Problema resuelto de Química: Estructura atómica y números cuánticosSelectividad (PAU) · País Vasco 2017 · Junio · Opción B

a) Configuraciones electrónicas$$\text{A}\ (Z = 20):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2 = [\text{Ar}]\,4s^2$$$$\text{B}\ (Z = 17):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 = [\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5$$b) Números cuánticos del electrón más energético de A

El último electrón de A está en el orbital $4s$: $n = 4$, $l = 0$ (orbital s), y como $l = 0$, solo puede ser $m = 0$; el espín es $+\tfrac12$ o $-\tfrac12$. Repasando las opciones:

• (4, 1, −1, ½): $l = 1$ es un orbital 4p, que en el Ca está vacío. No.
• (4, 0, −1, −½): con $l = 0$ no puede ser $m = -1$; combinación imposible.
• (3, 2, −2, ½): un orbital 3d, vacío en el Ca. No.
• (4, 0, 0, −½): orbital 4s. Es la correcta, la d).

c) Grupo y periodo

• A: capa más externa $n = 4$ → periodo 4; dos electrones de valencia en un orbital s ($4s^2$) → grupo 2 (alcalinotérreos). Es el calcio.
• B: capa más externa $n = 3$ → periodo 3; siete electrones de valencia ($3s^2\,3p^5$) → grupo 17 (halógenos). Es el cloro.

d) Potencial de ionización

La energía (potencial) de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso y fundamental. En la tabla periódica aumenta hacia la derecha en un periodo (crece la carga nuclear efectiva y el radio disminuye) y disminuye hacia abajo en un grupo (el electrón está más lejos del núcleo).

El cloro (B) está más a la derecha y más arriba que el calcio (A): su electrón externo está más cerca del núcleo y más atraído, y además le falta solo uno para el octeto. B (cloro) tiene mayor potencial de ionización.

e) Enlace entre A y B

El calcio tiene energía de ionización baja y tiende a perder sus dos electrones $4s$, formando $\text{Ca}^{2+}$ con configuración de gas noble ([Ar]). El cloro tiene afinidad electrónica alta y gana un electrón, formando $\text{Cl}^-$ (también [Ar]). La gran diferencia de electronegatividad entre un metal y un no metal da un enlace iónico.

Para que el compuesto sea neutro, cada $\text{Ca}^{2+}$ necesita dos $\text{Cl}^-$: la fórmula es $\text{AB}_2$, es decir, $\text{CaCl}_2$ (cloruro de calcio), un sólido que forma una red cristalina iónica.