Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2023

Cuestión 1. Estructura atómica. Propiedades periódicas.

a) Escriba las configuraciones electrónicas de los iones ${\text{Mg}}^{2+}$, ${\text{Ca}}^{2+}$ y ${\text{Fe}}^{2+}$, e identifique el número de grupo y periodo al que pertenecen los elementos correspondientes. (1,2 puntos)
b) Compare razonadamente el radio atómico del yodo, $\text{I}$, con el radio iónico del yoduro, ${\text{I}}^{-}$. (0,4 puntos)
c) Ordene de menor a mayor la primera energía de ionización de los siguientes elementos: $\text{Mg}$, $\text{Si}$ y $\text{S}$. Razone la respuesta. (0,4 p)

Datos: Números atómicos, $Z$: $\text{Mg}=12$; $\text{Si}=14$; $\text{S}=16$; $\text{Ca}=20$; $\text{Fe}=26$; $\text{I}=53$.

${\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{configuraciones}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nicas}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{iones}}\mathbf{\text{Mg}}}^{2+}{\mathbf{\text{,}}\mathbf{\text{Ca}}}^{2+}{\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Fe}}}^{2+}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{identifique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{pertenecen}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{elementos}}\mathbf{\text{correspondientes.}}\mathbf{\text{(1,2}}\mathbf{\text{puntos)}}$

$\mathrm{M}{\mathrm{g}}^{2+}$ ($Z=12$, pierde 2 electrones y le quedan 10):

$1s^{2}2s^{2}2p^6$, la del neón.

El magnesio neutro es $\dots 3s^2$: $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{2,}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{3}}$.

$\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$ ($Z=20$, le quedan 18):

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^6$, la del argón.

El calcio neutro es $\dots 4s^2$: $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{2,}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{4}}$.

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ ($Z=26$, le quedan 24):

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^6$

Aquí hay que tener cuidado: aunque el 4s se llena antes que el 3d, $\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{pierden}}\mathbf{\text{primero}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{4s}}$, porque en el átomo ya formado es el orbital más externo. Por eso queda $3d^6$ y no $3d^{4}4s^2$.

El hierro neutro es $\dots 3d^{6}4s^2$: $\mathbf{\text{grupo}}\mathbf{\text{8,}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{4}}$.

${\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Compare}}\mathbf{\text{razonadamente}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{yodo,}}\mathbf{\text{I,}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{i}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{yoduro,}}\mathbf{\text{I}}}^{-}\mathbf{\text{.}}\mathbf{\text{(0,4}}\mathbf{\text{puntos)}}$

El yoduro es $\mathbf{\text{mayor}}$ que el átomo neutro.

Al captar un electrón, el número de protones sigue siendo 53, pero ahora hay 54 electrones repartiéndose la misma atracción del núcleo. La carga nuclear efectiva que siente cada uno disminuye y, además, aumenta la repulsión entre ellos. El resultado es que la nube electrónica se expande.

Es la regla general: un anión siempre es mayor que su átomo neutro, y un catión, menor.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{Ordene}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{menor}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{primera}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{ionizaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{elementos:}}\mathbf{\text{Mg,}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{S.}}\mathbf{\text{Razone}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{respuesta.}}\mathbf{\text{(0,4}}\mathbf{\text{p)}}$

Los tres están en el periodo 3, y en un periodo la energía de ionización crece de izquierda a derecha: aumenta la carga nuclear efectiva y disminuye el radio, así que el electrón más externo está cada vez más atraído y cuesta más arrancarlo.

El periodo 3 tiene dos anomalías, pero ninguna altera este orden. El $\mathbf{\text{magnesio}}$ ($3s^2$), con el subnivel s completo, supera al aluminio, que le sigue; y el $\mathbf{\text{azufre}}$ ($3s^{2}3p^4$), con dos electrones apareados en un orbital p, queda por debajo del fósforo, que le precede. Son desviaciones pequeñas entre vecinos: el silicio sigue por encima del magnesio, y el azufre, por encima del silicio.

$\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{M}\mathrm{g})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{S}\mathrm{i})<\mathrm{E}{\mathrm{I}}_1(\mathrm{S})$