Propiedades periódicas: ejercicios de selectividad resueltos

Introducción

Las preguntas de selectividad sobre propiedades periódicas siguen siempre el mismo esquema: te dan un par de elementos (a veces solo su número atómico) y te piden escribir su configuración electrónica, localizarlos en la tabla periódica y justificar una comparación de radio, energía de ionización o electronegatividad. Lo que puntúa es el razonamiento, no solo el resultado.

Aquí tienes siete ejercicios resueltos paso a paso. Todos los números atómicos y todas las configuraciones están comprobados. Antes de empezar conviene tener claras las tendencias (propiedades periódicas) y sus causas (por qué varían), y saber escribir configuraciones (configuración electrónica).

Resumen de las tendencias: lo que necesitas recordar antes de empezar los ejercicios.

Ejercicio 1: dos elementos del mismo periodo

Los elementos A y B tienen números atómicos 19 y 35. Escribe sus configuraciones electrónicas, indica su periodo y grupo, y justifica cuál tiene menor radio atómico y cuál mayor energía de ionización.

Configuraciones.

$\text{A}\ (Z=19):\ 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,4s^{1}$

$\text{B}\ (Z=35):\ 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{10}\,4s^{2}\,4p^{5}$

La capa de valencia de A es la 4 ($4s^1$): periodo 4, grupo 1, el potasio (K). La de B es $4s^2\,4p^5$ (con la capa $3d$ completa): periodo 4, grupo 17, el bromo (Br).

Radio atómico. Los dos están en el mismo periodo (los electrones de valencia ocupan la misma capa). Al ir hacia la derecha aumenta la carga nuclear efectiva, y los electrones de valencia son atraídos con más fuerza: el átomo se contrae. Tiene menor radio el bromo.

Energía de ionización. Por el mismo motivo, el bromo retiene mucho más sus electrones externos: tiene mayor energía de ionización el bromo.

Ejercicio 2: especies isoelectrónicas

Considera $\text{F}^-$ ($Z = 9$) y $\text{O}^{2-}$ ($Z = 8$). Indica, razonando, si son verdaderas o falsas: a) tienen el mismo número de protones; b) tienen la misma configuración electrónica; c) son isótopos.

Se calculan los electrones: $\text{F}^-$ tiene $9 + 1 = 10$ y $\text{O}^{2-}$ tiene $8 + 2 = 10$. Las dos configuraciones son:

$\text{F}^-:\ 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\qquad \text{O}^{2-}:\ 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}$

• a) Falso. El flúor tiene 9 protones y el oxígeno 8.
• b) Verdadero. Ambos iones tienen $1s^2\,2s^2\,2p^6$ (la del neón): son especies isoelectrónicas.
• c) Falso. Los isótopos son átomos del mismo elemento (mismo número atómico) con distinto número de neutrones; aquí los números atómicos son distintos.

Ejercicio 3: números cuánticos

Indica si son posibles los siguientes conjuntos $(n, l, m_l, m_s)$ y, si lo son, a qué orbital corresponden: a) $(2, 0, 3, -\tfrac{1}{2})$; b) $(3, 1, -1, -\tfrac{1}{2})$.

• a) No es posible. Con $l = 0$ el único valor permitido de $m_l$ es 0 (varía entre $-l$ y $+l$), y aquí vale 3.
• b) Sí es posible. $n = 3$ (tercera capa), $l = 1$ (subnivel $p$), $m_l = -1$ (uno de los tres orbitales $p$) y $m_s = -\tfrac{1}{2}$. Corresponde a un electrón de un orbital 3p.

Ejercicio 4: orden de energía de orbitales

Ordena de menor a mayor energía los orbitales descritos por $(4{,}0{,}0)$, $(3{,}2{,}1)$, $(2{,}1{,}0)$ y $(4{,}1{,}0)$.

Primero se identifica el orbital: $l = 0$ es $s$, $l = 1$ es $p$ y $l = 2$ es $d$. Así son $4s$, $3d$, $2p$ y $4p$. Se aplica la regla $n + l$: tiene menor energía el de menor suma, y si hay empate, el de menor $n$.

