Ejercicios: Tabla periódica y tendencias

Las configuraciones electrónicas del estado fundamental determinan la posición de los elementos químicos en la tabla periódica. Considere 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) Deduzca el periodo y el grupo (según la numeración de la IUPAC del 1 al 18) al que pertenece cada uno de los tres elementos.
2. b) Clasifique 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) Explique cómo varía la electronegatividad a lo largo de un periodo 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) Justifique por qué los gases nobles carecen generalmente de valores definidos de electronegatividad en la escala de Pauling habitual.

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) Escriba la configuración electrónica fundamental común a todas estas especies y ordene razonadamente los iones de menor a mayor radio iónico.
2. b) Explique 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 periodo de izquierda a derecha. Sin embargo, se observan anomalías puntuales al comparar elementos contiguos del segundo y tercer periodo.

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 $578\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. Justifique esta discrepancia basándose 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 $1314\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. Explique 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 periodo; 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) Deduzca la identidad y configuración electrónica completa de W, X, Y y Z sabiendo que W pertenece al cuarto periodo.
2. b) Ordene los cuatro elementos según su primera energía de ionización creciente y justifique el orden de electronegatividad entre X y Z.