Ejercicios: Configuración, tabla periódica y propiedades

La tabla periódica se parece a la estantería de una biblioteca: cada fila es un período y cada columna es un grupo, como se muestra en la figura.

Explicá qué tienen en común las configuraciones electrónicas de los elementos de un mismo grupo y qué información da el número del período sobre la configuración de un elemento.

El litio ($Z = 3$) y el sodio ($Z = 11$) son metales alcalinos tan reactivos que en el laboratorio se conservan sumergidos en aceite, para que no toquen el aire.

1. a) Escribí la configuración electrónica de cada uno.
2. b) Señalá qué tienen en común sus capas de valencia y en qué grupo de la tabla están.

El flúor ($Z = 9$) de algunas pastas dentales y el cloro ($Z = 17$) de las piletas pertenecen al grupo $17$, el de los halógenos.

1. a) Escribí las configuraciones electrónicas de los dos elementos.
2. b) Explicá, a partir de ellas, por qué están en el mismo grupo.

El helio ($Z = 2$) que enfría los imanes de las máquinas de resonancia magnética de los hospitales y el argón ($Z = 18$) que rellena las lámparas de filamento pertenecen al grupo $18$, el de los gases nobles.

1. a) Escribí las configuraciones electrónicas de los dos gases.
2. b) ¿Qué tienen de especial sus últimos niveles?
3. c) Relacioná esa particularidad con el hecho de que los gases nobles apenas formen compuestos.

Un elemento está en el período $2$ y tiene $4$ electrones de valencia.

1. a) Escribí su configuración electrónica.
2. b) ¿De qué elemento se trata?
3. c) ¿En qué grupo de la tabla está ubicado?

En la tabla periódica, los metales están situados a la izquierda y los no metales a la derecha, como se muestra en la figura.

Para cada uno de estos elementos, indicá si es metal o no metal y si le resulta más fácil perder o ganar electrones:

1. a) el sodio, del grupo $1$;
2. b) el cloro, del grupo $17$.

Un elemento está situado en el grupo $2$ y en el período $3$ de la tabla periódica.

1. a) Escribí su configuración electrónica.
2. b) ¿De qué elemento se trata? (Pista: arde con una luz blanca muy intensa y se usa en bengalas y fuegos artificiales.)
3. c) Predecí el ion que forma con facilidad y escribí su símbolo con la carga correspondiente.

El aluminio (grupo $13$) y el cloro (grupo $17$) forman el compuesto $\text{AlCl}_3$, presente en algunos antitranspirantes.

1. a) Predecí el ion que forma cada elemento, razonándolo a partir de sus electrones de valencia.
2. b) Usando las cargas de esos iones, justificá por qué la fórmula es $\text{AlCl}_3$ y no $\text{AlCl}$.

El sodio y el cloro están en el período $3$, pero el átomo de sodio es bastante mayor que el de cloro, como se muestra en la figura.

1. a) Escribí las configuraciones electrónicas de los dos elementos y comprobá que sus electrones de valencia ocupan el mismo nivel.
2. b) Explicá por qué el átomo de cloro es más pequeño, comparando el número de protones que atraen a esa capa de electrones en cada caso.

Al bajar en el grupo de los alcalinos (litio, sodio, potasio), los átomos son cada vez más grandes, como se muestra en la figura.

1. a) Escribí las configuraciones electrónicas de los tres elementos ($Z$: Li = 3, Na = 11, K = 19).
2. b) Explicá, fijándote en el número de niveles ocupados, por qué el radio atómico aumenta al bajar en el grupo.

En un experimento de clase se dejan caer trocitos de litio, sodio y potasio sobre agua: el litio burbujea lentamente, el sodio se desplaza rápido por la superficie y el potasio arde con una llama de color violeta.

1. a) Ordená los tres metales de menos a más reactivo.
2. b) Explicá el orden teniendo en cuenta a qué distancia del núcleo se encuentra el electrón de valencia en cada átomo y lo fácil que resulta arrancarlo.

Ordená de menor a mayor radio atómico los átomos de flúor ($Z = 9$), cloro ($Z = 17$) y bromo ($Z = 35$). Justificá tu respuesta razonando cuántos niveles electrónicos ocupados tiene cada átomo (el flúor llena hasta el nivel $2$, el cloro hasta el $3$ y el bromo hasta el $4$).

Dos elementos desconocidos tienen números atómicos $Z = 3$ y $Z = 19$.

1. a) Escribí sus configuraciones electrónicas.
2. b) Deducí si están en el mismo grupo y decí cuál es.
3. c) Predecí una propiedad química que compartan.

El radio del átomo de sodio es de unos $0,190\ \text{nm}$, mientras que el de su ion $\text{Na}^+$ es de solo $0,098\ \text{nm}$. En cambio, el átomo de cloro mide $0,099\ \text{nm}$ y su ion $\text{Cl}^-$ mide $0,181\ \text{nm}$, como se muestra en la figura.

1. a) Indicá cómo cambia el tamaño de cada elemento al convertirse en ion.
2. b) Explicá los dos cambios comparando el número de protones y de electrones antes y después de formarse los iones (podés ayudarte de las configuraciones electrónicas).

