T1: Estructura atómica

Propiedades periódicas

Teoría

2024 · Ordinaria · Reserva

Razone si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:

a) La primera energía de ionización del

\ce{Zn}

es mayor que la del

\ce{Br}

.b) El radio atómico del

\ce{Ni}

es menor que el del

\ce{Ca}

.c) Es más difícil arrancar un electrón del ion

\ce{Na+}

que del átomo de

\ce{Ne}

energía de ionizaciónradio atómico

a) Falso. Las configuraciones electrónicas de los elementos en su estado fundamental según el principio de Aufbau son:

\ce{Zn} (Z=30): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10}

\ce{Br} (Z=35): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^5

Ambos elementos sitúan sus electrones más externos en el nivel de energía $n=4$ . Al avanzar en un mismo periodo de izquierda a derecha, el número atómico $Z$ aumenta significativamente. Aunque el número de electrones internos aumenta, el apantallamiento ( $S$ ) no lo hace en la misma medida, ya que los electrones se añaden al mismo nivel o a subniveles internos ya contemplados. Como consecuencia, la carga nuclear efectiva ( $Z_{ef} = Z - S$ ) que experimentan los electrones de la capa de valencia es mayor en el $\ce{Br}$ que en el $\ce{Zn}$ .Una mayor $Z_{ef}$ implica una mayor atracción del núcleo sobre los electrones periféricos, por lo que se requiere un mayor aporte energético para arrancarlos. Por tanto, la primera energía de ionización del $\ce{Br}$ es mayor que la del $\ce{Zn}$ .

b) Verdadero. Las configuraciones electrónicas son:

\ce{Ca} (Z=20): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2

\ce{Ni} (Z=28): 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^8

Ambos átomos poseen sus electrones más externos en el nivel energético $n=4$ . El $\ce{Ni}$ posee un número atómico ( $Z=28$ ) mayor que el $\ce{Ca}$ ( $Z=20$ ). Al pertenecer al mismo periodo, el incremento del apantallamiento ( $S$ ) por la ocupación de los orbitales $3d$ no compensa el aumento de la carga nuclear $Z$ .Resulta entonces que $Z_{ef}(\ce{Ni}) > Z_{ef}(\ce{Ca})$ . Al ser la carga nuclear efectiva sobre los electrones externos superior en el $\ce{Ni}$ , estos son atraídos con más fuerza hacia el núcleo, provocando una contracción de la nube electrónica y resultando en un radio atómico menor para el $\ce{Ni}$ en comparación con el $\ce{Ca}$ .

c) Verdadero. Para comparar la dificultad de arrancar un electrón, analizamos sus estructuras:

\ce{Ne} (Z=10): 1s^2 2s^2 2p^6

\ce{Na+} (Z=11): 1s^2 2s^2 2p^6

Ambas especies son isoelectrónicas, lo que significa que poseen el mismo número de electrones (10) y, por tanto, el efecto de apantallamiento ( $S$ ) generado por los electrones internos es idéntico en ambos casos. Sin embargo, el ion $\ce{Na+}$ tiene una carga nuclear ( $Z=11$ ) mayor que el átomo de $\ce{Ne}$ ( $Z=10$ ).Al aplicar la relación $Z_{ef} = Z - S$ , se observa que la carga nuclear efectiva es mayor en el catión sodio ( $Z_{ef} \approx 11 - S$ ) que en el neón ( $Z_{ef} \approx 10 - S$ ). Una $Z_{ef}$ más elevada en el $\ce{Na+}$ ejerce una fuerza de atracción superior sobre los electrones del nivel $n=2$ , lo que hace que sea más difícil (requiera más energía) arrancar un electrón de dicho ion que del átomo neutro de neón.