Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2021

A.1 Dados los elementos A (Z=17), B (Z=35), C (Z=19) y D (Z=11):

a) (1 punto) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos.
b) (0,5 puntos) Justifique cuáles se encuentran en el mismo periodo.
c) (0,5 puntos) Razone si el elemento D (Z=11) presenta mayor afinidad electrónica que el A (Z=17).

$\textbf{a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos. (1 punto)}$

Se llenan los orbitales por orden creciente de energía hasta agotar los electrones.

$\mathrm{A}\ (Z = 17): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$ — el cloro.

$\mathrm{B}\ (Z = 35): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$ — el bromo.

$\mathrm{C}\ (Z = 19): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1$ — el potasio.

$\mathrm{D}\ (Z = 11): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$ — el sodio.

En el bromo conviene fijarse en el orden de llenado: el orbital $4s$ se llena antes que el $3d$ por tener menor energía, aunque se escriba después al ordenar por niveles.

$\textbf{b) Justifique cuáles se encuentran en el mismo periodo. (0{,}5 puntos)}$

El periodo lo da el mayor número cuántico principal ocupado, es decir, el nivel más externo de cada configuración.

$\mathrm{A}$ y $\mathrm{D}$ terminan en el nivel 3, así que ambos están en el $\textbf{periodo 3}$.

$\mathrm{B}$ y $\mathrm{C}$ terminan en el nivel 4, así que ambos están en el $\textbf{periodo 4}$.

Nótese que en el bromo el nivel más externo es el 4, aunque el último orbital que se llena, el $4p$, venga después del $3d$: los electrones $3d$ son internos y no cuentan para el periodo.

$\textbf{c) Razone si el elemento D (Z=11) presenta mayor afinidad electrónica que el A (Z=17). (0{,}5 puntos)}$

$\textbf{No}$: el sodio tiene $\textbf{menor}$ afinidad electrónica que el cloro.

La afinidad electrónica es la energía que se pone en juego cuando un átomo neutro gaseoso capta un electrón:

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

Los dos elementos están en el mismo periodo, así que la comparación se reduce a una tendencia: al avanzar hacia la derecha aumenta la carga nuclear efectiva y disminuye el radio, de modo que el núcleo atrae con más fuerza a un electrón adicional y crece la tendencia a captarlo.

Además, la configuración electrónica lo explica por sí sola: al cloro le falta un solo electrón para completar el octeto, así que captarlo le aporta muchísima estabilidad y libera una gran cantidad de energía. El sodio, en cambio, tiene un único electrón de valencia y su tendencia natural es perderlo, no ganar otro; el electrón que captase iría a un orbital $3s$ ya semiocupado y apenas ganaría estabilidad.