Los iones $\text{N}^{3-}$, $\text{O}^{2-}$, $\text{F}^{-}$, $\text{Na}^{+}$ y $\text{Mg}^{2+}$ tienen todos la misma configuración electrónica, como se muestra en la figura.

1. a) Escribí esa configuración.
2. b) Sin embargo, sus radios son distintos: $0,065$; $0,098$; $0,133$; $0,140$ y $0,171\ \text{nm}$ (están desordenados). Asigná cada radio al ion que le corresponde y explicá el criterio utilizado, teniendo en cuenta que todos tienen $10$ electrones pero distinto número de protones en el núcleo.

En el grupo de los alcalinos, la reactividad aumenta al bajar: el potasio reacciona con el agua mucho más violentamente que el litio. En el grupo de los halógenos ocurre justo lo contrario: el flúor es el más reactivo y al bajar en el grupo la reactividad disminuye, como se muestra en la figura.

Explicá las dos tendencias con una misma idea: qué debe hacer cada familia con los electrones (perderlos o ganarlos) para adquirir configuración de gas noble y a qué distancia del núcleo está su capa de valencia.

El yeso de las paredes contiene un elemento X cuyo ion $\text{X}^{2+}$ es isoelectrónico con el argón ($Z = 18$).

1. a) Calculá el número atómico de X e identificalo con ayuda de la tabla periódica.
2. b) Deducí su grupo y su período.
3. c) Predecí si será un metal reactivo y razoná qué le ocurriría a un trocito de X si lo dejáramos caer en agua (compará con el sodio).

El neón nunca forma compuestos químicos, pero el sodio y el cloro se combinan con facilidad para dar sal común, $\text{NaCl}$.

1. a) Escribí las configuraciones electrónicas de los tres elementos ($Z$: Ne = 10, Na = 11, Cl = 17).
2. b) Explicá por qué el neón «no necesita» reaccionar.
3. c) Explicá por qué el sodio y el cloro «se necesitan» el uno al otro para quedar con configuración de gas noble.

El litio, el sodio y el potasio se parecen mucho entre sí, y lo mismo ocurre con el flúor, el cloro y el bromo.

1. a) Escribí las configuraciones electrónicas del Li ($Z = 3$), del Na ($Z = 11$) y del K ($Z = 19$) y señalá qué se repite en sus capas de valencia.
2. b) Explicá, a partir de esa repetición, por qué las propiedades químicas de los elementos se repiten periódicamente al recorrer la tabla.

Cinco elementos de los períodos $2$, $3$ y $4$ tienen radios atómicos aproximados de $0,064$; $0,099$; $0,155$; $0,190$ y $0,235\ \text{nm}$. Se trata del flúor, el cloro, el litio, el sodio y el potasio, pero no se sabe cuál es cuál.

1. a) Asigná cada radio a su elemento razonando con las dos tendencias periódicas (cómo cambia el radio al avanzar en un período y al bajar en un grupo).
2. b) Ordená los cinco elementos por número atómico creciente y explicá cómo se combinan las dos tendencias al recorrer la tabla.

Reto del tema. ¿Cómo condiciona la nube electrónica de los átomos las propiedades de los materiales que usamos a diario? Conectá la estructura atómica con el mundo macroscópico siguiendo estas fases:

1. Configuración y periodicidad: Elegí dos metales domésticos comunes: aluminio (papel de aluminio) y cobre (cable eléctrico). Escribí sus configuraciones electrónicas en estado fundamental, ubicalos en la tabla periódica (grupo y período) e identificá sus electrones de valencia.

2. Medida casera e incertidumbre: Tomá una lámina rectangular de papel de aluminio. Medí su longitud y ancho con una regla ($\pm 0,1\text{ cm}$) y su masa en una balanza de cocina ($\pm 1\text{ g}$). Con el espesor comercial típico ($0,0016\text{ cm}$, que tomás como exacto), calculá el volumen y la densidad experimental con su margen de incertidumbre ($\rho \pm \Delta\rho$).

3. Tratamiento de datos oficiales: Consultá en el sitio web de referencia WebElements o NIST el radio atómico y la densidad de los elementos del período 3 (del $Na$ al $Ar$). Construí una tabla de datos y dibujá el gráfico «Radio atómico frente a Densidad».

4. Propuesta razonada: Elaborá un informe breve donde relaciones el gráfico con la carga nuclear efectiva ($Z^*$) y el apantallamiento ($Z^*$ es la carga que «nota» un electrón externo: los protones del núcleo menos el efecto pantalla de los electrones internos; a lo largo del período crece porque hay más protones con las mismas capas internas), comparando tu densidad experimental del $Al$ con la tendencia periódica.

Se valorará:

• Deducción correcta de configuraciones electrónicas y posición periódica.

• Precisión en la toma de medidas caseras, expresión rigurosa de incertidumbres y calidad del gráfico.

• Argumentación científica que vincule la estructura atómica con las tendencias macroscópicas.