Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2024

a) Escriba la configuración electrónica del arsénico $(Z=33)$ en estado fundamental e indique en qué grupo y periodo se encuentra. (0,75 puntos)

b) Ordene los siguientes elementos neutros en función de su primera energía de ionización, de mayor energía a menor: $\text{S }(Z=16)$, $\text{Na }(Z=11)$ y $\text{K }(Z=19)$. Razone su respuesta. (0,75 puntos)

c) ¿Cuál es el número máximo de electrones en orbitales con el número cuántico $n=3$? (0,5 puntos)

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ars}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{nico}}\mathbf{\text{(Z}}\mathbf{\text{=}}\mathbf{\text{33)}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{encuentra.}}\mathbf{\text{(0,75}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El número atómico da los 33 electrones del átomo neutro, que se colocan por orden creciente de energía siguiendo el principio de construcción:

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^{2}3d^{10}4p^3\equiv [\mathrm{A}\mathrm{r}]4s^{2}3d^{10}4p^3$

Comprobación: $2+2+6+2+6+2+10+3=33$ electrones.

El $\mathbf{\text{periodo}}$ lo da el mayor valor de $n$ ocupado, que es 4, así que el arsénico está en el $\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{4}}$.

El $\mathbf{\text{grupo}}$ se obtiene de los electrones de valencia. En un elemento del bloque p, los de valencia son los del último nivel, $4s^{2}4p^3$, es decir, 5; los diez del $3d$ están completos y no cuentan. Con 5 electrones de valencia en el bloque p, corresponde el $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{15}}$, el de los nitrogenoideos.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Ordene}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{neutros}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{funci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{primera}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{menor:}}\mathbf{\text{S}}\mathbf{\text{(Z}}\mathbf{\text{=}}\mathbf{\text{16),}}\mathbf{\text{Na}}\mathbf{\text{(Z}}\mathbf{\text{=}}\mathbf{\text{11)}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{K}}\mathbf{\text{(Z}}\mathbf{\text{=}}\mathbf{\text{19).}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(0,75}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Se escriben primero las configuraciones para situar cada elemento en la tabla:

$\mathrm{N}\mathrm{a}(Z=11):[\mathrm{N}\mathrm{e}]3s^1$ — grupo 1, periodo 3.

$\mathrm{S}(Z=16):[\mathrm{N}\mathrm{e}]3s^{2}3p^4$ — grupo 16, periodo 3.

$\mathrm{K}(Z=19):[\mathrm{A}\mathrm{r}]4s^1$ — grupo 1, periodo 4.

La energía de ionización crece hacia la derecha, porque aumenta la carga nuclear efectiva sobre unos electrones que están en el mismo nivel, y hacia arriba, porque el electrón que se arranca está más cerca del núcleo y menos apantallado.

El $\mathbf{\text{azufre}}$ es el que más cuesta ionizar: comparte periodo con el sodio pero está mucho más a la derecha, con cinco protones más atrayendo a los electrones de valencia.

Entre los dos alcalinos, ambos con un solo electrón $s$ muy apantallado y fácil de perder, cuesta menos ionizar el $\mathbf{\text{potasio}}$, cuyo electrón está en el cuarto nivel, más lejos del núcleo que el del sodio.

$\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{S})>\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{N}\mathrm{a})>\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{K})$

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ximo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{orbitales}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ntico}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{=}}\mathbf{\text{3?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Con $n=3$, el número secundario puede valer $l=0,1$ y $2$, es decir, hay subniveles s, p y d. Cada subnivel tiene $2l+1$ orbitales y cada orbital admite dos electrones de espín opuesto:

Subnivel	$l$	Orbitales	Electrones
3s	0	1	2
3p	1	3	6
3d	2	5	10
Total		9	18

El máximo es de $\mathbf{\text{18}}\mathbf{\text{electrones}}$, resultado que coincide con la fórmula general $2n^2=2\cdot 3^2=18$.