QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Estructura atómica y números cuánticos

Andalucía · 2022 · Reserva 2
Enunciado
Bloque B · B1. Sean los iones Mn2+\text{Mn}^{2+} (Z=25Z = 25) y Fe3+\text{Fe}^{3+} (Z=26Z = 26). Justifique la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:

a) Ambos tienen el mismo número de electrones.

b) Ambos tienen la misma configuración electrónica.

c) Son isótopos entre sí.
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Resultado
  a) VERDADERA  −  ambos tienen 23 e−  \boxed{\;\textbf{a) VERDADERA} \;-\; \text{ambos tienen } 23\ e^-\;}  b) VERDADERA  −  ambos son [Ar] 3d5  \boxed{\;\textbf{b) VERDADERA} \;-\; \text{ambos son } [\text{Ar}]\,3d^5\;}  c) FALSA  −  tienen distinto Z; son isoelectroˊnicos, no isoˊtopos  \boxed{\;\textbf{c) FALSA} \;-\; \text{tienen distinto } Z; \text{ son } \textbf{isoelectrónicos}, \text{ no isótopos}\;}
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Estrategia

Empieza contando electrones, que es lo que decide a) y b):ne−=Z−cargan_{e^-} = Z - \text{carga}Para b) hay un detalle crucial de los metales de transición: al formar cationes, los electrones se pierden primero del subnivel nsns, no del (n−1)d(n-1)d, aunque el nsns se llenara antes.

Y el apartado c) es puro vocabulario: conviene tener claras las tres familias de "iso-".
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Desarrollo

a) VERDADERA.Mn2+:  ne−=25−2=23\text{Mn}^{2+}: \; n_{e^-} = 25 - 2 = \mathbf{23}Fe3+:  ne−=26−3=23\text{Fe}^{3+}: \; n_{e^-} = 26 - 3 = \mathbf{23}Los dos iones tienen 23 electrones: son isoelectrónicos. Que el hierro tenga un protón más se compensa exactamente con la carga adicional del catión.

b) VERDADERA.

Átomos neutros:Mn  (Z=25):  [Ar] 4s23d5Fe  (Z=26):  [Ar] 4s23d6\text{Mn} \;(Z=25): \; [\text{Ar}]\,4s^2 3d^5 \qquad \text{Fe} \;(Z=26): \; [\text{Ar}]\,4s^2 3d^6Formación de los cationes. Los electrones se arrancan primero del subnivel de mayor nn, es decir, del 4s4s:Mn2+: pierde los dos 4s  ⟶  [Ar] 3d5\text{Mn}^{2+}: \text{ pierde los dos } 4s \;\longrightarrow\; [\text{Ar}]\,3d^5Fe3+: pierde los dos 4s y uno 3d  ⟶  [Ar] 3d5\text{Fe}^{3+}: \text{ pierde los dos } 4s \text{ y uno } 3d \;\longrightarrow\; [\text{Ar}]\,3d^5Mn2+=Fe3+=[Ar] 3d5=1s22s22p63s23p63d5\boxed{\text{Mn}^{2+} = \text{Fe}^{3+} = [\text{Ar}]\,3d^5 = 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^5}Coinciden. Y esa configuración 3d53d^5, con el subnivel semilleno y cinco electrones desapareados, es especialmente estable: por eso el Fe3+\text{Fe}^{3+} es el estado de oxidación más común del hierro y el Mn2+\text{Mn}^{2+} el más estable del manganeso.

Conviene recalcar el matiz: el 4s4s se llena antes que el 3d3d (tiene menor energía en el átomo neutro), pero se vacía también antes, porque una vez ocupado el 3d3d el orden energético se invierte.

c) FALSA.

Los isótopos son átomos del mismo elemento, es decir, con el mismo ZZ, que difieren en el número de neutrones (y por tanto en AA):12C y 14C35Cl y 37Cl^{12}\text{C} \text{ y } ^{14}\text{C} \qquad ^{35}\text{Cl} \text{ y } ^{37}\text{Cl}Aquí los números atómicos son distintos (2525 y 2626): se trata de elementos diferentes, manganeso y hierro. No pueden ser isótopos bajo ningún concepto.

El término correcto para describir su relación es el del apartado a): son isoelectrónicos.
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Consejo

Ten clara la familia de los "iso-", porque los enunciados juegan con ella constantemente:
TérminoCompartenEjemplo
Isótoposmismo ZZ, distinto AA35Cl^{35}\text{Cl} y 37Cl^{37}\text{Cl}
Isoelectrónicosmismo número de e−e^-Na+\text{Na}^+, F−\text{F}^-, Ne\text{Ne}
Isóbarosmismo AA, distinto ZZ40Ar^{40}\text{Ar} y 40Ca^{40}\text{Ca}
Y sobre b): la regla "se llena el 4s4s antes, pero se vacía el 4s4s antes" es la que más se falla de todo el bloque de estructura atómica. Escribir Fe3+=[Ar]4s23d3\text{Fe}^{3+} = [\text{Ar}]4s^2 3d^3 es un error de concepto que anula el apartado.
Paso 1 de 3
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