Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2020

Para los elementos del segundo periodo:

a) ¿Cuáles consiguen configuración de gas noble al ganar o perder un solo electrón? Escriba las configuraciones electrónicas ordenadas de los iones resultantes. (Hasta 0,6 puntos)

b) Ordene los elementos de los grupos 13 al 17 de acuerdo con el valor creciente de su radio atómico. Justifique la respuesta. (Hasta 0,6 puntos)

c) Defina energía de ionización. Entre el elemento del grupo 1 y el del grupo 2, ¿cuál tiene mayor energía de ionización? Justifique la respuesta. (Hasta 0,8 puntos)

$\textbf{a) ¿Cuáles consiguen configuración de gas noble al ganar o perder un solo electrón? Escriba las configuraciones electrónicas ordenadas de los iones resultantes. (Hasta 0,6 puntos)}$

El segundo periodo lo forman el litio, el berilio, el boro, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el flúor y el neón. Hay que buscar los que están a un solo electrón de una configuración de gas noble, es decir, los vecinos inmediatos del helio y del neón.

El $\textbf{litio}$, $1s^2\,2s^1$, pierde su único electrón de valencia y queda como el helio:

$\mathrm{Li^+}: \quad 1s^2$

El $\textbf{flúor}$, $1s^2\,2s^2\,2p^5$, gana un electrón y completa el octeto, quedando como el neón:

$\mathrm{F^-}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6$

Los demás necesitarían ganar o perder dos, tres o cuatro electrones, y el neón ya es un gas noble.

$\textbf{b) Ordene los elementos de los grupos 13 al 17 de acuerdo con el valor creciente de su radio atómico. Justifique la respuesta. (Hasta 0,6 puntos)}$

Los elementos del segundo periodo en esos grupos son el boro, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno y el flúor.

Todos tienen sus electrones de valencia en la misma capa, la segunda, así que el apantallamiento apenas cambia de uno a otro; lo que sí crece de izquierda a derecha es la carga del núcleo, y con ella la fuerza con que atrae a esos electrones. El resultado es que el radio disminuye al avanzar en el periodo.

$r(\mathrm{F}) < r(\mathrm{O}) < r(\mathrm{N}) < r(\mathrm{C}) < r(\mathrm{B})$

$\textbf{c) Defina energía de ionización. Entre el elemento del grupo 1 y el del grupo 2, ¿cuál tiene mayor energía de ionización? Justifique la respuesta. (Hasta 0,8 puntos)}$

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:

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

Los elementos en cuestión son el litio, del grupo 1, y el berilio, del grupo 2. El de mayor energía de ionización es el $\textbf{berilio}$, y por dos razones que apuntan en el mismo sentido.

Primero, está más a la derecha del periodo, con un protón más y el mismo apantallamiento, de modo que su carga nuclear efectiva es mayor.

Y segundo, su configuración es $1s^2\,2s^2$, con el subnivel $2s$ completo, que es una situación particularmente estable; el litio, en cambio, alcanza configuración de gas noble justamente al perder su electrón, lo que le resulta muy favorable.