El $3d$ y el $4p$ empatan en 5; el de menor $n$ es el $3d$. El orden de menor a mayor energía es:

$2p < 4s < 3d < 4p$

Ejercicio 5: radio de iones

Ordena de mayor a menor radio: $\text{Na}^+$, $\text{F}^-$, Ne. Razona la respuesta.

Los tres tienen 10 electrones (configuración del neón): son isoelectrónicos. El ion $\text{F}^-$ tiene 9 protones, el Ne 10 y el $\text{Na}^+$ 11. Con los mismos electrones, cuantos más protones, mayor es la atracción y menor el radio. Por tanto:

$\text{F}^- > \text{Ne} > \text{Na}^+$

Ejercicio 6: afirmaciones de verdadero o falso

Justifica si son verdaderas o falsas: a) los halógenos tienden a ganar un electrón; b) el ion $\text{Ca}^{2+}$ tiene la configuración del argón; c) el ion bromuro es mayor que el átomo de bromo.

• a) Verdadero. Los halógenos (grupo 17) tienen configuración de valencia $ns^2\,np^5$; al ganar un electrón adquieren la configuración de gas noble $ns^2\,np^6$ y su afinidad electrónica es muy alta.
• b) Verdadero. El calcio ($Z = 20$) tiene 20 electrones; el $\text{Ca}^{2+}$ tiene 18: $1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}$, la del argón.
• c) Verdadero. El $\text{Br}^-$ tiene un electrón más que el átomo con el mismo número de protones; aumenta la repulsión entre electrones y el ion es mayor que el átomo.

Ejercicio 7: un caso con excepción

¿Quién tiene mayor primera energía de ionización, el magnesio ($Z = 12$) o el aluminio ($Z = 13$)? Justifica la respuesta.

$\text{Mg}:\ 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\qquad \text{Al}:\ 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{1}$

Los dos están en el periodo 3 y la tendencia general (aumenta hacia la derecha) haría esperar que fuera mayor la del aluminio. Pero este es uno de los casos de excepción: el electrón que pierde el aluminio es un $3p$, que está más lejos del núcleo y más apantallado por los $3s$, mientras que el magnesio pierde un electrón $3s$. Por eso tiene mayor energía de ionización el magnesio (738 kJ/mol frente a 578 kJ/mol del aluminio).

Errores frecuentes

• ⚠️ Dar solo el resultado sin justificarlo. En selectividad se puntúa el razonamiento: nombra la carga nuclear efectiva, el apantallamiento o la distancia
• ⚠️ Equivocarse con el número atómico. Comprueba siempre $Z$ con la tabla periódica: confundir 9 con 11 o 12 con 20 cambia toda la respuesta
• ⚠️ No restar ni sumar los electrones del ion. Un anión tiene más electrones que Z; un catión, menos. Escribe primero cuántos son
• ⚠️ Aplicar una tendencia sin comprobar periodo y grupo. Primero ubica el elemento (periodo y grupo) y después decide qué tendencia utilizar
• ⚠️ Ignorar las excepciones. Si el par es Be–B o N–O, o Mg–Al y P–S, la energía de ionización no sigue la tendencia general

📌 En 30 segundos

1. Estructura la respuesta: configuración y posición, tendencia, causa y conclusión.
2. Isoelectrónicos: mismo número de electrones; a más protones, menor radio.
3. Números cuánticos: $0 \leq l \leq n-1$ y $-l \leq m_l \leq l$; $m_s = \pm\tfrac{1}{2}$.
4. Energía de orbitales: menor $n + l$ primero; en empate, menor $n$ (2p < 4s < 3d < 4p).
5. Excepciones de la energía de ionización: B < Be, O < N, Al < Mg y S < P.

Para seguir estudiando

• Propiedades periódicas: radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad
• Variación de las propiedades periódicas: carga nuclear efectiva y apantallamiento
• Números cuánticos: qué son y cómo usarlos