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Configuración electrónica y propiedades periódicas
Teoría
2024 · Extraordinaria · Titular
A.1
Examen

Dados cuatro elementos: A, B, C y D, cuyos electrones de mayor energía poseen una configuración en su estado fundamental de: 3s13s^1, 3p13p^1, 3p43p^4 y 3p53p^5, respectivamente:

a) Identifique cada elemento con su configuración electrónica, nombre, símbolo, grupo y periodo.b) Justifique cuál presenta mayor energía de ionización.c) Escriba el símbolo de sus iones más estables y ordene esos iones en orden decreciente de su tamaño, justificando la respuesta.d) Indique qué tipo de enlace se establece entre A y C y entre D con D. Escriba las fórmulas de las especies formadas.
Propiedades periódicasEnlace químico
a) Identifique cada elemento con su configuración electrónica, nombre, símbolo, grupo y periodo.

Basándonos en la configuración del electrón de mayor energía y siguiendo el principio de Aufbau, completamos las configuraciones electrónicas de los elementos situados en el tercer periodo (n=3n=3):Elemento A: Su configuración es 1s22s22p63s11s^2 2s^2 2p^6 3s^1. Corresponde al Sodio, símbolo Na\ce{Na}, perteneciente al grupo 1 (alcalinos) y periodo 3.Elemento B: Su configuración es 1s22s22p63s23p11s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1. Corresponde al Aluminio, símbolo Al\ce{Al}, perteneciente al grupo 13 (térreos) y periodo 3.Elemento C: Su configuración es 1s22s22p63s23p41s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4. Corresponde al Azufre, símbolo S\ce{S}, perteneciente al grupo 16 (anfígenos) y periodo 3.Elemento D: Su configuración es 1s22s22p63s23p51s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5. Corresponde al Cloro, símbolo Cl\ce{Cl}, perteneciente al grupo 17 (halógenos) y periodo 3.

b) Justifique cuál presenta mayor energía de ionización.

La energía de ionización es la energía necesaria para extraer el electrón más débilmente unido de un átomo gaseoso en su estado fundamental. Al desplazarnos hacia la derecha en un mismo periodo, el número atómico ZZ aumenta mientras que el apantallamiento SS de los electrones internos permanece prácticamente constante. Esto provoca un aumento de la carga nuclear efectiva Zef=ZSZ_{ef} = Z - S sobre los electrones externos. Una mayor ZefZ_{ef} implica una mayor fuerza de atracción del núcleo sobre el electrón, disminuyendo el radio atómico y aumentando la energía necesaria para arrancarlo. Por tanto, el elemento D (Cl\ce{Cl}) es el que presenta la mayor energía de ionización.

c) Escriba el símbolo de sus iones más estables y ordene esos iones en orden decreciente de su tamaño, justificando la respuesta.

Los iones más estables se forman buscando la configuración de gas noble más cercano:

A: NaX+(1s22s22p6), B: AlX3+(1s22s22p6), C: SX2(1s22s22p63s23p6), D: ClX(1s22s22p63s23p6)\text{A: } \ce{Na+} (1s^2 2s^2 2p^6), \text{ B: } \ce{Al^3+} (1s^2 2s^2 2p^6), \text{ C: } \ce{S^2-} (1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6), \text{ D: } \ce{Cl-} (1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6)

Para comparar el tamaño, primero observamos el nivel de energía de los electrones más externos. Los aniones SX2\ce{S^2-} y ClX\ce{Cl-} tienen sus electrones de valencia en el nivel n=3n=3, mientras que los cationes NaX+\ce{Na+} y AlX3+\ce{Al^3+} los tienen en el nivel n=2n=2, por lo que los aniones son mayores.Dentro de las especies isoelectrónicas (mismo número de electrones), el tamaño disminuye al aumentar la carga nuclear ZZ, ya que una mayor carga positiva atrae con más fuerza a la misma nube electrónica. Entre los aniones (18e18e^-), el azufre (Z=16Z=16) tiene menor ZZ que el cloro (Z=17Z=17), por lo que SX2>ClX\ce{S^2-} > \ce{Cl-}. Entre los cationes (10e10e^-), el sodio (Z=11Z=11) tiene menor ZZ que el aluminio (Z=13Z=13), por lo que NaX+>AlX3+\ce{Na+} > \ce{Al^3+}.El orden decreciente de tamaño es:

SX2>ClX>NaX+>AlX3+\ce{S^2-} > \ce{Cl-} > \ce{Na+} > \ce{Al^3+}
d) Indique qué tipo de enlace se establece entre A y C y entre D con D. Escriba las fórmulas de las especies formadas.

Enlace entre A (Na\ce{Na}, metal de baja electronegatividad) y C (S\ce{S}, no metal de alta electronegatividad): Se produce una transferencia de electrones del metal al no metal, dando lugar a un enlace iónico. La fórmula del compuesto formado es NaX2S\ce{Na2S}.Enlace entre D (Cl\ce{Cl}, no metal) y D (Cl\ce{Cl}, no metal): Al tener idéntica y alta electronegatividad, los átomos comparten pares de electrones para alcanzar el octeto, dando lugar a un enlace covalente. La fórmula de la especie formada es ClX2\ce{Cl2}.