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Números cuánticos y configuraciones electrónicas
Teoría
2024 · Ordinaria · Suplente
B1
Examen
BLOQUE B (Cuestiones)
a) Justifique si son posibles las siguientes combinaciones de números cuánticos: (2,0,3,1/2)(2, 0, 3, -1/2); (3,1,1,1/2)(3, 1, -1, -1/2).b) Dados los elementos X e Y, cuyos valores de ZZ son 20 y 25, respectivamente, identifíquelos basándose en sus configuraciones electrónicas.c) Razone si X tendrá mayor o menor radio atómico que Y.
Estructura atómicaNúmeros cuánticosRadio atómico
a) Los números cuánticos nn, ll, mlm_l y msm_s describen el estado de un electrón en un átomo. El número cuántico principal nn define el nivel de energía y el tamaño del orbital, tomando valores enteros positivos (1,2,3,...1, 2, 3, ...). El número cuántico de momento angular ll define la forma del orbital, y sus valores posibles están en el rango de 00 a n1n-1. Para l=0l=0 tenemos orbitales ss, para l=1l=1 orbitales pp, para l=2l=2 orbitales dd y para l=3l=3 orbitales ff. El número cuántico magnético mlm_l define la orientación del orbital en el espacio, con valores posibles de l-l a +l+l, incluyendo el 00. Finalmente, el número cuántico de espín msm_s describe el sentido de giro del electrón y solo puede tomar los valores +1/2+1/2 o 1/2-1/2.

Analizando la primera combinación (2,0,3,1/2)(2, 0, 3, -1/2):El valor de n=2n=2 es posible. El valor de l=0l=0 es posible, ya que ll debe ser menor o igual que n1n-1, es decir, 021010 \le 2-1 \Rightarrow 0 \le 1. Sin embargo, para l=0l=0, el valor de mlm_l solo puede ser 00. El valor ml=3m_l=3 no es posible. El valor de ms=1/2m_s=-1/2 es posible. Por lo tanto, la combinación (2,0,3,1/2)(2, 0, 3, -1/2) no es posible.Analizando la segunda combinación (3,1,1,1/2)(3, 1, -1, -1/2):El valor de n=3n=3 es posible. El valor de l=1l=1 es posible, ya que ll debe ser menor o igual que n1n-1, es decir, 131121 \le 3-1 \Rightarrow 1 \le 2. Para l=1l=1, los valores posibles de mlm_l son 1,0,+1-1, 0, +1. El valor ml=1m_l=-1 es posible. El valor de ms=1/2m_s=-1/2 es posible. Por lo tanto, la combinación (3,1,1,1/2)(3, 1, -1, -1/2) sí es posible.

b) Para el elemento X con Z=20Z=20 (Calcio, Ca\ce{Ca}), su configuración electrónica es 1s22s22p63s23p64s21s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2. Para el elemento Y con Z=25Z=25 (Manganeso, Mn\ce{Mn}), su configuración electrónica es 1s22s22p63s23p63d54s21s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^5 4s^2.c) El elemento X (Ca\ce{Ca}, Z=20Z=20) tiene una configuración electrónica [Ar]4s2[Ar]4s^2. El elemento Y (Mn\ce{Mn}, Z=25Z=25) tiene una configuración electrónica [Ar]3d54s2[Ar]3d^5 4s^2. Ambos elementos pertenecen al mismo periodo (periodo 4) porque su nivel de energía más alto ocupado por electrones de valencia es n=4n=4.

Al comparar elementos en el mismo periodo de la tabla periódica, el radio atómico tiende a disminuir de izquierda a derecha. A medida que se avanza en un periodo, la carga nuclear (ZZ) aumenta (Z=20Z=20 para X y Z=25Z=25 para Y). Aunque el número de electrones de apantallamiento (SS) también aumenta ligeramente por los electrones 3d3d, el aumento de la carga nuclear es más significativo, lo que conlleva un incremento de la carga nuclear efectiva (ZefZ_{ef}) experimentada por los electrones de valencia. Esta mayor atracción entre el núcleo y los electrones de la capa más externa provoca una contracción de la nube electrónica, reduciendo así el radio atómico.Por lo tanto, el elemento X (Ca\ce{Ca}) tendrá un radio atómico mayor que el elemento Y (Mn\ce{Mn}).