Problema resuelto de Química: Estructura atómica y números cuánticosSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2019 · Julio · Opción B

a) Isótopos del carbono

Los dos tienen $Z = 6$: 6 protones y, como átomos neutros, 6 electrones. Lo que cambia es el número másico, es decir, los neutrones: ${}^{12}\text{C}$ tiene $12 - 6 = 6$ neutrones y ${}^{14}\text{C}$, $14 - 6 = 8$. Falsa: se diferencian en el número de neutrones, no en el de electrones.

b) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^1$

Suma $2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 1 = 21$ electrones: es el escandio (Sc, $Z = 21$). Su electrón diferenciador está en un orbital $d$ ($3d^1$), así que pertenece al bloque d: es un metal de transición del periodo 4, grupo 3. Los alcalinotérreos (grupo 2) acaban en $ns^2$, sin electrones $d$ después; el del periodo 4 sería el calcio, $[\text{Ar}]\,4s^2$. Falsa.

c) $(3, 1, 0, -\tfrac{1}{2})$ en el Na

La combinación es posible ($n = 3$; $l = 1 < n$; $m_l = 0$ entre $-1$ y $+1$; $m_s = -\tfrac{1}{2}$) y describe un electrón en un orbital 3p. Pero el sodio ($Z = 11$) en su estado fundamental es$$\text{Na}: 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$$y su único electrón de la capa 3 está en el orbital $3s$, con números cuánticos $(3, 0, 0, \pm\tfrac{1}{2})$. Los orbitales $3p$ están vacíos. Falsa (ese electrón correspondería a un estado excitado del sodio).

d) Radios de Cu, $\text{Cu}^+$ y $\text{Cu}^{2+}$

Las tres especies tienen la misma carga nuclear ($Z = 29$), pero distinto número de electrones: 29, 28 y 27. Al perder electrones disminuye la repulsión entre ellos y cada uno nota más la atracción del núcleo (aumenta la carga nuclear efectiva por electrón), así que la nube se contrae. Además, el Cu pierde su electrón $4s$ al pasar a $\text{Cu}^+$ y la capa más externa pasa a ser la 3. El orden es$$r(\text{Cu}) > r(\text{Cu}^+) > r(\text{Cu}^{2+})$$Falsa: la de mayor radio es el átomo neutro y el $\text{Cu}^{2+}$ es el más pequeño.