QuímicaFácilCuestión · 1,5 pts

Problema resuelto de Química: Estructura atómica y números cuánticosSelectividad (PAU) · País Vasco 2024 · Julio

También trata: Sistema periódico y propiedades periódicas · Enlace químico y geometría molecular

Enunciado

Los investigadores han descubierto los elementos X, Y y Z en un meteorito. Los últimos hallazgos muestran que los átomos presentan 1, 5 y 7 electrones de valencia, respectivamente y en los tres casos, el número de protones está entre 11 y 18.

a) Escribir las configuraciones electrónicas de los tres átomos y los cuatro números cuánticos del último electrón de valencia del elemento X. (0,5 puntos)

b) Ordenar los átomos en orden creciente de radio atómico. (0,5 puntos)

c) Dibujar la estructura de Lewis de la molécula

\text{YZ}_3

. ¿Cuál es su geometría molecular? ¿Es polar? (0,5 puntos)

Comprobar el resultadocompara con lo que te ha salido

Resultado

a) X = Na:

1s^2 2s^2 2p^6 3s^1

; Y = P:

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3

; Z = Cl:

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

. Último electrón de X:

(3, 0, 0, \pm\tfrac{1}{2})

.

b)

\text{Z} < \text{Y} < \text{X}

(Cl < P < Na).

c)

\text{PCl}_3

: tres enlaces P–Cl, un par solitario en el P y tres en cada Cl; pirámide trigonal; polar.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Si tienen entre 11 y 18 protones, los tres están en el tercer periodo (

n = 3

para la capa de valencia), y los electrones de valencia dicen el grupo: 1 electrón, grupo 1 (sodio, Z = 11); 5 electrones, grupo 15 (fósforo, Z = 15); 7 electrones, grupo 17 (cloro, Z = 17).

Con eso, b) es la tendencia del radio en un periodo, y c) es una molécula conocida: el

\text{PCl}_3

, cuya geometría sale de la TRPECV contando los pares de electrones del fósforo.

Desarrollo

a) Identificación y configuraciones

Elemento	Z	Configuración	Identidad
X	11	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$	Na (grupo 1)
Y	15	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3$	P (grupo 15)
Z	17	$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$	Cl (grupo 17)

Números cuánticos del último electrón de X. Es el electrón

3s^1

n = 3

(tercera capa),

l = 0

(orbital s),

m_l = 0

(el único valor posible con

l = 0

) y

m_s = +\tfrac{1}{2}

-\tfrac{1}{2}

; con un solo electrón cualquiera de los dos vale). Es decir,

(3, 0, 0, +\tfrac{1}{2})

.

b) Radio atómico

Los tres están en el mismo periodo, así que tienen los electrones de valencia en la misma capa. De izquierda a derecha aumenta el número de protones y, con él, la carga nuclear efectiva que notan los electrones externos (los electrones que se añaden en la misma capa apenas se apantallan entre sí). La nube electrónica se contrae y el radio disminuye. El mayor es el del sodio, a la izquierda, y el menor, el del cloro.

Orden creciente:

\text{Z (Cl)} < \text{Y (P)} < \text{X (Na)}

.

c) Estructura de Lewis del $\text{PCl}_3$

Electrones de valencia:

5 + 3 \cdot 7 = 26

(13 pares). El fósforo, átomo central, forma tres enlaces sencillos P–Cl (3 pares enlazantes) y le queda un par solitario. Cada cloro tiene su par de enlace y tres pares solitarios. Así todos los átomos completan el octeto:

3 + 1 + 3 \cdot 3 = 13

pares.

Geometría. Según la TRPECV, alrededor del fósforo hay cuatro pares de electrones, que se orientan hacia los vértices de un tetraedro para repelerse lo menos posible. Como uno de ellos es un par solitario, la geometría de la molécula (la de los átomos) es pirámide trigonal: el P en el vértice y los tres Cl en la base. El par solitario repele más que los enlazantes y cierra los ángulos Cl–P–Cl por debajo de 109,5° (unos 100° medidos).

Polaridad. El cloro es más electronegativo que el fósforo, así que cada enlace P–Cl es polar. En la pirámide los tres momentos dipolares no se anulan (además está el par solitario), así que la molécula es polar.

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Consejo

Identifica los elementos y dilo por escrito antes de nada: todo lo demás depende de eso. En c) distingue la disposición de los pares (tetraédrica) de la geometría de la molécula (pirámide trigonal), y justifica la polaridad con la geometría, no solo con la diferencia de electronegatividad.

Paso 1 de 3

¿Has terminado el problema?

¿Te atascas?Manda tu duda a tu profesor o al equipo, o pregunta a otros estudiantes en la comunidad.

Sigue practicando

Estructura atómica y números cuánticos

(2 puntos: 0,5 puntos cada apartado) El ion