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)

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

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

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

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

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

El $\textbf{grupo}$ 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 $\textbf{grupo 15}$, el de los nitrogenoideos.

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

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

$\mathrm{Na}\ (Z=11): \quad [\mathrm{Ne}]\,3s^1$ — grupo 1, periodo 3.

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

$\mathrm{K}\ (Z=19): \quad [\mathrm{Ar}]\,4s^1$ — 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 $\textbf{azufre}$ 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 $\textbf{potasio}$, cuyo electrón está en el cuarto nivel, más lejos del núcleo que el del sodio.

$\mathrm{EI_1(S)} > \mathrm{EI_1(Na)} > \mathrm{EI_1(K)}$

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

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 $\textbf{18 electrones}$, resultado que coincide con la fórmula general $2n^2 = 2\cdot 3^2 = 18$.