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T1: Estructura atómica
Propiedades periódicas
Teoría
2023 · Extraordinaria · Titular
B4
Examen

Dados los elementos F\ce{F}, Cl\ce{Cl} y Al\ce{Al}, indique razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) El Cl\ce{Cl} es el elemento que tiene menor energía de ionización.b) El Al\ce{Al} es el elemento que tiene mayor afinidad electrónica.c) El F\ce{F} es el que tiene menor radio atómico.
Energía de ionizaciónAfinidad electrónicaRadio atómico

Para justificar las propiedades de los elementos, primero establecemos sus configuraciones electrónicas en estado fundamental:

F(Z=9):1s22s22p5\ce{F} (Z=9): 1s^2 2s^2 2p^5
Cl(Z=17):1s22s22p63s23p5\ce{Cl} (Z=17): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5
Al(Z=13):1s22s22p63s23p1\ce{Al} (Z=13): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1
a) Falso. El Cl\ce{Cl} y el F\ce{F} pertenecen al mismo grupo (17), pero el Cl\ce{Cl} tiene un nivel de energía mayor (n=3n=3) y un mayor apantallamiento (SS) que el F\ce{F} (n=2n=2), lo que reduce la atracción del núcleo sobre los electrones externos disminuyendo la energía de ionización respecto al flúor. Sin embargo, al comparar el Cl\ce{Cl} con el Al\ce{Al}, ambos están en el mismo periodo (n=3n=3). En un periodo, al aumentar el número atómico ZZ, el apantallamiento (SS) aumenta muy poco, por lo que la carga nuclear efectiva (Zef=Z−SZ_{ef} = Z - S) sobre los electrones externos aumenta. El Cl\ce{Cl} tiene una ZefZ_{ef} mayor que el Al\ce{Al}, por lo que requiere más energía para arrancar un electrón. Por tanto, el elemento con menor energía de ionización es el Al\ce{Al}.b) Falso. La afinidad electrónica tiende a ser más negativa (mayor liberación de energía) al aumentar la carga nuclear efectiva (ZefZ_{ef}) y disminuir el radio. El Al\ce{Al} es un metal con baja ZefZ_{ef} y mayor radio que los halógenos del mismo periodo. El Cl\ce{Cl} y el F\ce{F} tienen configuraciones ns2np5ns^2 np^5, por lo que tienen una alta tendencia a captar un electrón para completar el octeto. Debido a su elevada ZefZ_{ef} y menor tamaño, los halógenos tienen afinidades electrónicas mucho mayores que el Al\ce{Al}.c) Verdadero. El radio atómico disminuye al aumentar la carga nuclear efectiva y al disminuir el número de niveles de energía ocupados. El F\ce{F} se encuentra en el nivel n=2n=2, mientras que el Cl\ce{Cl} y el Al\ce{Al} tienen electrones en el nivel n=3n=3. Al tener menos niveles de energía y un menor apantallamiento (SS), los electrones del F\ce{F} están más fuertemente atraídos hacia el núcleo que en los elementos del tercer periodo. Comparando los del mismo periodo, el Cl\ce{Cl} es menor que el Al\ce{Al} por tener mayor ZefZ_{ef}, pero el F\ce{F} sigue siendo el más pequeño de los tres por su bajo número cuántico principal.