QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Estructura atómica y números cuánticos

Andalucía · 2018 · Septiembre · Opción B

Enunciado

Opción B · Cuestión 2. La configuración electrónica del último nivel energético de un elemento es

4s^2\,4p^3

. De acuerdo con este dato:

a) Deduzca, justificadamente, la situación de dicho elemento en la Tabla Periódica.

b) Escriba una de las posibles combinaciones de números cuánticos para su electrón diferenciador.

c) Indique, justificadamente, dos posibles estados de oxidación de este elemento.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) Período 4, grupo 15 } (Z = 33, \text{ arsénico})\;}

\boxed{\;\textbf{b) } (4,\,1,\,+1,\,+\tfrac{1}{2})\;}

\boxed{\;\textbf{c) } -3 \; (\text{gana 3 } e^-) \; \text{y} \; +5 \; (\text{cede los 5 de valencia})\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

No hace falta calcular

Z

para responder: la capa de valencia ya dice el período y el grupo.

n = 4 \;\Rightarrow\; \textbf{período 4} \qquad\qquad 2 + 3 = 5\ e^- \text{ de valencia en el bloque } p \;\Rightarrow\; \textbf{grupo 15}

Para b), el electrón diferenciador es el último en colocarse, que completa el

4p^3

(semilleno, por la regla de Hund).

Y para c), un elemento del grupo 15 tiene dos caminos hacia una configuración estable: ganar 3 electrones o perderlos.

Desarrollo

a) Situación en la Tabla Periódica.

\text{Configuración completa}: \; [\text{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^3 \qquad (Z = 33, \; \textbf{arsénico})

El mayor número cuántico principal es $n = 4$ , luego está en el período 4.
El último electrón entra en un orbital $p$ (bloque $p$ ) y hay $2 + 3 = 5$ electrones de valencia, así que pertenece al grupo 15 (familia del nitrógeno).

b) Números cuánticos del electrón diferenciador.

El último electrón en colocarse ocupa el tercer orbital

4p

, que según la regla de Hund se llena con espín paralelo a los dos anteriores:

n = 4 \qquad l = 1 \; (\text{orbital } p) \qquad m_l = +1 \qquad m_s = +\tfrac{1}{2}

\boxed{(4,\,1,\,+1,\,+\tfrac{1}{2})}

El valor de

m_l

puede ser

-1

0

+1

según el convenio de llenado (por eso el enunciado pide una combinación posible); lo que no admite discusión es que

n = 4

l = 1

y que el espín es paralelo a los otros dos, porque los tres orbitales

p

están semillenos.

c) Dos posibles estados de oxidación: $-3$ y $+5$ .

Estado $-3$ . Le faltan tres electrones para completar el octeto. Captándolos alcanza la configuración del criptón:

\text{X} + 3\,e^- \longrightarrow \text{X}^{3-}: \; \ldots 4s^2\,3d^{10}\,4p^6 = [\text{Kr}]

Es el comportamiento típico frente a elementos menos electronegativos, como en la arsina

\text{AsH}_3

(análoga al

\text{NH}_3

).

Estado $+5$ . Al ser un semimetal, frente a elementos más electronegativos (oxígeno, halógenos) puede ceder los cinco electrones de valencia, quedando con la configuración del gas noble anterior más la capa

d

llena:

\text{X} \longrightarrow \text{X}^{5+} + 5\,e^-: \; [\text{Ar}]\,3d^{10}

Es el estado que presenta en el ácido arsénico,

\text{H}_3\text{AsO}_4

.

También sería válido el estado $+3$ (cediendo solo los tres electrones

4p

y conservando el par

4s^2

), como en el ácido arsenioso

\text{H}_3\text{AsO}_3

: es el llamado efecto del par inerte, cada vez más marcado al bajar en el grupo.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

No necesitas el número atómico para situar el elemento: el mayor $n$ da el período y los electrones de valencia, el grupo (en el bloque $p$ , grupo $= 10 +$ electrones de valencia). Aun así, identificarlo como arsénico ayuda a poner ejemplos concretos en c).

En b), el detalle fino es el espín paralelo: como los tres orbitales $4p$ están semillenos por la regla de Hund, el electrón diferenciador tiene $m_s = +\tfrac12$ , igual que los otros dos. Sería $-\tfrac12$ solo si estuviera apareando un orbital.

Y en c), justifica ambos estados con la configuración resultante. Decir « $-3$ y $+5$ porque es del grupo 15» vale menos que mostrar que uno lleva a $[\text{Kr}]$ y el otro deja el $3d^{10}$ completo.

Paso 1 de 3

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