Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2020

Los elementos A, B, C y D tienen los números atómicos 19, 25, 31 y 35, respectivamente.

a) Para cada elemento, escriba su configuración electrónica e indique el número de electrones del último nivel. [0,80 puntos]

b) Indique el grupo y nivel al que pertenecen los cuatro elementos. [0,40 puntos]

c) Justifique el orden creciente de radio atómico y electronegatividad. [0,80 puntos]

$\textbf{a) Para cada elemento, escriba su configuración electrónica e indique el número de electrones del último nivel. [0,80 puntos]}$

Se llenan los orbitales por orden creciente de energía, siguiendo la regla de Madelung, hasta colocar los $Z$ electrones de cada átomo neutro. El último nivel es el de mayor $n$ ocupado, que en los cuatro casos es el 4; los electrones $3d$ pertenecen a un nivel interior y no cuentan.

$\mathrm{A}\ (Z = 19): \quad 1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 4s^1$

Es el $\textbf{potasio}$. En el nivel 4 tiene $\textbf{1 electrón}$.

$\mathrm{B}\ (Z = 25): \quad 1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 4s^2\ 3d^5$

Es el $\textbf{manganeso}$. En el nivel 4 tiene $\textbf{2 electrones}$, los del $4s$.

$\mathrm{C}\ (Z = 31): \quad 1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 4s^2\ 3d^{10}\ 4p^1$

Es el $\textbf{galio}$. En el nivel 4 tiene $\textbf{3 electrones}$, dos en el $4s$ y uno en el $4p$.

$\mathrm{D}\ (Z = 35): \quad 1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 4s^2\ 3d^{10}\ 4p^5$

Es el $\textbf{bromo}$. En el nivel 4 tiene $\textbf{7 electrones}$.

$\textbf{b) Indique el grupo y nivel al que pertenecen los cuatro elementos. [0,40 puntos]}$

Los cuatro están en el mismo periodo, el $\textbf{cuarto}$, porque su último nivel ocupado es el 4.

Elemento	Capa de valencia	Grupo A, potasio	$4s^1$	1, metales alcalinos B, manganeso	$4s^2\ 3d^5$	7, metales de transición C, galio	$4s^2\ 4p^1$	13, térreos D, bromo	$4s^2\ 4p^5$	17, halógenos

Para los elementos representativos, el grupo se obtiene sumando los electrones de valencia y añadiendo 10 cuando los hay en orbitales $p$. Para los de transición se suman los $s$ del último nivel y los $d$ del penúltimo: $2 + 5 = 7$ en el manganeso.

$\textbf{c) Justifique el orden creciente de radio atómico y electronegatividad. [0,80 puntos]}$

Los cuatro elementos están en el mismo periodo, así que el número de capas es el mismo y lo que decide es la carga nuclear efectiva. Al avanzar hacia la derecha crece la carga nuclear sin que aumente en la misma medida el apantallamiento, porque los electrones nuevos entran en el mismo nivel o en el $3d$, que apantalla mal. El resultado es que el núcleo tira más de los electrones de valencia: el átomo se contrae y le cuesta más soltarlos.

$\textbf{Radio atómico}$, en orden creciente:

$r(\mathrm{Br}) < r(\mathrm{Ga}) < r(\mathrm{Mn}) < r(\mathrm{K})$

El potasio es con diferencia el mayor: su único electrón $4s$ está muy apantallado por el núcleo de argón que tiene debajo.

$\textbf{Electronegatividad}$, en orden creciente, que es justo el inverso:

$\chi(\mathrm{K}) < \chi(\mathrm{Mn}) < \chi(\mathrm{Ga}) < \chi(\mathrm{Br})$

Cuanto más pequeño es el átomo y mayor su carga nuclear efectiva, con más fuerza atrae hacia sí el par de electrones de un enlace.

Una precisión honesta sobre el radio: entre el manganeso y el galio la tendencia no es tan limpia como en el resto del periodo. Al recorrer el bloque d se van añadiendo diez electrones que apantallan mal, de modo que los elementos que vienen después —el galio entre ellos— resultan más contraídos de lo que cabría esperar. Es la llamada contracción del bloque d, y por eso el radio del galio es muy parecido al del aluminio, que está justo encima.