Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2021

Conteste las siguientes cuestiones:

a) Defina energía de ionización de un elemento. (Hasta 0,4 puntos)

b) Explique la variación en la tabla periódica de esta propiedad y ordene de menor a mayor energía de ionización los siguientes átomos: rubidio, sodio, silicio, azufre y cloro. (Hasta 0,8 puntos)

c) Escriba la configuración electrónica del hierro ordenada y escriba los números cuánticos posibles de su electrón diferenciador. (Hasta 0,8 puntos)

$\textbf{a) Defina energía de ionización de un elemento. (Hasta 0,4 puntos)}$

La $\textbf{primera energía de ionización}$ es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo a un átomo neutro, en estado gaseoso y en su estado fundamental, dando el catión monopositivo:

$\mathrm{X}(g) + \mathrm{EI_1} \rightarrow \mathrm{X^+}(g) + e^-$

Es siempre positiva, porque hay que vencer la atracción del núcleo, y se mide en $\mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}$. Las sucesivas energías de ionización de un mismo átomo van creciendo, porque cada vez se arranca un electrón de un ion más positivo.

$\textbf{b) Explique la variación en la tabla periódica de esta propiedad y ordene de menor a mayor energía de ionización los siguientes átomos: rubidio, sodio, silicio, azufre y cloro. (Hasta 0,8 puntos)}$

La energía de ionización $\textbf{crece hacia la derecha}$ de un periodo, porque aumenta la carga nuclear efectiva sin que cambie la capa de valencia, y $\textbf{disminuye al bajar}$ en un grupo, porque el electrón queda más lejos del núcleo y más apantallado.

Situando los cinco elementos: el rubidio es un alcalino del periodo 5; el sodio, un alcalino del periodo 3; y el silicio, el azufre y el cloro están en el periodo 3, cada vez más a la derecha.

El rubidio es el más fácil de ionizar, por ser alcalino y del periodo más bajo. Le sigue el sodio, alcalino pero dos periodos más arriba. Y después los tres del periodo 3 en el orden en que aparecen de izquierda a derecha.

$\mathrm{EI_1(Rb)} < \mathrm{EI_1(Na)} < \mathrm{EI_1(Si)} < \mathrm{EI_1(S)} < \mathrm{EI_1(Cl)}$

$\textbf{c) Escriba la configuración electrónica del hierro ordenada y escriba los números cuánticos posibles de su electrón diferenciador. (Hasta 0,8 puntos)}$

El hierro tiene $Z = 26$:

$\mathrm{Fe}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^6\,4s^2$

El $\textbf{electrón diferenciador}$ es el último que se coloca siguiendo el orden de llenado, y en el hierro es el sexto electrón $3d$. Como los cinco primeros ocupan de uno en uno los cinco orbitales $3d$ (regla de Hund), el sexto tiene que aparearse con uno de ellos.

$n = 3$, porque está en la tercera capa.

$\ell = 2$, porque se trata de un orbital $d$.

$m_{\ell} = -2$, tomando el primero de los cinco orbitales por convenio de llenado; los valores posibles van de $-2$ a $+2$.

$m_s = -1/2$, opuesto al del electrón con el que se aparea.

$(3,\ 2,\ -2,\ -1/2)$