T1: Estructura atómica · Configuración electrónica y propiedades periódicas

Configuración electrónica y propiedades periódicas

Problema

2017 · Ordinaria · Titular

Tres elementos tienen las siguientes configuraciones electrónicas:

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2

La primera energía de ionización de estos elementos (no en ese orden) es: $419 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}$ , $735 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}$ y $1527 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}$ , y los radios atómicos son $97$ , $160$ y $235 \text{ pm}$ ( $1 \text{ pm} = 10^{-12} \text{ m}$ ).

a) Indique de qué elementos se tratan A y C.b) Relacione, de forma justificada, cada valor de energía con cada elemento.c) Asigne, de forma justificada, a cada elemento el valor del radio correspondiente.

Estructura atómicaPropiedades periódicas

a) El elemento A tiene un total de 18 electrones (

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6

), lo que corresponde al Argon (

\ce{Ar}

). El elemento C tiene un total de 12 electrones (

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2

), lo que corresponde al Magnesio (

\ce{Mg}

).b) La primera energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso. El elemento B es Potasio (

\ce{K}

), con configuración

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1

. Su electrón diferenciador se encuentra en el nivel de energía

n=4

, lejos del núcleo, y experimenta un bajo valor de carga nuclear efectiva (

Z_{ef}

) debido al apantallamiento (

S

) de las capas internas. Por ello, el Potasio tendrá la menor energía de ionización de los tres elementos, correspondiente a

419 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}

El elemento C es Magnesio ( $\ce{Mg}$ ), con configuración $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2$ . Sus electrones de valencia se encuentran en el nivel de energía $n=3$ , y la subcapa $3s$ está completa. El elemento A es Argon ( $\ce{Ar}$ ), con configuración $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$ . Sus electrones de valencia se encuentran también en el nivel de energía $n=3$ , pero tiene una subcapa $3p$ completa, lo que le confiere una configuración de gas noble muy estable. Dentro del mismo periodo (n=3), el Argon tiene un mayor número de protones (18) que el Magnesio (12), lo que resulta en una mayor carga nuclear efectiva ( $Z_{ef}$ ) para el Argon. Esta mayor $Z_{ef}$ atrae con más fuerza a los electrones de valencia, dificultando su extracción.Por lo tanto, la energía de ionización del Magnesio será mayor que la del Potasio, pero menor que la del Argon. Se asigna a $\ce{Mg}$ (C) $735 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}$ y a $\ce{Ar}$ (A) $1527 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}$ .

c) El radio atómico está determinado principalmente por el número de niveles de energía y la carga nuclear efectiva (

Z_{ef}

) sobre los electrones más externos. El elemento B (

\ce{K}

) tiene sus electrones de valencia en el nivel de energía

n=4

, mientras que los elementos A (

\ce{Ar}

) y C (

\ce{Mg}

) tienen sus electrones de valencia en el nivel de energía

n=3

. Al tener un mayor número de capas electrónicas, el Potasio (

\ce{K}

) tendrá el mayor radio atómico, asignándole

235 \text{ pm}

Los elementos A ( $\ce{Ar}$ ) y C ( $\ce{Mg}$ ) pertenecen al mismo periodo ( $n=3$ ). A lo largo de un periodo, el radio atómico disminuye de izquierda a derecha debido a que, aunque el número de niveles de energía se mantiene constante, el número de protones en el núcleo aumenta, incrementando la carga nuclear efectiva ( $Z_{ef}$ ) sobre los electrones externos. Esta mayor $Z_{ef}$ atrae con más fuerza a los electrones, contrayendo la nube electrónica y reduciendo el radio.Magnesio ( $\ce{Mg}$ ) tiene 12 protones y Argón ( $\ce{Ar}$ ) tiene 18 protones. Por lo tanto, $\ce{Mg}$ experimenta una menor $Z_{ef}$ que $\ce{Ar}$ , lo que resulta en un radio atómico mayor para $\ce{Mg}$ en comparación con $\ce{Ar}$ . Asignamos a $\ce{Mg}$ (C) el valor de $160 \text{ pm}$ y a $\ce{Ar}$ (A) el valor de $97 \text{ pm}$ .