Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2024

i) Indique la configuración electrónica del elemento con $Z = 17$ y del elemento del cuarto periodo y del grupo 3. [0,50 puntos]

ii) Indique, para cada uno de los elementos del apartado anterior, un conjunto de números cuánticos que correspondan con su electrón diferenciador. [0,50 puntos]

iii) Defina afinidad electrónica. [0,25 puntos]

iv) Ordene por orden de afinidad electrónica creciente los siguientes elementos: Cl, Si, P, S y Al. [0,50 puntos]

v) Razone si para un elemento A, el radio iónico del anión $\text{A}^{1-}$ será mayor que su radio atómico. [0,25 puntos]

Datos: Números atómicos: Al, 13; Si, 14; P, 15; S, 16; Cl, 17.

$\textbf{i) Indique la configuración electrónica del elemento con Z = 17 y del elemento del cuarto periodo y del grupo 3. [0,50 puntos]}$

$\mathrm{Cl}\ (Z = 17): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$

El del cuarto periodo y grupo 3 es el primer metal de transición, el escandio, que estrena el subnivel $3d$:

$\mathrm{Sc}\ (Z = 21): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{1}$

$\textbf{ii) Indique, para cada uno de los elementos del apartado anterior, un conjunto de números cuánticos que correspondan con su electrón diferenciador. [0,50 puntos]}$

El electrón diferenciador es el último que se coloca al construir la configuración.

En el cloro entra en el subnivel $3p$, con cinco electrones en tres orbitales: los tres primeros van desapareados y el cuarto y el quinto aparean, así que el último lleva espín contrario.

$\mathrm{Cl}: \quad (n, l, m, s) = \left(3,\ 1,\ 0,\ -\tfrac{1}{2}\right)$

En el escandio entra en el $3d$, que está estrenándose, de modo que es el primero y va desapareado:

$\mathrm{Sc}: \quad (n, l, m, s) = \left(3,\ 2,\ -2,\ +\tfrac{1}{2}\right)$

$\textbf{iii) Defina afinidad electrónica. [0,25 puntos]}$

La afinidad electrónica es la energía que se intercambia cuando un átomo neutro, en estado gaseoso y en su estado fundamental, capta un electrón y se convierte en un anión mononegativo:

$\mathrm{X}(g) + e^- \rightarrow \mathrm{X^-}(g) + \mathrm{AE}$

$\textbf{iv) Ordene por orden de afinidad electrónica creciente los siguientes elementos: Cl, Si, P, S y Al. [0,50 puntos]}$

Los cinco pertenecen al tercer periodo, así que basta con su posición: al avanzar hacia la derecha crece la carga nuclear efectiva y disminuye el radio, de modo que el átomo atrae con más fuerza al electrón añadido y desprende más energía.

$\mathrm{Al}\ (Z = 13) < \mathrm{Si}\ (14) < \mathrm{P}\ (15) < \mathrm{S}\ (16) < \mathrm{Cl}\ (17)$

El cloro encabeza la lista porque al captar un electrón alcanza la configuración del argón; el aluminio, con tres electrones de valencia, es el que menos gana con ello.

$\textbf{v) Razone si para un elemento A, el radio iónico del anión A¹⁻ será mayor que su radio atómico. [0,25 puntos]}$

Sí, será mayor. Al captar el electrón, la carga del núcleo no cambia pero hay un electrón más repartiéndosela: la carga nuclear efectiva que soporta cada uno disminuye y aumentan las repulsiones entre ellos, de modo que la nube electrónica se expande. Todo anión es mayor que su átomo neutro, igual que todo catión es menor.