QuímicaFácil2 pts

Estructura atómica y números cuánticos

Extremadura · 2020 · Junio

Enunciado

Para las siguientes especies: 1)

\text{Cl}^-

; 2)

\text{Na}^+

; 3)

\text{Kr}

; 4)

\text{Fe}

; 5)

\text{Sr}^{2+}

.

a) (1,0 puntos) Escribir las configuraciones electrónicas de las cinco especies.

b) (0,50 puntos) Razonar qué especie tiene electrones desapareados.

c) (0,50 puntos) Justificar cuáles de las anteriores especies son isoelectrónicas.

Datos: números atómicos (

Z

\text{Cl} = 17

;

\text{Na} = 11

;

\text{Kr} = 36

;

\text{Fe} = 26

;

\text{Sr} = 38

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Resultado

a) $\text{Cl}^-$ : $[\text{Ne}]3s^2 3p^6$ ; $\text{Na}^+$ : $1s^2 2s^2 2p^6$ ; $\text{Kr}$ : $[\text{Ar}]3d^{10}4s^2 4p^6$ ; $\text{Fe}$ : $[\text{Ar}]3d^6 4s^2$ ; $\text{Sr}^{2+}$ : $[\text{Kr}]$ .
b) Solo el $\text{Fe}$ : 4 electrones desapareados en $3d$ (regla de Hund).
c) $\text{Kr}$ y $\text{Sr}^{2+}$ (36 electrones).

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Primero se cuenta cuántos electrones tiene cada especie:

Z

en un átomo neutro,

Z + 1

en un anión monovalente y

Z - n

en un catión de carga

n+

. Después se reparten siguiendo el orden de llenado (diagrama de Moeller), el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund.

b) Los electrones desapareados solo pueden estar en una subcapa incompleta: se busca cuál de las especies la tiene y se aplica la regla de Hund.
c) Isoelectrónicas son las especies con el mismo número de electrones (y por tanto la misma configuración).

Desarrollo

a) Configuraciones electrónicas

Especie	$Z$	Electrones
$\text{Cl}^-$	$17$	$17 + 1 = 18$
$\text{Na}^+$	$11$	$11 - 1 = 10$
$\text{Kr}$	$36$	$36$
$\text{Fe}$	$26$	$26$
$\text{Sr}^{2+}$	$38$	$38 - 2 = 36$

Repartiendo los electrones por orden de energía creciente (

1s\,2s\,2p\,3s\,3p\,4s\,3d\,4p\,5s\ldots

$\text{Cl}^-$ (18 e⁻): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$ , es decir, $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^6$ (la del argón).
$\text{Na}^+$ (10 e⁻): $1s^2\,2s^2\,2p^6$ (la del neón). El sodio ha perdido su electrón $3s$ .
$\text{Kr}$ (36 e⁻): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6$ , o $[\text{Ar}]\,3d^{10}\,4s^2\,4p^6$ .
$\text{Fe}$ (26 e⁻): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^6$ , o $[\text{Ar}]\,3d^6\,4s^2$ .
$\text{Sr}^{2+}$ (36 e⁻): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6$ , o $[\text{Kr}]$ . El estroncio ( $[\text{Kr}]\,5s^2$ ) ha perdido sus dos electrones $5s$ .

b) Electrones desapareados

El

\text{Cl}^-

, el

\text{Na}^+

, el

\text{Kr}

y el

\text{Sr}^{2+}

tienen todas sus subcapas completas (configuración de gas noble): todos sus electrones están apareados.

La única especie con una subcapa incompleta es el hierro, con 6 electrones en los cinco orbitales

3d

. Por la regla de Hund (máxima multiplicidad), los electrones ocupan primero cada orbital por separado con espines paralelos y solo después se aparean:

3d^6:\quad (\uparrow\downarrow)\;(\uparrow)\;(\uparrow)\;(\uparrow)\;(\uparrow)

El hierro tiene 4 electrones desapareados (es paramagnético).

c) Especies isoelectrónicas

Son isoelectrónicas las especies con el mismo número de electrones. El

\text{Kr}

y el

\text{Sr}^{2+}

tienen ambos 36 electrones y la misma configuración,

1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^{10}\,4s^2\,4p^6

: son isoelectrónicas.

Las demás no lo son entre sí: el

\text{Cl}^-

tiene 18 electrones (isoelectrónico del argón, que no está en la lista), el

\text{Na}^+

tiene 10 (isoelectrónico del neón) y el

\text{Fe}

, 26.

Aunque tengan los mismos electrones, el

\text{Sr}^{2+}

es más pequeño que el

\text{Kr}

: tiene dos protones más (

Z = 38

frente a

36

) que atraen con más fuerza la misma nube electrónica.

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

Consejo

En los cationes, primero escribe la configuración del átomo neutro y luego quita los electrones de la capa más externa (la de mayor $n$ ): al $\text{Sr}$ se le quitan los $5s$ . Si cuentas los electrones y rellenas desde cero, en los metales de transición te puedes equivocar.

Isoelectrónico significa «mismo número de electrones», no «mismo grupo» ni «misma carga».