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.

Explica 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 gaseosa 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: fíjate 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 observas entre ese número de grupo y los electrones de valencia?

La tabla periódica ordena los elementos de menor a mayor número atómico $Z$. Explica 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.

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

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

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

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

1. a) Escribe las configuraciones electrónicas de los dos elementos.
2. b) Explica, 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 los focos de filamento pertenecen al grupo $18$, el de los gases nobles.

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

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) Ordena los tres metales de menos a más reactivo.
2. b) Explica 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.

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.

Explica 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 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) Escribe las configuraciones electrónicas de los dos elementos y comprueba que sus electrones de valencia ocupan el mismo nivel.
2. b) Explica 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) Escribe las configuraciones electrónicas de los tres elementos ($Z$: Li = 3, Na = 11, K = 19).
2. b) Explica, fijándote en el número de niveles ocupados, por qué el radio atómico aumenta al bajar en el grupo.

Ordena de menor a mayor radio atómico los átomos de flúor ($Z = 9$), cloro ($Z = 17$) y bromo ($Z = 35$). Justifica 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 $4$).

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) Asigna 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) Ordena los cinco elementos por número atómico creciente y explica cómo se combinan las dos tendencias al recorrer la tabla.

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) Ordena los tres metales de menos a más reactivo.
2. b) Explica 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.

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, indica 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 $17$.

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

1. a) Deduce 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) Predice qué ion formará e indica su carga.

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

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

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

1. a) Escribe sus configuraciones electrónicas.
2. b) Deduce si están en el mismo grupo y di cuál es.
3. c) Predice 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) Indica cómo cambia el tamaño de cada elemento al convertirse en ion.
2. b) Explica los dos cambios comparando el número de protones y de electrones antes y después de formarse los iones (puedes 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) Escribe 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). Asigna cada radio al ion que le corresponde y explica el criterio utilizado, teniendo en cuenta que todos tienen $10$ electrones pero distinto número de protones en el núcleo.

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

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

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

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

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

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

2. Medida casera e incertidumbre: Toma una lámina rectangular de papel aluminio. Mide su longitud y anchura con una regla ($\pm 0.1\text{ cm}$) y su masa en una balanza de cocina ($\pm 1\text{ g}$). Con el grosor comercial típico ($0.0016\text{ cm}$, que tomarás como exacto), calcula el volumen y la densidad experimental con su margen de incertidumbre ($\rho \pm \Delta\rho$).

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

4. Propuesta razonada: Elabora 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.