Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

A.1 Considere los elementos: A (Z = 17) y B (Z = 12).

a) (0,5 puntos) Escriba la configuración electrónica e indique el nombre, símbolo, grupo y periodo de ambos.
b) (0,5 puntos) Justifique cuál es el elemento de mayor energía de ionización.
c) (0,5 puntos) Justifique cuál es el ion más estable de cada elemento y escriba sus configuraciones electrónicas.
d) (0,5 puntos) Explique si el radio del ion más estable de cada elemento es mayor o menor que el de su respectivo átomo neutro.

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nombre,}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mbolo,}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ambos.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

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

$\mathrm{A}(Z=17):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^5$ — el $\mathbf{\text{cloro}}$, $\mathrm{C}\mathrm{l}$. El nivel más externo es el 3 y tiene siete electrones de valencia: $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{17,}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3}}$.

$\mathrm{B}(Z=12):1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^2$ — el $\mathbf{\text{magnesio}}$, $\mathrm{M}\mathrm{g}$. También en el nivel 3, con dos electrones de valencia: $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{2,}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3}}$.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La energía de ionización es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más externo a un átomo neutro en estado gaseoso y en su estado fundamental:

$\mathrm{X}(g)+\mathrm{E}\mathrm{I}\to {\mathrm{X}}^{+}(g)+e^{-}$

Los dos elementos están en el mismo periodo, así que la comparación es directa: al avanzar hacia la derecha aumenta la carga nuclear sin que se añadan capas, con lo que la carga nuclear efectiva crece y los electrones quedan más retenidos.

El de mayor energía de ionización es el $\mathbf{\text{cloro}}\mathbf{\text{(A)}}$. Además, al cloro le falta un solo electrón para el octeto, así que perder uno lo alejaría mucho de la configuración de gas noble, mientras que el magnesio se acerca a ella al ceder los suyos.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{ion}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{estable}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{escriba}}\mathbf{\text{sus}}\mathbf{\text{configuraciones}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Cada elemento busca la configuración de gas noble por el camino más corto.

Al cloro le falta un electrón, así que lo capta y forma un anión monovalente:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}:1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$ — la del argón.

Al magnesio le sobran dos, así que los cede y forma un catión divalente:

$\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}:1s^{2}2s^{2}2p^6$ — la del neón.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{ion}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{estable}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{cada}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{respectivo}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{neutro.}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Lo que decide es la relación entre el número de protones y el de electrones, porque la carga nuclear no cambia al formarse el ion pero sí el número de electrones que se la reparten.

$r(\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-})>r(\mathrm{C}\mathrm{l})$. El anión tiene un electrón más que protones, así que cada electrón queda menos atraído por el núcleo; además aumenta la repulsión entre ellos y la nube se expande.

$r(\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+})<r(\mathrm{M}\mathrm{g})$. Aquí actúan dos efectos que van en el mismo sentido: los electrones que quedan son menos que los protones y experimentan más atracción, y además desaparece por completo la capa $3s$, con lo que el ion se queda con solo dos niveles ocupados frente a los tres del átomo.

En general, todo anión es mayor que su átomo y todo catión, menor.