QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Problema resuelto de Química: Estructura atómica y números cuánticosSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2024 · Junio

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

Enunciado

Dados los elementos A y B con números atómicos 9 y 15, respectivamente:

a) Escriba su configuración electrónica del estado fundamental e indique grupo y periodo al que pertenecen. (0,5 puntos)

b) Escriba todos los posibles valores de los números cuánticos para un electrón 2p y para un electrón 3s. (0,5 puntos)

c) Deduzca el ion más probable que formará cada uno de ellos y escriba su configuración electrónica del estado fundamental. (0,5 puntos)

d) Aplicando la regla del octete, deduzca la fórmula empírica del compuesto formado por los dos elementos A y B, e indique, razonadamente, el tipo de enlace. (0,5 puntos)

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Resultado

a) A:

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

, periodo 2, grupo 17 (flúor). B:

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

, periodo 3, grupo 15 (fósforo).

b) 2p:

n = 2

\ell = 1

m_\ell = -1, 0, +1

m_s = \pm\tfrac12

(6 combinaciones). 3s:

n = 3

\ell = 0

m_\ell = 0

m_s = \pm\tfrac12

(2 combinaciones).

c)

\text{A}^-

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

;

\text{B}^{3-}

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

.

d)

\text{BA}_3

(

\text{PF}_3

), con enlaces covalentes polares.

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

Con el número atómico se escribe la configuración siguiendo el orden de llenado (

1s\,2s\,2p\,3s\,3p\dots

). La última capa da el periodo y los electrones de valencia, el grupo: A (

Z = 9

) es el flúor y B (

Z = 15

), el fósforo.

Los números cuánticos de un electrón se leen de su orbital: el número de la capa es

n

, la letra fija

\ell

(

s = 0

p = 1

m_\ell

va de

-\ell

+\ell

m_s

puede ser

\pm\tfrac12

.

Para el ion y el compuesto, se mira cuántos electrones le faltan a cada átomo para llegar a la configuración del gas noble siguiente (el octeto). Dos no metales no se ceden electrones: los comparten.

Desarrollo

a) Configuraciones y posición.

\text{A}\ (Z = 9):\ 1s^2\,2s^2\,2p^5 \qquad \text{B}\ (Z = 15):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^3

A: la capa más externa es la $n = 2$ (periodo 2) y tiene $2 + 5 = 7$ electrones de valencia en $s^2p^5$ : grupo 17 (halógenos). Es el flúor.
B: la capa más externa es la $n = 3$ (periodo 3) con $3s^2\,3p^3$ , cinco electrones de valencia: grupo 15 (nitrogenoideos). Es el fósforo.

b) Electrón 2p.

n = 2

y, por ser un orbital p,

\ell = 1

;

m_\ell

puede valer

-1

0

+1

m_s = +\tfrac12

-\tfrac12

. Hay seis combinaciones:

(2,\,1,\,-1,\,\pm\tfrac12)\qquad (2,\,1,\,0,\,\pm\tfrac12)\qquad (2,\,1,\,+1,\,\pm\tfrac12)

Electrón 3s.

n = 3

\ell = 0

, así que

m_\ell = 0

, y

m_s = \pm\tfrac12

. Hay dos combinaciones:

(3,\,0,\,0,\,+\tfrac12)\qquad (3,\,0,\,0,\,-\tfrac12)

c) Iones más probables. Los dos son no metales del bloque p, con la capa de valencia casi llena: tienden a ganar electrones hasta completar el octeto.

A gana un electrón y forma $\text{A}^-$ (ion fluoruro), con la configuración del neón: $1s^2\,2s^2\,2p^6$ .
B gana tres electrones y forma $\text{B}^{3-}$ (ion fosfuro), con la configuración del argón: $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$ .

(En sus compuestos con elementos más electronegativos, como el flúor, el fósforo actúa con estados de oxidación positivos, +3 o +5; los criterios también aceptan razonarlo así.)

d) Fórmula del compuesto. Al fósforo (B) le faltan tres electrones para el octeto y al flúor (A), uno. Como los dos son no metales, comparten electrones: el P forma tres enlaces covalentes simples, uno con cada F, y con ellos completan el octeto los cuatro átomos. La fórmula es

\text{BA}_3

, es decir,

\text{PF}_3

. (El fósforo puede ampliar su octeto y formar también

\text{PF}_5

, pero la regla del octeto lleva a

\text{PF}_3

.)

Tipo de enlace. Entre dos no metales el enlace es covalente. Como el flúor es mucho más electronegativo que el fósforo, los pares compartidos están desplazados hacia el F: son enlaces covalentes polares.

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

Consejo

En a) los criterios dan más por la posición (0,15) que por la configuración (0,10): no te quedes en escribirla, di el periodo y el grupo con su número, que es lo que pide el apartado.

En b) piden todos los valores posibles: no basta con una combinación. Enumera las seis del 2p y las dos del 3s, o al menos di claramente todos los valores de $m_\ell$ y de $m_s$ .