QuímicaMedio2 pts

Estructura atómica y números cuánticos

También trata: Sistema periódico y propiedades periódicas

Extremadura · 2023 · Julio

Enunciado

Sean las siguientes configuraciones electrónicas:

1)

1s^2\,2s^2\,2p^5\,3s^1

; 2)

1s^2\,2s^3\,2p^3

; 3)

1s^2\,2s^2\,2p^6

; 4)

1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5

; 5)

1s^2\,2s^1\,2p^6

a) (0,5 puntos) Indicar las configuraciones electrónicas que corresponden a un estado fundamental, un estado prohibido o un estado excitado.

b) (0,75 puntos) Indicar a qué elementos corresponden las configuraciones electrónicas en estado fundamental.

c) (0,75 puntos) Razonar los estados de oxidación más estables de los elementos que se corresponden con las configuraciones electrónicas en estado fundamental.

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Resultado

a) Fundamentales: 3) y 4). Excitadas: 1) y 5). Prohibida: 2) (tres electrones en el $2s$ ).
b) 3) neón ( $Z = 10$ ); 4) cloro ( $Z = 17$ ).
c) Ne: 0 (capa completa, no forma compuestos). Cl: −1 (gana un e⁻ y alcanza la configuración del Ar); con O o F también +1, +3, +5 y +7.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Una configuración es prohibida si un subnivel lleva más electrones de los que admite (el principio de exclusión de Pauli limita el

s

a 2 y el

p

a 6); es excitada si es posible pero algún electrón ocupa un orbital de más energía dejando huecos en otro inferior (no sigue el principio de Aufbau); y es fundamental si los orbitales se llenan en orden de energía creciente. El elemento lo da el número total de electrones (átomo neutro:

Z

= número de electrones), y los estados de oxidación estables salen de qué le falta o le sobra para alcanzar la configuración de gas noble.

Desarrollo

a) Fundamental, excitada o prohibida.

Configuración	Electrones	Análisis	Estado
1) $1s^2\,2s^2\,2p^5\,3s^1$	10	El $2p$ no está lleno y hay un electrón en el $3s$ , de más energía	Excitado
2) $1s^2\,2s^3\,2p^3$	8	El $2s$ tiene 3 electrones: un orbital $s$ admite como máximo 2 (Pauli)	Prohibido
3) $1s^2\,2s^2\,2p^6$	10	Llenado en orden de energía	Fundamental
4) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$	17	Llenado en orden de energía	Fundamental
5) $1s^2\,2s^1\,2p^6$	9	El $2s$ tiene un hueco y el $2p$ está lleno: un electrón ha pasado del $2s$ al $2p$	Excitado

En la 2), tres electrones en el orbital

2s

obligarían a dos de ellos a tener los cuatro números cuánticos iguales, lo que prohíbe el principio de exclusión de Pauli. Las excitadas 1) y 5) son configuraciones posibles, pero de un átomo que ha absorbido energía: la fundamental del átomo de 10 electrones es la 3) y la del de 9 electrones,

1s^2\,2s^2\,2p^5

.

b) Elementos en estado fundamental.

3) $1s^2\,2s^2\,2p^6$ : 10 electrones, $Z = 10$ : neón (Ne), gas noble del periodo 2 (grupo 18).
4) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$ : 17 electrones, $Z = 17$ : cloro (Cl), halógeno del periodo 3 (grupo 17).

(Las excitadas corresponden también a elementos concretos: la 1) a un átomo de neón excitado y la 5) a uno de flúor excitado.)

c) Estados de oxidación más estables.

Neón: su capa de valencia $2s^2\,2p^6$ está completa (octeto). No tiene tendencia ni a ganar ni a perder electrones, y su energía de ionización es altísima: no forma compuestos y su único estado de oxidación es 0.
Cloro: tiene 7 electrones de valencia ( $3s^2\,3p^5$ ). Le falta un electrón para alcanzar la configuración del argón, y como es muy electronegativo y tiene una afinidad electrónica alta, lo capta con facilidad:

\text{Cl}\ (\ldots 3s^2\,3p^5) + e^- \longrightarrow \text{Cl}^-\ (\ldots 3s^2\,3p^6) = [\text{Ar}]

Su estado de oxidación más estable es −1 (cloruros:

\text{NaCl}

\text{HCl}

).

Además, al estar en el tercer periodo, el cloro tiene orbitales

3d

vacíos y puede desaparear electrones de los

3p

y del

3s

; frente a elementos más electronegativos que él (O, F) actúa con los estados de oxidación positivos +1, +3, +5 y +7 (por ejemplo, en

\text{HClO}

\text{HClO}_2

\text{HClO}_3

\text{HClO}_4

Consejo

Antes de clasificar una configuración, cuenta los electrones de cada subnivel: un $s$ nunca pasa de 2 ni un $p$ de 6 (eso es «prohibido»). Si todo cabe pero hay un hueco por debajo de un electrón más alto, es «excitado».

En c) no basta con dar el número: razónalo con el octeto (el Cl gana un electrón y queda como el argón; el Ne ya tiene la capa completa).