;

c = 3{,}00\cdot 10^{8}\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}

;

1\ \text{eV} = 1{,}602\cdot 10^{-19}\ \text{J}

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Resultado

a) $n = 3$ ; sodio (Na), grupo 1, periodo 3. La energía de ionización disminuye al bajar en un grupo.
b) $\text{Na}^+$ (configuración del Ne). Isoelectrónicos: $\text{Mg}^{2+}$ , Ne, $\text{F}^-$ .
c) $n$ igual, $l$ : 0 → 1, $m_l$ : 0 → −1, 0 o +1. Absorción.
d) $E = 2{,}59\cdot 10^{-19}\ \text{J} = 1{,}62\ \text{eV}$

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

El núcleo de gas noble

[\text{Ne}]

ocupa las capas 1 y 2 (

1s^2\,2s^2\,2p^6

), así que el siguiente electrón entra en la capa 3:

n = 3

. Con eso el elemento queda identificado (el sodio) y el resto son consecuencias:

a) Periodo = capa de valencia; grupo = electrones en $s^1$ → alcalinos. La energía de ionización se razona con la distancia del electrón al núcleo y el apantallamiento.
b) El catión estable es el que alcanza la configuración de gas noble; los isoelectrónicos tienen el mismo número de electrones (10).
c) Pasar de $s$ a $p$ cambia $l$ (y puede cambiar $m_l$ ); subir de energía exige absorber.
d) $E = h\nu = \dfrac{hc}{\lambda}$ , y después se pasa de julios a electronvoltios.

Desarrollo

a) Identificación del elemento y energía de ionización.

[\text{Ne}] = 1s^2\,2s^2\,2p^6

completa las capas

n = 1

n = 2

. El orbital que se llena a continuación es el

3s

, luego:

n = 3 \qquad \text{X} = 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1 \quad (Z = 11)

Elemento: sodio, Na.
Periodo 3 (su capa de valencia es la $n = 3$ ).
Grupo 1 (alcalinos): un solo electrón de valencia, en un orbital $s$ .

Variación de la energía de ionización en un grupo. La energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso. Disminuye al descender en un grupo:

Al bajar se añade una capa electrónica en cada periodo, así que el electrón de valencia está cada vez más lejos del núcleo.
Los electrones de las capas internas apantallan la carga nuclear: aunque $Z$ aumenta, la carga efectiva que nota el electrón externo apenas cambia.

Más distancia y la misma carga efectiva → menor atracción → más fácil arrancarlo. En los alcalinos: Li > Na > K > Rb > Cs.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

b) Catión más estable e isoelectrónicos.

El sodio pierde con facilidad su único electrón

3s

(primera energía de ionización baja) y forma el $\text{Na}^+$ , con configuración

1s^2\,2s^2\,2p^6

, la del neón: capa externa completa, muy estable. Arrancar un segundo electrón supondría romper esa capa completa, mucho más cercana al núcleo; la segunda energía de ionización del sodio es unas nueve veces mayor que la primera, así que el

\text{Na}^{2+}

no se forma en reacciones químicas.

El

\text{Na}^+

tiene

11 - 1 = 10

electrones. Especies con 10 electrones:

Especie pedida	Ejemplo	Electrones
Catión divalente	$\text{Mg}^{2+}$ ( $Z = 12$ )	$12 - 2 = 10$
Elemento neutro	Ne ( $Z = 10$ )	10
Anión monovalente	$\text{F}^-$ ( $Z = 9$ )	$9 + 1 = 10$

c) Números cuánticos de la excitación $3s \rightarrow 3p$ .

	$n$	$l$	$m_l$	$m_s$
Electrón en $3s$	3	0	0	$+\tfrac{1}{2}$ o $-\tfrac{1}{2}$
Electrón en $3p$	3	1	$-1$ , $0$ o $+1$	$+\tfrac{1}{2}$ o $-\tfrac{1}{2}$

$n$ no cambia (sigue en la capa 3).
$l$ pasa de 0 a 1 (de orbital $s$ a orbital $p$ ).
$m_l$ pasa de 0 a uno de los valores $-1$ , $0$ o $+1$ (los tres orbitales $3p$ ).
$m_s$ puede ser $+\tfrac{1}{2}$ o $-\tfrac{1}{2}$ (el espín no está determinado por la transición).

El orbital

3p

tiene más energía que el

3s

, así que para que el electrón suba el átomo tiene que absorber energía: es un proceso de absorción (daría una raya oscura en el espectro de absorción). El camino inverso,

3p \rightarrow 3s

, sería una emisión.

d) Energía de la transición.

La energía del fotón absorbido es:

E = \frac{h\,c}{\lambda} = \frac{6{,}626\cdot 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s} \cdot 3{,}00\cdot 10^{8}\ \text{m}\cdot\text{s}^{-1}}{766{,}5\cdot 10^{-9}\ \text{m}} = 2{,}59\cdot 10^{-19}\ \text{J}

(cuidado con pasar los nanómetros a metros:

1\ \text{nm} = 10^{-9}\ \text{m}

). En electronvoltios:

E = \frac{2{,}59\cdot 10^{-19}\ \text{J}}{1{,}602\cdot 10^{-19}\ \text{J/eV}} = 1{,}62\ \text{eV}

(Curiosidad: la raya

3s \rightarrow 3p

real del sodio es la amarilla de unos 589 nm; 766,5 nm es la raya análoga

4s \rightarrow 4p

del potasio. El examen da ese valor y con él hay que operar.)

Consejo

En a) muchos escriben $n = 2$ porque el neón está en el periodo 2. Fíjate en que $[\text{Ne}]$ es el núcleo ya lleno: el electrón nuevo entra en la capa siguiente. Comprueba siempre contando electrones: $10 + 1 = 11$ , el sodio.

En d), el fallo más habitual es dejar la longitud de onda en nanómetros. Pásala a metros antes de dividir y da el resultado en las unidades que piden (aquí, eV).