QuímicaFácil2,5 pts

Estructura atómica y números cuánticos

Castilla y León · 2018 · Junio · Opción A

Enunciado

Para las siguientes configuraciones electrónicas de átomos neutros:

i) $1s^2\,2s^2$
ii) $1s^1\,2s^1$
iii) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^8\,4s^1$
iv) $1s^2\,2s^2\,3s^1$
v) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,2d^2$

a) (1,5 puntos) ¿Cuáles representan un estado fundamental, cuáles un estado excitado y cuáles son imposibles?

b) (0,6 puntos) Indique a qué átomo pertenecen las configuraciones que no son imposibles.

c) (0,4 puntos) Podemos representar un isótopo como

{}^{Z}_{A}\text{X}

. Explique esta simbología.

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

\boxed{\;\text{i) fundamental; ii) y iv) excitadas; iii) y v) imposibles}\;}

\boxed{\;\text{i) Be}\quad \text{ii) He}\quad \text{iv) B}\;}

\boxed{\;Z = \text{número de protones},\quad A = \text{protones} + \text{neutrones}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Una configuración es imposible si viola las reglas de los números cuánticos: o bien aparece un subnivel que no existe (

l

solo puede valer de

0

n-1

), o bien un subnivel lleva más electrones de los que caben (principio de exclusión de Pauli:

2

s

6

p

10

d

). Si es posible, es fundamental cuando los electrones ocupan los orbitales en el orden de energía creciente (Aufbau) sin dejar huecos, y excitada cuando algún electrón ha saltado a un orbital superior dejando otro de menor energía sin llenar.

Como los átomos son neutros, el número de electrones es igual a

Z

, y eso identifica el elemento.

Desarrollo

a) Fundamental, excitada o imposible

i) $1s^2\,2s^2$ : los orbitales $1s$ y $2s$ están llenos y en orden. Es un estado fundamental.
ii) $1s^1\,2s^1$ : un electrón está en el $2s$ mientras el $1s$ (de menor energía) tiene un hueco. Es posible, pero es un estado excitado (el fundamental sería $1s^2$ ).
iii) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^8\,4s^1$ : el subnivel $3p$ tiene tres orbitales ( $m_l = -1, 0, +1$ ) y cada orbital admite como máximo dos electrones con espines opuestos (Pauli). Caben como mucho $6$ electrones, no $8$ . Es imposible.
iv) $1s^2\,2s^2\,3s^1$ : el electrón ocupa el $3s$ dejando vacío el $2p$ , que tiene menos energía. Es posible, pero es un estado excitado (el fundamental sería $1s^2\,2s^2\,2p^1$ ).
v) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,2d^2$ : con $n = 2$ el número cuántico $l$ solo puede valer $0$ ( $s$ ) o $1$ ( $p$ ). Un orbital $d$ exige $l = 2$ , es decir, $n \geq 3$ : el subnivel $2d$ no existe. Es imposible.

b) Átomo al que pertenecen

En un átomo neutro, número de electrones

= Z

i) $2 + 2 = 4$ electrones: $Z = 4$ , berilio (Be), en su estado fundamental.
ii) $1 + 1 = 2$ electrones: $Z = 2$ , helio (He), en un estado excitado.
iv) $2 + 2 + 1 = 5$ electrones: $Z = 5$ , boro (B), en un estado excitado.

Al excitarse un átomo no cambia de elemento: lo que lo identifica es el número de protones, que en el átomo neutro coincide con el de electrones.

c) Simbología de un isótopo

En el símbolo de un núclido:

$\text{X}$ es el símbolo químico del elemento.
$Z$ es el número atómico: el número de protones del núcleo (y de electrones, si el átomo es neutro). Determina de qué elemento se trata.
$A$ es el número másico: el número de protones más el de neutrones (nucleones). El número de neutrones es $N = A - Z$ .

Los isótopos son átomos del mismo elemento (mismo

Z

) con distinto número de neutrones, y por tanto distinto

A

. Por ejemplo,

{}^{12}_{6}\text{C}

{}^{14}_{6}\text{C}

tienen 6 protones, pero 6 y 8 neutrones.

Ojo: el enunciado escribe

Z

arriba y

A

abajo, pero la notación habitual (IUPAC) es la contraria,

{}^{A}_{Z}\text{X}

: el número másico arriba a la izquierda y el número atómico abajo a la izquierda.

Consejo

Para descartar configuraciones, repasa dos reglas por este orden: ¿existe el subnivel? ( $2d$ , $1p$ o $3f$ no existen, porque $l \leq n-1$ ) y ¿cabe ese número de electrones? ( $s^2$ , $p^6$ , $d^{10}$ , $f^{14}$ como máximo).

Y para identificar el átomo de una configuración excitada, no busques la configuración en la tabla: suma los electrones y tendrás $Z$ .