T1: Estructura atómica · Sistema Periódico y Propiedades Periódicas

Sistema Periódico y Propiedades Periódicas

Teoría

2020 · Extraordinaria · Reserva

Dados los elementos A, B, y C de números atómicos $10$ , $11$ y $12$ , respectivamente:

a) Asigne razonadamente los valores siguientes, correspondientes a la primera energía de ionización, a cada uno de los tres elementos del enunciado:

496\text{ kJ/mol}

738\text{ kJ/mol}

2070\text{ kJ/mol}

.b) Indique justificadamente el ion más probable que forman los elementos B y C.c) Justifique cuál de los tres elementos tendrá mayor radio.

Energía de ionizaciónRadio atómicoPropiedades periódicas

Configuraciones electrónicas

En primer lugar, determinamos las configuraciones electrónicas de los elementos en su estado fundamental basándonos en el principio de Aufbau, el principio de exclusión de Pauli y la regla de máxima multiplicidad de Hund:

A (Z=10): 1s^2 2s^2 2p^6

B (Z=11): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1

C (Z=12): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2

a) La energía de ionización es la energía mínima necesaria para extraer un electrón de un átomo gaseoso en su estado fundamental. El elemento A es un gas noble (

\ce{Ne}

) con su capa de valencia completa (

n=2

), lo que le confiere una gran estabilidad y una carga nuclear efectiva (

Z_{ef}

) elevada sobre unos electrones muy próximos al núcleo, por lo que su energía de ionización será la más alta:

2070 \text{ kJ/mol}

. Los elementos B (

\ce{Na}

) y C (

\ce{Mg}

) pertenecen al periodo 3 (

n=3

). Al avanzar en un periodo de izquierda a derecha, el número de protones aumenta y el apantallamiento (

S

) se mantiene aproximadamente constante, por lo que la

Z_{ef}

aumenta. Al ser

Z_{ef}(C) > Z_{ef}(B)

, el núcleo de C atrae con más fuerza a sus electrones externos. Por tanto: C =

738 \text{ kJ/mol}

y B =

496 \text{ kJ/mol}

.b) Los elementos tienden a adquirir la configuración electrónica de gas noble (octeto completo) para alcanzar la máxima estabilidad. El elemento B (

\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^1}

) tenderá a perder su único electrón de valencia del orbital

3s

para formar el catión

\ce{B+}

, adquiriendo la configuración de

\ce{Ne}

. El elemento C (

\ce{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2}

) tenderá a perder sus dos electrones de valencia del orbital

3s

para formar el catión

\ce{C^{2+}}

, alcanzando así también la configuración electrónica del gas noble precedente.c) El elemento con mayor radio es B. El radio atómico depende del número de niveles energéticos y de la carga nuclear efectiva. El elemento A tiene sus electrones de valencia en el nivel

n=2

, mientras que B y C los tienen en el nivel

n=3

, por lo que A será el más pequeño de los tres. Comparando B y C, ambos tienen sus electrones externos en el mismo nivel (

n=3

), pero el elemento C tiene un mayor número atómico (

Z=12

) que B (

Z=11

). Como el apantallamiento que sufren los electrones externos es similar en ambos, la

Z_{ef}

sobre el nivel

n=3

es mayor en C que en B, lo que provoca una mayor atracción del núcleo sobre la nube electrónica y una contracción del radio. Por tanto, el radio de B es superior al de C.