Responda a las siguientes cuestiones: a) (0,8 puntos) Dados los elementos X e Y cuyos valores de Z son 20 y 25 respectivamente, escriba sus configuraciones electrónicas ordenadas, identifíquelos y señale grupo y periodo, así como las configuraciones electrónicas ordenadas de sus iones \text{X}^{2+} e \text{Y}^{2+}. b) (0,4 puntos) Razone si X tendrá mayor o menor radio atómico que Y. c) (0,4 puntos) Justifique si son posibles las siguientes combinaciones de números cuánticos: (2, 0, 3, -1/2); (1, 1, 0, -1/2); (3, -2, 1, +1/2) y (3, 1, -1, -1/2). d) (0,4 puntos) ¿Por qué el \text{NH}_3(l) presenta una temperatura de ebullición superior al \text{NF}_3(l)?

- a) X = Ca: [\text{Ar}]\,4s^2, grupo 2, periodo 4; \text{Ca}^{2+}: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6. Y = Mn: [\text{Ar}]\,3d^5 4s^2, grupo 7, periodo 4; \text{Mn}^{2+}: [\text{Ar}]\,3d^5. - b) X (Ca) tiene mayor radio: menor carga nuclear efectiva. - c) Solo es posible (3, 1, -1, -1/2). - d) El \text{NH}_3 forma enlaces de hidrógeno; el \text{NF}_3 no.

QuímicaFácil2 pts

Estructura atómica y números cuánticos

También trata: Sistema periódico y propiedades periódicas · Fuerzas intermoleculares y propiedades

Castilla y León · 2021 · Junio

Enunciado

Responda a las siguientes cuestiones:

a) (0,8 puntos) Dados los elementos X e Y cuyos valores de Z son 20 y 25 respectivamente, escriba sus configuraciones electrónicas ordenadas, identifíquelos y señale grupo y periodo, así como las configuraciones electrónicas ordenadas de sus iones

\text{X}^{2+}

\text{Y}^{2+}

.

b) (0,4 puntos) Razone si X tendrá mayor o menor radio atómico que Y.

c) (0,4 puntos) Justifique si son posibles las siguientes combinaciones de números cuánticos:

(2, 0, 3, -1/2)

;

(1, 1, 0, -1/2)

;

(3, -2, 1, +1/2)

(3, 1, -1, -1/2)

.

d) (0,4 puntos) ¿Por qué el

\text{NH}_3(l)

presenta una temperatura de ebullición superior al

\text{NF}_3(l)

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) X = Ca: $[\text{Ar}]\,4s^2$ , grupo 2, periodo 4; $\text{Ca}^{2+}$ : $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$ . Y = Mn: $[\text{Ar}]\,3d^5 4s^2$ , grupo 7, periodo 4; $\text{Mn}^{2+}$ : $[\text{Ar}]\,3d^5$ .
b) X (Ca) tiene mayor radio: menor carga nuclear efectiva.
c) Solo es posible $(3, 1, -1, -1/2)$ .
d) El $\text{NH}_3$ forma enlaces de hidrógeno; el $\text{NF}_3$ no.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

a) Se reparten los electrones según el orden de llenado (diagrama de Moeller) y se escriben ordenados por capas. La última subcapa ocupada da el periodo y el grupo. Al formar los cationes, los electrones salen de la capa más externa, la de mayor $n$ (el $4s$ ), aunque se haya llenado antes que el $3d$ .
b) Los dos están en el mismo periodo: manda la carga nuclear efectiva.
c) Se comprueban las reglas: $n \geq 1$ ; $0 \leq l \leq n-1$ ; $-l \leq m_l \leq +l$ ; $m_s = \pm\tfrac12$ .
d) Se comparan las fuerzas intermoleculares: el $\text{NH}_3$ forma enlaces de hidrógeno y el $\text{NF}_3$ no.

Desarrollo

a) Configuraciones e identificación

X ( $Z = 20$ ): $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$ . Su último electrón está en el $4s$ : periodo 4, grupo 2 (alcalinotérreos). Es el calcio, Ca.
Y ( $Z = 25$ ): el orden de llenado es $\ldots 4s^2\,3d^5$ ; ordenada por capas, $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^5\,4s^2$ . Es un elemento de transición del bloque $d$ : periodo 4, grupo 7 ( $2 + 5$ electrones de valencia). Es el manganeso, Mn.

Iones dipositivos (pierden los dos electrones

4s

, los de mayor

n

$\text{X}^{2+} = \text{Ca}^{2+}$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$ (configuración del argón).
$\text{Y}^{2+} = \text{Mn}^{2+}$ : $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^5$ (subcapa $d$ semillena, especialmente estable).

b) Radio atómico

El Ca y el Mn están en el mismo periodo (4): sus electrones más externos están en la misma capa, la

n = 4

. Pero el Mn tiene cinco protones más, y los electrones

3d

que se añaden solo apantallan en parte a los

4s

(no compensan todo el aumento de carga nuclear); la carga nuclear efectiva sobre los electrones externos es mayor en el Mn, que los atrae con más fuerza y los acerca al núcleo.

Por tanto, X (Ca) tiene mayor radio atómico que Y (Mn). (Radios aproximados: Ca,

197\ \text{pm}

; Mn,

127\ \text{pm}

.)

c) Combinaciones de números cuánticos $(n, l, m_l, m_s)$

$(2, 0, 3, -1/2)$ : no es posible. Con $l = 0$ el único valor de $m_l$ es $0$ ; $m_l = 3$ exigiría $l \geq 3$ .
$(1, 1, 0, -1/2)$ : no es posible. Con $n = 1$ , $l$ solo puede valer $0$ ( $l \leq n - 1$ ).
$(3, -2, 1, +1/2)$ : no es posible. El número cuántico $l$ nunca es negativo ( $0 \leq l \leq n-1$ ).
$(3, 1, -1, -1/2)$ : sí es posible. $l = 1 \leq 2$ , $m_l = -1$ está entre $-1$ y $+1$ y $m_s = -\tfrac12$ : es un electrón en un orbital $3p$ .

d) Temperaturas de ebullición del $\text{NH}_3$ y del $\text{NF}_3$

Para hervir un líquido molecular hay que vencer las fuerzas entre sus moléculas.

En el $\text{NH}_3$ el hidrógeno está unido a un átomo pequeño y muy electronegativo con un par solitario (el N). Entre sus moléculas se forman enlaces de hidrógeno $\text{N–H}\cdots\text{:N}$ , mucho más intensos que las demás fuerzas intermoleculares.
En el $\text{NF}_3$ no hay ningún H unido al N, así que no hay enlaces de hidrógeno: solo fuerzas de Van der Waals (dipolo-dipolo, débiles porque la molécula es poco polar, y de dispersión de London).

Aunque el

\text{NF}_3

tiene mayor masa molecular (71 frente a 17 g/mol), y por tanto más fuerzas de London, pesa más el enlace de hidrógeno del amoniaco: el

\text{NH}_3

hierve a unos

-33\ ^\circ\text{C}

y el

\text{NF}_3

a unos

-129\ ^\circ\text{C}

Consejo

Al ionizar un metal de transición, los electrones salen primero del $4s$ , no del $3d$ : el $\text{Mn}^{2+}$ es $[\text{Ar}]\,3d^5$ , no $[\text{Ar}]\,3d^3 4s^2$ . Por eso conviene escribir la configuración «ordenada» por capas: el $4s$ queda al final y se ve que es el más externo.

En c) di qué regla falla en cada combinación; no basta con «no es posible».