QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Sistema periódico y propiedades periódicasSelectividad (PAU) · País Vasco 2018 · Junio · Opción B

También trata: Estructura atómica y números cuánticos
País Vasco · 2018 · Junio · Opción B
Enunciado
La configuración electrónica del átomo de un elemento es la siguiente:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6\,5s^1a) Indicar su número atómico y el grupo y periodo al que pertenece. (0,5 puntos)

b) Razonar qué ión tiene tendencia a formar. (0,5 puntos)

c) Indicar razonadamente si el tamaño de este ión será más grande o más pequeño que el tamaño del átomo. (0,5 puntos)

d) Indicar los números cuánticos del electrón más externo tanto del átomo neutro como del ión. (0,5 puntos)
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Resultado
a) Z=37Z = 37 (rubidio): periodo 5, grupo 1 (alcalinos).

b) Rb+\text{Rb}^+, al perder el electrón 5s5s y quedar con la configuración del Kr.

c) Más pequeño: pierde la capa n=5n = 5 y la misma carga nuclear atrae a un electrón menos.

d) Rb: (5,0,0,±12)(5, 0, 0, \pm\tfrac{1}{2}); Rb+\text{Rb}^+: (4,1,−1/0/+1,±12)(4, 1, -1/0/+1, \pm\tfrac{1}{2}).
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Estrategia

Sumando los superíndices se obtiene el número de electrones, que en un átomo neutro es igual al de protones, ZZ. La capa más externa (nn) da el periodo, y el tipo y número de electrones de esa capa, el grupo. Un solo electrón ss fuera de una configuración de gas noble es la firma de un metal alcalino: tiende a perderlo. Al perder la capa entera, el ion es más pequeño. Los números cuánticos salen del orbital en que está el último electrón de cada especie.
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Desarrollo

a) Número atómico, grupo y periodo

Sumando los electrones: 2+2+6+2+6+2+10+6+1=372 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 6 + 1 = 37. Como el átomo es neutro, tiene 37 protones: Z=37Z = 37. Es el rubidio (Rb).
  • Periodo 5: la capa más externa ocupada es n=5n = 5.
  • Grupo 1 (alcalinos): su configuración de valencia es 5s15s^1, un único electrón en un orbital ss fuera de la configuración del gas noble anterior (el kriptón).
b) Ion que tiende a formar

Con un solo electrón en la capa de valencia, al rubidio le cuesta poca energía perderlo (su energía de ionización es baja) y así adquiere la configuración del gas noble anterior, el Kr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p61s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6. Tiende a formar el catión monopositivo Rb⁺:Rb⟶Rb++e−\text{Rb} \longrightarrow \text{Rb}^+ + e^-c) Tamaño del ion frente al átomo

El ion Rb+\text{Rb}^+ es más pequeño que el átomo de Rb, por dos motivos:
  • Al perder el electrón 5s5s desaparece la capa n=5n = 5: los electrones del ion ocupan solo hasta la capa n=4n = 4, más cercana al núcleo.
  • El núcleo conserva sus 37 protones, pero ahora atrae a 36 electrones en lugar de 37: la carga nuclear efectiva que nota cada electrón es mayor y la nube electrónica se contrae.
d) Números cuánticos del electrón más externo
  • Rb: el electrón más externo está en el orbital 5s5s: n=5n = 5, l=0l = 0, ml=0m_l = 0, ms=+12m_s = +\tfrac{1}{2} (o −12-\tfrac{1}{2}). Es decir, (5, 0, 0, ±12)(5,\,0,\,0,\,\pm\tfrac{1}{2}).
  • Rb⁺: los electrones más externos están en los orbitales 4p4p: n=4n = 4, l=1l = 1, ml=−1, 0m_l = -1,\,0 o +1+1, ms=±12m_s = \pm\tfrac{1}{2}. Por ejemplo, (4, 1, 1, −12)(4,\,1,\,1,\,-\tfrac{1}{2}).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

En d) fíjate en que el electrón más externo del ion ya no es el del átomo: el 5s5s se ha ido y el último ocupado es un 4p4p. Y escribe los números cuánticos con sus nombres (nn, ll, mlm_l, msm_s) y valores coherentes: con l=1l = 1, mlm_l solo puede ser −1-1, 00 o +1+1.
Paso 1 de 3
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