Ejercicios: Tabla periódica y tendencias

Las configuraciones electrónicas del estado fundamental determinan la posición de los elementos químicos en la tabla periódica. Considerá tres elementos neutros denominados A, B y C, cuyas capas de valencia son: A: $3s^2\,3p^1$; B: $[\mathrm{Ar}]\,4s^2$ (configuración completa salvo el núcleo abreviado); C: $3s^2\,3p^5$.

1. a) Deducí el período y el grupo (según la numeración de la IUPAC del 1 al 18) al que pertenece cada uno de los tres elementos.
2. b) Clasificá razonadamente cada elemento como metal, no metal o semimetal.

La electronegatividad cuantifica la tendencia relativa de un átomo enlazado a atraer hacia sí la densidad electrónica del enlace químico.

1. a) Explicá cómo varía la electronegatividad a lo largo de un período de la tabla periódica al avanzar de izquierda a derecha, justificando el comportamiento en función de la carga nuclear efectiva y el radio atómico.
2. b) Justificá por qué los gases nobles generalmente carecen de valores definidos de electronegatividad en la escala de Pauling habitual.

Las energías de ionización sucesivas permiten identificar la configuración electrónica de la capa de valencia de un elemento químico. Para un elemento representativo $X$ perteneciente al tercer período de la tabla periódica, se han medido experimentalmente los valores de sus cuatro primeras energías de ionización: $I_1 = 580\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$, $I_2 = 1815\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$, $I_3 = 2740\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ e $I_4 = 11600\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. La magnitud comparativa de estas energías se ilustra en el siguiente diagrama de barras:

1. a) Justificá razonadamente cuál es la valencia química o estado de oxidación más estable de $X$ en sus compuestos con elementos electronegativos.
2. b) Deducí a qué grupo de la tabla periódica pertenece $X$ e identificá el elemento concreto.

Podés hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.

Se dispone de una serie de especies químicas monoatómicas isoelectrónicas: $\mathrm{N}^{3-}$ ($Z=7$), $\mathrm{O}^{2-}$ ($Z=8$), $\mathrm{F}^-$ ($Z=9$), $\mathrm{Na}^+$ ($Z=11$) y $\mathrm{Mg}^{2+}$ ($Z=12$).

1. a) Escribí la configuración electrónica fundamental común a todas estas especies y ordená razonadamente los iones de menor a mayor radio iónico.
2. b) Explicá por qué el radio del catión $\mathrm{Na}^+$ es significativamente menor que el radio atómico del átomo neutro de $\mathrm{Na}$ ($Z=11$), mientras que el radio del anión $\mathrm{F}^-$ es mayor que el del átomo neutro de $\mathrm{F}$ ($Z=9$).

La primera energía de ionización general aumenta a lo largo de un período de izquierda a derecha. Sin embargo, se observan anomalías puntuales al comparar elementos contiguos del segundo y tercer período.

1. a) La primera energía de ionización del magnesio ($Z = 12$) es $738\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$, mientras que la del aluminio ($Z = 13$) es $578\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. Justificá esta discrepancia basándote en las configuraciones electrónicas y el tipo de subnivel del que se extrae el electrón.
2. b) La primera energía de ionización del nitrógeno ($Z = 7$) es $1402\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$, superior a la del oxígeno ($Z = 8$), que es $1314\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. Explicá este hecho según la regla de Hund y la estabilidad de subniveles semillenos.

Se analizan cuatro elementos químicos representativos, denotados correlativamente como W, X, Y y Z. Se conocen los siguientes datos experimentales:

1. W y X pertenecen al mismo período; W es un metal alcalinotérreo y X es un no metal del grupo 16.

2. Y pertenece al mismo grupo que W y al tercer período; su radio atómico es menor que el de W.

3. Z tiene la configuración electrónica $[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^5$.

4. El elemento W posee una primera energía de ionización de $590\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ y un radio atómico de $197\text{ pm}$.

1. a) Deducí la identidad y la configuración electrónica completa de W, X, Y y Z sabiendo que W pertenece al cuarto período.
2. b) Ordená los cuatro elementos según su primera energía de ionización creciente y justificá el orden de electronegatividad entre X y Z.