Estructura atómica y números cuánticos

a) Configuraciones electrónicas y números cuánticos.(En el átomo neutro, el número de protones coincide con el de electrones: $10 + 1 = 11$, $10 + 5 = 15$ y $10 + 7 = 17$.)

El último electrón de valencia de X está en el orbital $3s$:

• $n = 3$ (tercera capa),
• $l = 0$ (orbital $s$),
• $m_l = 0$ (el único valor posible si $l = 0$),
• $m_s = +\tfrac{1}{2}$ (o $-\tfrac{1}{2}$; es el único electrón del orbital).

$$(n, l, m_l, m_s) = \left(3, 0, 0, +\tfrac{1}{2}\right)$$b) Molécula $\text{YZ}_3 = \text{PCl}_3$.

Estructura de Lewis. Electrones de valencia: $5 + 3\cdot 7 = 26$ (13 pares). El fósforo, menos electronegativo, es el átomo central y forma tres enlaces sencillos P–Cl (3 pares); cada cloro completa su octeto con 3 pares libres (9 pares) y queda un par libre sobre el fósforo (1 par). Todos los átomos cumplen el octeto:$$\begin{array}{ccccc} & & :\!\overset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}\!: & & \\ & & | & & \\ :\!\overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}} & - & \underset{\cdot\cdot}{\text{P}} & - & \overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}\!: \end{array}$$Geometría (TRPECV). El fósforo tiene 4 pares de electrones a su alrededor (3 enlazantes y 1 libre), tipo $\text{AB}_3\text{E}$: los pares se orientan hacia los vértices de un tetraedro, pero la geometría molecular, que solo describe la posición de los átomos, es pirámide trigonal, con el P en el vértice. El par libre repele más que los enlazantes y cierra los ángulos Cl–P–Cl por debajo de 109,5° (unos 100°).

Polaridad. Cada enlace P–Cl es polar, porque el cloro es más electronegativo que el fósforo. En una pirámide trigonal los tres momentos dipolares no se anulan (no hay simetría que los compense, y además está el par libre), así que el momento dipolar total es distinto de cero: la molécula es polar.

(La comparación con el $\text{BCl}_3$, triangular plano y apolar, muestra el efecto del par libre.)