Pregunta 3 · Química Bàsica I UB 2021

a. En qualsevol element químic, la segona energia d'ionització és sempre superior a la primera.

Solución: La primera ionització extreu un electró d'un àtom neutre, mentre que la segona extreu un electró d'un catió monopositiu ($M^+$). En el catió hi ha menys electrons per al mateix nombre de protons, de manera que disminueix l'apantallament electrònic i augmenta la càrrega nuclear efectiva ($Z_{\mathrm{ef}}$) que actua sobre la resta d'electrons. Això fa que els electrons estiguin atrets més fortament pel nucli i calgui subministrar més energia per extreure'n el segon ($EI_2 > EI_1$).

b. El radi atòmic de l'alumini és més petit que el del magnesi.

Solución: L'alumini ($Z = 13$) i el magnesi ($Z = 12$) pertanyen al mateix període (període 3). En avançar d'esquerra a dreta en un mateix període, s'afegeix un protó al nucli mentre que els nous electrons s'incorporen a la mateixa capa de valència, de manera que l'apantallament addicional és reduït. Per tant, la càrrega nuclear efectiva augmenta ($Z_{\mathrm{ef}}(\mathrm{Al}) > Z_{\mathrm{ef}}(\mathrm{Mg})$), contraient el núvol electrònic i fent que el radi de l'alumini sigui menor que el del magnesi.

c. El caràcter metàl·lic de l'alumini és inferior al del sodi.

Solución: El caràcter metàl·lic es relaciona amb la facilitat per perdre electrons (baixa energia d'ionització i baixa electronegativitat). El sodi ($[\mathrm{Ne}]3s^1$) té només un electró de valència i una menor càrrega nuclear efectiva que l'alumini ($[\mathrm{Ne}]3s^2 3p^1$), el qual té major càrrega nuclear efectiva, menor radi i major energia d'ionització. Per tant, el sodi perd el seu electró de valència amb molta més facilitat, mostrant un major caràcter metàl·lic que l'alumini.

d. Es coneixen compostos químics estables que contenen xenó, però no se'n coneix cap de format per neó.

Solución: El neó té la configuració electrònica de capa tancada molt compacta ($1s^2 2s^2 2p^6$) amb electrons a la capa $n = 2$, sotmesos a una energia d'ionització extremadament alta i sense orbitals $d$ disponibles a baix cost energètic per expandir l'octet. En canvi, el xenó té els electrons de valència al nivell $n = 5$, molt més allunyats del nucli i més apantallats; la seva energia d'ionització és significativament més baixa i pot formar enllaços covalents amb elements molt electronegatius (com F o O) expandint la seva capa de valència.