QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Estructura atómica y números cuánticos

Andalucía · 2022 · Junio
Enunciado
Bloque B · B1. Conteste las siguientes cuestiones relativas a un átomo con Z=17Z = 17 y A=35A = 35:

a) Indique el número de protones, neutrones y electrones.

b) Escriba su configuración electrónica e indique el número de electrones desapareados en su estado fundamental.

c) Indique una posible combinación de números cuánticos que pueda tener el electrón diferenciador de este átomo.
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Resultado
  a) 17 p+,  18 n,  17 e−  \boxed{\;\textbf{a) } 17 \text{ p}^+, \; 18 \text{ n}, \; 17 \text{ e}^-\;}  b) 1s22s22p63s23p5  ;1 electroˊn desapareado  \boxed{\;\textbf{b) } 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5 \;;\quad \textbf{1 electrón desapareado}\;}  c) (n,ℓ,mℓ,ms)=(3, 1, 0, −12)  \boxed{\;\textbf{c) } (n, \ell, m_\ell, m_s) = (3,\, 1,\, 0,\, -\tfrac{1}{2})\;}
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Estrategia

Las tres respuestas salen de dos definiciones y una regla:Z=protonesA=Z+Naˊtomo neutro⇒e−=ZZ = \text{protones} \qquad A = Z + N \qquad \text{átomo neutro} \Rightarrow e^- = ZPara b), sigue el orden de llenado y aplica la regla de Hund en el último subnivel: los electrones ocupan primero cada orbital en solitario, con espines paralelos, antes de aparearse.

El electrón diferenciador de c) es el último que se coloca al construir la configuración: el que distingue este elemento del anterior de la tabla.
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Desarrollo

a) Partículas subatómicas.protones=Z=17\text{protones} = Z = \mathbf{17}neutrones=A−Z=35−17=18\text{neutrones} = A - Z = 35 - 17 = \mathbf{18}electrones=Z=17(el aˊtomo es neutro)\text{electrones} = Z = \mathbf{17} \qquad (\text{el átomo es neutro})Se trata del isótopo 35Cl^{35}\text{Cl}, el más abundante del cloro (un 76 %76\ \% del cloro natural).

b) Configuración electrónica y electrones desapareados.

Siguiendo el diagrama de Moeller hasta colocar 17 electrones:1s2 2s2 2p6 3s2 3p5  =  [Ne] 3s23p51s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5 \;=\; [\text{Ne}]\,3s^2 3p^5Comprobación: 2+2+6+2+5=172+2+6+2+5 = 17. ✓

Electrones desapareados. Los subniveles 1s1s, 2s2s, 2p2p y 3s3s están completos, y en un subnivel lleno todos los electrones están apareados. La cuenta se decide en el 3p53p^5, con cinco electrones repartidos en tres orbitales:3p5:(↑↓)  (↑↓)  (↑    )3p^5:\quad (\uparrow\downarrow)\;(\uparrow\downarrow)\;(\uparrow\;\;)Por la regla de Hund, los tres primeros entran solos y los dos siguientes se aparean. Queda:1 electroˊn desapareado\textbf{1 electrón desapareado}Esa vacante única es la que explica que el cloro forme un ion Cl−\text{Cl}^- y enlaces covalentes simples.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
c) Números cuánticos del electrón diferenciador.

El electrón diferenciador es el decimoséptimo, el último en colocarse: uno de los 3p3p.n=3(capa 3)n = 3 \qquad (\text{capa } 3)ℓ=1(subnivel p)\ell = 1 \qquad (\text{subnivel } p)mℓ∈{−1,0,+1}(los tres orbitales p)m_\ell \in \{-1, 0, +1\} \qquad (\text{los tres orbitales } p)ms=−12(es el segundo de un orbital ya ocupado)m_s = -\tfrac{1}{2} \qquad (\text{es el segundo de un orbital ya ocupado})Siguiendo el orden convencional de llenado (mℓ=−1,0,+1m_\ell = -1, 0, +1 primero con ms=+12m_s = +\tfrac{1}{2}, y después apareando en el mismo orden), el quinto electrón pp se aparea en el orbital mℓ=0m_\ell = 0:(3,  1,  0,  −12)\boxed{\left(3,\; 1,\; 0,\; -\tfrac{1}{2}\right)}También sería aceptable (3,1,−1,−12)(3, 1, -1, -\tfrac{1}{2}) u otra combinación con mℓm_\ell distinto, siempre que n=3n = 3, ℓ=1\ell = 1 y ms=−12m_s = -\tfrac{1}{2}: lo esencial es que el electrón está apareado, porque el 3p3p ya tenía tres electrones solitarios.
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Consejo

En c), el enunciado dice "una posible combinación": no hay una única respuesta correcta, pero sí hay condiciones que se deben respetar. Comprueba siempre las tres restricciones antes de entregar:ℓ<n−ℓ≤mℓ≤+ℓms=±12\ell < n \qquad -\ell \le m_\ell \le +\ell \qquad m_s = \pm\tfrac{1}{2}Y no confundas el electrón diferenciador (el último en entrar) con "un electrón de valencia cualquiera": el diferenciador es el que caracteriza al elemento frente a su predecesor en la tabla.

Sobre b): recuerda que p5p^5 da siempre un electrón desapareado, igual que p1p^1. Con p3p^3 son tres, y con p2p^2 o p4p^4, dos.
Paso 1 de 3
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