Ejercicios: Configuración, tabla periódica y propiedades

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

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

El aluminio de las latas de refresco tiene la configuración electrónica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^1$.

1. a) ¿En qué periodo de la tabla se encuentra? (Pista: fíjese en el nivel más alto que tiene electrones.)
2. b) ¿Cuántos electrones de valencia tiene?
3. c) El aluminio está en el grupo $13$: ¿qué relación observa entre ese número de grupo y los electrones de valencia?

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) Escriba la configuración electrónica de cada uno.
2. b) Señale qué tienen en común sus capas de valencia y en qué grupo de la tabla están.

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

1. a) Escriba las configuraciones electrónicas de los dos elementos.
2. b) Explique, 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 bombillas de filamento pertenecen al grupo $18$, el de los gases nobles.

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

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

1. a) Escriba 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 indique 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 $17$.

La tabla periódica ordena los elementos de menor a mayor número atómico $Z$. Explique por qué ese orden coincide con el orden en que se van llenando los orbitales, teniendo en cuenta que cada elemento tiene un protón (y, si es neutro, un electrón) más que el anterior.

Las cabezas de los fósforos contienen azufre, cuya configuración electrónica es $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^4$.

1. a) Deduzca en qué periodo y en qué grupo de la tabla está el azufre.
2. b) ¿Cuántos electrones le faltan para completar su último nivel?
3. c) Prediga qué ion formará e indique su carga.

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

1. a) Escriba 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) Prediga el ion que forma con facilidad y escriba su símbolo con la carga correspondiente.

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

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

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

1. a) Escriba las configuraciones electrónicas de los dos elementos y compruebe que sus electrones de valencia ocupan el mismo nivel.
2. b) Explique 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) Escriba las configuraciones electrónicas de los tres elementos ($Z$: Li = 3, Na = 11, K = 19).
2. b) Explique, fijándose 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) Ordene los tres metales de menos a más reactivo.
2. b) Explique el orden teniendo en cuenta a qué distancia del núcleo se encuentra el electrón de valencia en cada átomo y qué tan fácil resulta arrancarlo.

Ordene de menor a mayor radio atómico los átomos de flúor ($Z = 9$), cloro ($Z = 17$) y bromo ($Z = 35$). Justifique su 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) Escriba sus configuraciones electrónicas.
2. b) Deduzca si están en el mismo grupo y diga cuál es.
3. c) Prediga una propiedad química que compartan.

Un elemento X tiene la configuración electrónica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 4s^1$.

1. a) Identifíquelo con ayuda de la tabla periódica y deduzca su periodo y su grupo.
2. b) ¿Es un metal o un no metal? ¿Qué ion formará con facilidad?
3. c) Prediga la fórmula del compuesto que forma con el oxígeno, que da iones $\text{O}^{2-}$, y justifíquela.

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) Indique cómo cambia el tamaño de cada elemento al convertirse en ion.
2. b) Explique los dos cambios comparando el número de protones y de electrones antes y después de formarse los iones (puede ayudarse 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) Escriba 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). Asigne cada radio al ion que le corresponde y explique 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.

Explique 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) Calcule el número atómico de X e identifíquelo con ayuda de la tabla periódica.
2. b) Deduzca su grupo y su periodo.
3. c) Prediga si será un metal reactivo y razone qué le ocurriría a un trocito de X si lo dejáramos caer en agua (compárelo 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) Escriba las configuraciones electrónicas de los tres elementos ($Z$: Ne = 10, Na = 11, Cl = 17).
2. b) Explique por qué el neón «no necesita» reaccionar.
3. c) Explique 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) Escriba las configuraciones electrónicas del Li ($Z = 3$), del Na ($Z = 11$) y del K ($Z = 19$) y señale qué se repite en sus capas de valencia.
2. b) Explique, a partir de esa repetición, por qué las propiedades químicas de los elementos se repiten periódicamente al recorrer la tabla.

Cinco elementos de los periodos $2$, $3$ 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) Asigne cada radio a su elemento razonando con las dos tendencias periódicas (cómo cambia el radio al avanzar en un periodo y al bajar en un grupo).
2. b) Ordene los cinco elementos por número atómico creciente y explique cómo se combinan las dos tendencias al recorrer la tabla.