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Problema resuelto de Química: Estructura atómica y números cuánticosSelectividad (PAU) · País Vasco 2019 · Julio · Opción A

También trata: Sistema periódico y propiedades periódicas

Enunciado

Sabiendo que los números atómicos de tres elementos A, B y C del Sistema Periódico son, respectivamente, 12, 17 y 20:

a) Escribir sus configuraciones electrónicas y localización en la Tabla Periódica. (0,4 puntos)

b) Indicar los números cuánticos de los electrones de valencia de los elementos A y C. (0,4 puntos)

c) ¿Cuántos electrones desapareados tiene cada uno de esos elementos (A, B y C) en su estado fundamental? (0,4 puntos)

d) Comparar los potenciales de ionización de los elementos B y C. (0,4 puntos)

e) Ordenarlos según su radio atómico. (0,4 puntos)

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) A:

[\text{Ne}]\,3s^2

, periodo 3, grupo 2; B:

[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^5

, periodo 3, grupo 17; C:

[\text{Ar}]\,4s^2

, periodo 4, grupo 2.

b) A:

(3,0,0,\pm\tfrac{1}{2})

; C:

(4,0,0,\pm\tfrac{1}{2})

.

c) A: 0; B: 1; C: 0.

d)

\text{EI}(\text{B}) > \text{EI}(\text{C})

.

e)

r(\text{B}) < r(\text{A}) < r(\text{C})

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo sale de la configuración electrónica. Se rellenan los orbitales por orden de energía (Aufbau) y la última capa dice el periodo; los electrones de esa capa, el grupo. Los números cuánticos de los electrones de valencia salen del orbital en que están (

n

l

), y en un orbital

s

caben dos electrones con espines opuestos.

Para las propiedades periódicas, dos ideas: la energía de ionización y el radio dependen de lo lejos que esté el electrón externo (la capa

n

) y de la carga nuclear que lo atrae dentro de un mismo periodo.

Desarrollo

a) Configuraciones y localización

Elemento	Configuración	Periodo	Grupo
A ( $Z = 12$ , Mg)	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2$	3	2 (alcalinotérreos)
B ( $Z = 17$ , Cl)	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$	3	17 (halógenos)
C ( $Z = 20$ , Ca)	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$	4	2 (alcalinotérreos)

El periodo es el mayor

n

ocupado; A y C acaban en

s^2

(bloque s, grupo 2) y B en

s^2p^5

(bloque p, grupo 17).

b) Números cuánticos de los electrones de valencia

A tiene sus dos electrones de valencia en el orbital

3s

(

n = 3

l = 0

m = 0

) con espines opuestos:

(3,\ 0,\ 0,\ +\tfrac{1}{2}) \qquad (3,\ 0,\ 0,\ -\tfrac{1}{2})

C los tiene en el orbital

4s

(4,\ 0,\ 0,\ +\tfrac{1}{2}) \qquad (4,\ 0,\ 0,\ -\tfrac{1}{2})

c) Electrones desapareados

A ( $3s^2$ ): el orbital $3s$ está lleno, 0 desapareados.
B ( $3p^5$ ): en los tres orbitales $3p$ hay 5 electrones; por la regla de Hund, dos orbitales llenos y uno con un solo electrón: 1 desapareado.
C ( $4s^2$ ): 0 desapareados.

d) Potenciales de ionización de B y C

El electrón que pierde C está en la capa

n = 4

, más lejos del núcleo y más apantallado; el de B está en la capa

n = 3

, en un elemento de la derecha del periodo con mucha carga nuclear efectiva (le falta un electrón para el octeto y no tiende a perderlos). Por eso cuesta mucho más arrancar el electrón de B:

\text{EI}(\text{B}) > \text{EI}(\text{C})

(El cloro es un no metal con energía de ionización alta; el calcio, un metal alcalinotérreo que pierde con facilidad sus electrones

4s

.)

e) Radios atómicos

C tiene electrones en la capa $n = 4$ : es el mayor.
A y B tienen la capa externa en $n = 3$ , pero B tiene más protones (17 frente a 12), atrae más a sus electrones y es más pequeño.

r(\text{B}) < r(\text{A}) < r(\text{C})

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

Consejo

En las propiedades periódicas no basta con la flecha de la tabla: justifica con la capa en la que está el electrón externo y con la carga nuclear dentro del periodo. En b), recuerda que los dos electrones de un mismo orbital solo se diferencian en el espín: escribe los dos juegos de números cuánticos, no uno solo.

Paso 1 de 3

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