Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2021

A.1 Responda las siguientes cuestiones:

a) (0,75 puntos) Considere los elementos: A ($1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^{6}3{\mathrm{s}}^2$), B ($1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^2$) y C ($1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^{6}3{\mathrm{s}}^{2}3{\mathrm{p}}^4$). Identifique cada elemento y especifique el grupo y el periodo al que pertenece.
b) (0,5 puntos) Considere los elementos D ($1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^1$) y E ($1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^6$). La primera energía de ionización de uno de ellos es 2080,7 $\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot \mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}$ y la del otro 520,2 $\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot \mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}$. Justifique qué valor de la energía de ionización corresponde a cada uno.
c) (0,75 puntos) ¿Cuántos electrones desapareados existen en los átomos de Na, N y Ne?

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Identifique}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{especifique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{pertenece.}}\mathbf{\text{(0,75}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El número de electrones da el número atómico, el periodo lo marca el nivel más externo ocupado y el grupo, los electrones de valencia.

$\mathrm{A}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^2$, $Z=12$ — el $\mathbf{\text{magnesio}}$, $\mathrm{M}\mathrm{g}$. Último nivel el 3 y dos electrones de valencia: $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{2,}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3}}$.

$\mathrm{B}:1s^{2}2s^{2}2p^2$, $Z=6$ — el $\mathbf{\text{carbono}}$, $\mathrm{C}$. Último nivel el 2 y cuatro electrones de valencia: $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{14,}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{2}}$.

$\mathrm{C}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^4$, $Z=16$ — el $\mathbf{\text{azufre}}$, $\mathrm{S}$. Último nivel el 3 y seis electrones de valencia: $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{16,}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3}}$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{valor}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{corresponde}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{uno.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Las dos configuraciones son muy distintas: D ($1s^{2}2s^1$) es el litio, con un solo electrón de valencia, y E ($1s^{2}2s^{2}2p^6$) es el neón, un gas noble con la capa completa.

Arrancarle un electrón al neón supone romper una configuración de octeto, la más estable posible, y además su carga nuclear efectiva es muy alta, así que cuesta muchísimo. Al litio, en cambio, quitarle su electrón $2s^1$ lo deja con la configuración del helio, que es justamente lo que le conviene, y ese electrón está además muy apantallado.

$\mathrm{D}(\mathrm{L}\mathrm{i}):\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1=\mathrm{520,2}\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot \mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}$

$\mathrm{E}(\mathrm{N}\mathrm{e}):\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1=\mathrm{2080,7}\mathrm{k}\mathrm{J}\cdot \mathrm{m}\mathrm{o}{\mathrm{l}}^{-1}$

La diferencia, de cuatro veces, es coherente con que los alcalinos sean los elementos de menor energía de ionización de cada periodo y los gases nobles, los de mayor.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ntos}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{desapareados}}\mathbf{\text{existen}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Na,}}\mathbf{\text{N}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Ne?}}\mathbf{\text{(0,75}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Hay que escribir la configuración y aplicar la regla de Hund: dentro de un mismo subnivel, los electrones ocupan primero orbitales distintos y con espines paralelos.

$\mathrm{N}\mathrm{a}(Z=11):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^1$ — todo está apareado salvo el electrón $3s$, que está solo en su orbital: $\mathbf{\text{1}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{desapareado}}$.

$\mathrm{N}(Z=7):1s^{2}2s^{2}2p^3$ — los tres electrones $2p$ se reparten uno en cada uno de los tres orbitales $p$, sin aparearse: $\mathbf{\text{3}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{desapareados}}$.

$\mathrm{N}\mathrm{e}(Z=10):1s^{2}2s^{2}2p^6$ — todos los orbitales están llenos y todos los electrones apareados: $\mathbf{\text{0}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{desapareados}}$.