Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2025

a) Escriba las configuraciones electrónicas de los iones ${\text{Li}}^{+}$, ${\text{F}}^{-}$, ${\text{Na}}^{+}$, ${\text{Mg}}^{2+}$, ${\text{S}}^{2-}$ y ${\text{Cl}}^{-}$ en su estado fundamental. [1,5 puntos]

b) Considere los elementos boro, carbono y aluminio. Explique, razonadamente, cuál de los tres tiene: [1 punto]

b.1) mayor radio atómico. [0,25 puntos]

b.2) menor radio atómico. [0,25 puntos]

b.3) mayor energía de ionización. [0,25 puntos]

b.4) menor energía de ionización. [0,25 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{configuraciones}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{iones}}\mathbf{\text{Li⁺,}}\mathbf{\text{F⁻,}}\mathbf{\text{Na⁺,}}\mathbf{\text{Mg²⁺,}}\mathbf{\text{S²⁻}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Cl⁻}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental.}}\mathbf{\text{[1,5}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Se parte de la configuración del átomo neutro y se quitan electrones —empezando por la capa más externa— si el ion es positivo, o se añaden si es negativo.

Ion	$Z$	Electrones	Configuración electrónica ${\text{Li}}^{+}$	3	2	$1s^2$ ${\text{F}}^{-}$	9	10	$1s^{2}2s^{2}2p^6$ ${\text{Na}}^{+}$	11	10	$1s^{2}2s^{2}2p^6$ ${\text{Mg}}^{2+}$	12	10	$1s^{2}2s^{2}2p^6$ ${\text{S}}^{2-}$	16	18	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$ ${\text{Cl}}^{-}$	17	18	$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$

Todos son isoelectrónicos con un gas noble, que es precisamente la razón de su estabilidad: el ${\text{Li}}^{+}$ con el helio; el ${\text{F}}^{-}$, el ${\text{Na}}^{+}$ y el ${\text{Mg}}^{2+}$ con el neón; y el ${\text{S}}^{2-}$ y el ${\text{Cl}}^{-}$ con el argón.

Conviene notar que tener la misma configuración no significa tener el mismo tamaño: entre los tres isoelectrónicos con el neón, el ${\text{F}}^{-}$ es con diferencia el mayor y el ${\text{Mg}}^{2+}$ el menor, porque con los mismos diez electrones el magnesio tiene doce protones atrayéndolos y el flúor solo nueve.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Considere}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{boro,}}\mathbf{\text{carbono}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{aluminio.}}\mathbf{\text{Explique,}}\mathbf{\text{razonadamente,}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{tres}}\mathbf{\text{tiene}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{[1}}\mathbf{\text{punto]}}$

Primero se sitúan los tres elementos en la tabla:

Elemento	$Z$	Configuración	Periodo	Grupo Boro	5	$[\text{He}]2s^{2}2p^1$	2	13 Carbono	6	$[\text{He}]2s^{2}2p^2$	2	14 Aluminio	13	$[\text{Ne}]3s^{2}3p^1$	3	13

El radio atómico aumenta al bajar en un grupo (se añade una capa) y disminuye hacia la derecha en un periodo (crece la carga nuclear efectiva sin añadir capas). La energía de ionización sigue exactamente la tendencia contraria: cuanto más pequeño y más fuertemente atraído está el electrón externo, más cuesta arrancarlo.

$\mathbf{\text{b.1)}}\mathbf{\text{Mayor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico:}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{aluminio.}}$ Es el único del periodo 3, con tres capas ocupadas frente a las dos del boro y el carbono.

$\mathbf{\text{b.2)}}\mathbf{\text{Menor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico:}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{carbono.}}$ Está en el mismo periodo que el boro pero un lugar a la derecha, con un protón más en el núcleo y el mismo apantallamiento.

$\mathbf{\text{b.3)}}\mathbf{\text{Mayor}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n:}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{carbono.}}$ Es el más pequeño y el de mayor carga nuclear efectiva, así que retiene con más fuerza su electrón externo.

$\mathbf{\text{b.4)}}\mathbf{\text{Menor}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n:}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{aluminio.}}$ Su electrón $3p^1$ está en una capa más alejada y muy apantallado por las dos interiores completas.