QuímicaFácil2 pts

Sistema periódico y propiedades periódicas

También trata: Estructura atómica y números cuánticos
Comunidad de Madrid · 2022 · Julio (coincidentes)
Enunciado
Considere los elementos: A (Z=9Z = 9) y B (Z=13Z = 13):

a) (0,5 puntos) Escriba sus configuraciones electrónicas e identifique cada uno de ellos indicando grupo, período, símbolo y nombre.

b) (0,5 puntos) ¿Qué valores posibles de nn, ll, mlm_l y msm_s tiene el último electrón del elemento A?

c) (0,5 puntos) Justifique cuáles son los iones más estables para A y B.

d) (0,5 puntos) De los iones más estables de A y B, razone cuál tiene menor radio.
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Resultado
  • a) A = flúor, F (1s2 2s2 2p51s^2\,2s^2\,2p^5), grupo 17, periodo 2; B = aluminio, Al (1s2 2s2 2p6 3s2 3p11s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1), grupo 13, periodo 3.
  • b) n=2n = 2; l=1l = 1; ml=−1, 0m_l = -1,\ 0 o +1+1; ms=±12m_s = \pm\tfrac12.
  • c) F−\text{F}^- y Al3+\text{Al}^{3+} (configuración del neón).
  • d) Al3+\text{Al}^{3+}, porque tiene más protones para el mismo número de electrones.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

La configuración electrónica lo da casi todo: el periodo es el nn más alto ocupado y el grupo sale de los electrones de valencia. El último electrón (el diferenciador) está en el último subnivel que se llena, y sus números cuánticos se leen de ese subnivel: nn y ll quedan fijados; mlm_l y msm_s admiten varios valores.

Los iones estables son los que alcanzan la configuración de un gas noble, y si resultan isoelectrónicos, es más pequeño el que tiene más protones.
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Desarrollo

a) Configuraciones e identificación.A (Z=9):1s2 2s2 2p5B (Z=13):1s2 2s2 2p6 3s2 3p1\text{A}\ (Z = 9):\quad 1s^2\,2s^2\,2p^5\qquad\qquad \text{B}\ (Z = 13):\quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1
  • A: capa de valencia n=2n = 2, periodo 2; 7 electrones de valencia (2s2 2p52s^2\,2p^5), grupo 17 (halógenos). Es el flúor, F.
  • B: capa de valencia n=3n = 3, periodo 3; 3 electrones de valencia (3s2 3p13s^2\,3p^1), grupo 13 (térreos). Es el aluminio, Al.
b) Números cuánticos del último electrón del flúor.

El último electrón del flúor entra en un orbital 2p2p:
  • n=2n = 2 (segundo nivel);
  • l=1l = 1 (subnivel pp);
  • ml=−1, 0m_l = -1,\ 0 o +1+1 (cualquiera de los tres orbitales pp);
  • ms=+12m_s = +\tfrac{1}{2} o −12-\tfrac{1}{2}.
Así, una combinación posible es (2, 1, 0, −12)(2,\ 1,\ 0,\ -\tfrac{1}{2}). Si se sigue la regla de Hund con el convenio de poner primero ms=+12m_s = +\tfrac12, los tres primeros electrones 2p2p entran desapareados y el cuarto y el quinto se aparean: el último lleva ms=−12m_s = -\tfrac12.

c) Iones más estables.
  • Flúor: le falta un electrón para la configuración del neón; lo capta con facilidad (afinidad electrónica muy alta) y forma el anión F−\text{F}^-: 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6.
  • Aluminio: perder sus tres electrones de valencia le deja con la configuración del neón: forma el catión Al3+\text{Al}^{3+}: 1s2 2s2 2p61s^2\,2s^2\,2p^6.
Ambos iones alcanzan la configuración de gas noble, la más estable.
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
d) ¿Cuál tiene menor radio?

F−\text{F}^- y Al3+\text{Al}^{3+} son isoelectrónicos: los dos tienen 10 electrones en las capas n=1n = 1 y n=2n = 2. La diferencia está en la carga nuclear: el aluminio tiene 13 protones y el flúor solo 9. Con la misma nube electrónica y más carga positiva en el núcleo, los electrones del Al3+\text{Al}^{3+} están más atraídos y la nube se contrae. Por tanto:r(Al3+)<r(F−)r(\text{Al}^{3+}) < r(\text{F}^-)El de menor radio es el Al3+\text{Al}^{3+} (unos 54 pm frente a 133 pm del F−\text{F}^-).
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Consejo

En b) se piden los valores posibles: da los tres de mlm_l y los dos de msm_s. Escribir una única combinación sin más no responde a la pregunta.

Un catión es siempre más pequeño que su átomo y un anión más grande, pero aquí se comparan iones de elementos distintos: el argumento correcto es el de las especies isoelectrónicas.
Paso 1 de 3
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