Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2026

La mayor parte de la fruta seca tiene un contenido rico en minerales de fácil absorción, como potasio, fósforo y magnesio. Estos nutrientes son esenciales para el buen funcionamiento del organismo, por ejemplo, en el control de la presión sanguínea (potasio), en la modulación de la respuesta del sistema inmunitario (fósforo) o como cofactores en un gran número de enzimas (magnesio).

a) Escriba las configuraciones electrónicas del potasio, del fósforo y del magnesio, y determine a qué grupo, período y bloque de la tabla periódica pertenece cada uno. Defina qué es la energía de ionización de un elemento y justifique si esta magnitud es positiva o negativa. De entre el potasio, el fósforo y el magnesio, ¿cuál de estos elementos presentará la primera energía de ionización más pequeña? ¿Y la más grande? Justifique la respuesta. [1,25 puntos]
b) Los derivados orgánicos del fósforo se utilizan en un amplio abanico de aplicaciones, por ejemplo, como herbicidas o como agentes retardantes de llama en plásticos. El tricloruro de fósforo ($\mathrm{PCl_3}$) es uno de los intermediarios principales utilizados en la síntesis industrial de estos compuestos. Represente la estructura de Lewis del tricloruro de fósforo y prediga cuál debe ser su geometría según la teoría de repulsión de los pares de electrones de la capa de valencia (RPECV). Explique de manera justificada si el tricloruro de fósforo es un compuesto polar o no. ¿Cuál es el principal tipo de fuerzas intermoleculares que pueden formar las moléculas de tricloruro de fósforo entre ellas? [1,25 puntos]

Datos: números atómicos: Z(K) = 19; Z(Mg) = 12; Z(P) = 15; Z(Cl) = 17. Electronegatividad según la escala de Pauling: P = 2,19; Cl = 3,16.

$\textbf{a) Escriba las configuraciones electrónicas del potasio, del fósforo y del magnesio, y determine a qué grupo, período y bloque pertenece cada uno. Defina la energía de ionización y justifique su signo. ¿Cuál de estos elementos presentará la primera energía de ionización más pequeña? ¿Y la más grande? (1,25 puntos)}$

Repartimos los electrones por orden creciente de energía siguiendo el principio de construcción.

$\mathrm{K}\ (Z=19):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1$

$\mathrm{Mg}\ (Z=12):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2$

$\mathrm{P}\ (Z=15):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3$

El período es el número cuántico principal más alto ocupado, el grupo se deduce de los electrones de valencia y el bloque, del subnivel que se está llenando.

Elemento	Configuración de valencia	Grupo	Período	Bloque Potasio	$4s^1$	1	4	s Magnesio	$3s^2$	2	3	s Fósforo	$3s^2\,3p^3$	15	3	p

La energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo neutro, aislado y en estado gaseoso fundamental, dejándolo como catión monopositivo.

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

Siempre es positiva, porque hay que vencer la atracción del núcleo sobre el electrón: es un proceso endotérmico en el que el sistema absorbe energía.

En un mismo período la energía de ionización crece hacia la derecha, porque aumenta la carga nuclear efectiva sin que cambie apreciablemente el apantallamiento; en un mismo grupo disminuye hacia abajo, porque el electrón externo queda en una capa más alejada y más apantallada.

El potasio es el que la tiene más pequeña: su electrón $4s^1$ está en la capa más externa de las tres y muy apantallado por el núcleo de gas noble. El fósforo es el que la tiene más grande: comparte período con el magnesio pero tiene tres protones más, así que su carga nuclear efectiva es mayor.

$\textbf{b) Represente la estructura de Lewis del tricloruro de fósforo y prediga su geometría según la RPECV. Explique si es un compuesto polar. ¿Cuál es el principal tipo de fuerzas intermoleculares entre sus moléculas? (1,25 puntos)}$

El fósforo aporta cinco electrones de valencia y cada cloro, siete, de manera que entre los cuatro átomos hay veintiséis. En la estructura de Lewis el fósforo ocupa el centro y se une por un enlace simple a cada uno de los tres cloros; cada cloro completa su octeto con tres pares solitarios y sobre el fósforo queda todavía un par de electrones sin compartir.

$\text{tres enlaces }\mathrm{P{-}Cl}\ +\ \text{un par solitario sobre el }\mathrm{P}\ +\ \text{tres pares solitarios en cada }\mathrm{Cl}$

El átomo central tiene, pues, cuatro pares de electrones a su alrededor: tres enlazantes y uno solitario. La RPECV los coloca en los vértices de un tetraedro, pero la geometría molecular solo tiene en cuenta las posiciones de los átomos, así que el $\mathrm{PCl_3}$ es una molécula piramidal trigonal, con ángulos algo menores que los $109{,}5^\circ$ del tetraedro regular porque el par solitario repele más que los enlazantes.

Cada enlace P-Cl es polar, ya que la diferencia de electronegatividad vale

$\Delta\chi=3{,}16-2{,}19=0{,}97$

y el cloro atrae más los electrones. Al no ser la molécula plana ni simétrica, los tres momentos dipolares de enlace no se anulan entre sí: su suma vectorial apunta en la dirección del par solitario, de modo que el tricloruro de fósforo es una molécula polar.

Al ser polar y no tener hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo, no puede formar enlaces de hidrógeno. Entre sus moléculas actúan fuerzas de Van der Waals, y de ellas predominan las dipolo-dipolo (fuerzas de Keesom), acompañadas de las de dispersión de London propias de toda molécula.