QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Estructura atómica y números cuánticos

Andalucía · 2021 · Reserva 1

Enunciado

Bloque B · B1. Un átomo X tiene

34

protones y

44

neutrones. Otro átomo Y posee

19

protones y

20

neutrones.

a) Indique el número atómico y el número másico de cada uno de ellos.

b) Escriba un posible conjunto de números cuánticos para el electrón diferenciador de cada uno de ellos.

c) Justifique cuál es el ion más estable de cada uno de ellos y escriba su configuración electrónica.

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Resultado

\boxed{\;\textbf{a) X: } Z=34, \; A=78 \;;\quad \text{Y: } Z=19, \; A=39\;}

\boxed{\;\textbf{b) X: } (4,\,1,\,-1,\,-\tfrac{1}{2}) \;;\quad \text{Y: } (4,\,0,\,0,\,+\tfrac{1}{2})\;}

\boxed{\;\textbf{c) } \text{Se}^{2-} = [\text{Kr}] \;;\quad \text{K}^+ = [\text{Ar}]\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Todo parte de las dos definiciones básicas:

Z = \text{protones} \qquad A = \text{protones} + \text{neutrones}

Con

Z

se identifican los elementos y se escriben sus configuraciones, y de ahí salen los apartados b) y c).

El electrón diferenciador es el último en colocarse siguiendo el orden de llenado; para dar sus números cuánticos hay que localizar en qué subnivel cae y si está apareado o no.

Desarrollo

a) Números atómico y másico.

Átomo X:

Z = 34 \qquad A = 34 + 44 = \mathbf{78} \qquad \Rightarrow \; ^{78}_{34}\text{X}

Átomo Y:

Z = 19 \qquad A = 19 + 20 = \mathbf{39} \qquad \Rightarrow \; ^{39}_{19}\text{Y}

Identificación. Con

Z = 34

, X es el selenio; con

Z = 19

, Y es el potasio.

\text{X}: \; [\text{Ar}]\,4s^2 3d^{10} 4p^4 \qquad (\text{periodo 4, grupo 16})

\text{Y}: \; [\text{Ar}]\,4s^1 \qquad (\text{periodo 4, grupo 1})

b) Números cuánticos del electrón diferenciador.

Átomo X (selenio). El último electrón en entrar es el cuarto del subnivel $4p$ . Con cuatro electrones en tres orbitales, los tres primeros van solos (Hund) y el cuarto aparea:

4p^4:\quad (\uparrow\downarrow)\;(\uparrow\;)\;(\uparrow\;)

n = 4 \quad \ell = 1 \quad m_\ell = -1 \quad m_s = -\tfrac{1}{2}

\boxed{\left(4,\;1,\;-1,\;-\tfrac{1}{2}\right)}

Cualquier

m_\ell \in \{-1, 0, +1\}

sería aceptable; lo esencial es que

n=4

\ell=1

y que el electrón esté apareado.

Átomo Y (potasio). El último electrón es el único del

4s

n = 4 \quad \ell = 0 \quad m_\ell = 0 \quad m_s = +\tfrac{1}{2}

\boxed{\left(4,\;0,\;0,\;+\tfrac{1}{2}\right)}

c) Iones más estables.

Átomo X (selenio). Tiene 6 electrones de valencia (

4s^2 4p^4

): le faltan dos para el octeto. Captarlos es mucho más barato energéticamente que ceder seis:

\text{Se} + 2e^- \longrightarrow \text{Se}^{2-}

\boxed{\text{Se}^{2-}: \; [\text{Ar}]\,4s^2 3d^{10} 4p^6 \;=\; [\text{Kr}]}

Átomo Y (potasio). Tiene 1 electrón de valencia (

4s^1

): cederlo le deja con la configuración del argón, muy estable.

\text{K} \longrightarrow \text{K}^+ + 1e^-

\boxed{\text{K}^+: \; 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 \;=\; [\text{Ar}]}

Fíjate en la coherencia química: el selenio es un no metal del grupo 16 (forma aniones

-2

, como el oxígeno y el azufre) y el potasio un metal alcalino (forma cationes

+1

). El compuesto entre ambos sería

\text{K}_2\text{Se}

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

Consejo

En b), el detalle que distingue una buena respuesta es el signo del espín. Fíjate en si el último electrón estrena un orbital o aparea uno ya ocupado:
$p^1$ , $p^2$ , $p^3$ $\to$ estrenan $\Rightarrow$ $m_s = +\tfrac{1}{2}$
$p^4$ , $p^5$ , $p^6$ $\to$ aparean $\Rightarrow$ $m_s = -\tfrac{1}{2}$
Con el selenio ( $p^4$ ) el cuarto electrón aparea, así que le corresponde $-\tfrac{1}{2}$ .

Y en c), justifica la elección con el coste energético: al selenio le sale más barato captar dos electrones que arrancar seis; al potasio, ceder uno que captar siete. La configuración de gas noble es el destino, pero el camino más corto es el criterio.

Paso 1 de 3

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