T1: Estructura atómica · Configuración electrónica y números cuánticos

Configuración electrónica y números cuánticos

Teoría

2017 · Ordinaria · Reserva

Dados los elementos A (Z=19) y B (Z=36):

a) Escriba las configuraciones electrónicas de los átomos en estado fundamental indicando justificadamente el grupo y periodo al que pertenecen en el sistema periódico.b) Justifique si los siguientes números cuánticos podrían corresponder al electrón diferenciador de alguno de ellos, indicando a cuál:

(5, 1, -1, +\frac{1}{2})

(4, 0, 0, -\frac{1}{2})

(4, 1, 3, +\frac{1}{2})

.c) Justifique cuál de los dos elementos presenta menos reactividad química.

números cuánticostabla periódica

a) Las configuraciones electrónicas son:

\text{A (Z=19): } 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1

El último electrón o electrón diferenciador de $\ce{A}$ se encuentra en el orbital $4s$ . Por lo tanto, el elemento $\ce{A}$ pertenece al Periodo 4. Al ser un electrón $s^1$ , el elemento pertenece al Grupo 1 (metales alcalinos).

\text{B (Z=36): } 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6

El último electrón o electrón diferenciador de $\ce{B}$ se encuentra en el orbital $4p$ . Por lo tanto, el elemento $\ce{B}$ pertenece al Periodo 4. Al tener completa la capa $p$ ( $p^6$ ), el elemento pertenece al Grupo 18 (gases nobles).

b) Los números cuánticos son un conjunto de cuatro valores que describen de forma única el estado energético de un electrón en un átomo. Son

n

(número cuántico principal, que indica el nivel de energía y el tamaño del orbital, con valores

1, 2, 3, ...

l

(número cuántico secundario o azimutal, que indica la forma del orbital, con valores

0, 1, ..., n-1

, donde

0

corresponde a orbitales

s

1

p

2

d

3

f

m_l

(número cuántico magnético, que indica la orientación del orbital en el espacio, con valores enteros desde

-l

hasta

+l

) y

m_s

(número cuántico de espín, que indica el sentido de giro del electrón, con valores

+rac{1}{2}

-rac{1}{2}

Analizando cada conjunto de números cuánticos:* $(5, 1, -1, +rac{1}{2})$ : Aquí, $n=5$ y $l=1$ , lo que corresponde a un orbital $5p$ . El electrón diferenciador del elemento $\ce{A}$ se encuentra en el orbital $4s$ , y el del elemento $\ce{B}$ se encuentra en el orbital $4p$ . Por lo tanto, este conjunto de números cuánticos no podría corresponder al electrón diferenciador de ninguno de los dos elementos.* $(4, 0, 0, -rac{1}{2})$ : Aquí, $n=4$ y $l=0$ , lo que corresponde a un orbital $4s$ . Para $l=0$ , el valor de $m_l$ solo puede ser $0$ , lo cual es consistente. El electrón diferenciador del elemento $\ce{A}$ es el $4s^1$ . Este conjunto de números cuánticos podría corresponder al electrón diferenciador del elemento $\ce{A}$ (Z=19).* $(4, 1, 3, +rac{1}{2})$ : Aquí, $n=4$ y $l=1$ , lo que corresponde a un orbital $4p$ . Para $l=1$ , los valores permitidos para $m_l$ son $-1, 0, +1$ . El valor de $m_l=3$ no es posible para $l=1$ . Por lo tanto, este conjunto de números cuánticos no es válido.

c) El elemento

\ce{B}

(Z=36) presenta menos reactividad química. Su configuración electrónica termina en

4s^2 3d^{10} 4p^6

, lo que indica que tiene la última capa completamente llena con ocho electrones de valencia. Esta configuración corresponde a la de un gas noble (kriptón), que es una configuración muy estable. La alta estabilidad de su capa de valencia hace que el elemento

\ce{B}

tenga una gran dificultad para perder o ganar electrones, resultando en una baja reactividad química. Por otro lado, el elemento

\ce{A}

(Z=19) tiene una configuración electrónica que termina en

4s^1

, con un solo electrón de valencia. Los elementos con esta configuración tienden a perder fácilmente este electrón para alcanzar la configuración de gas noble precedente, lo que los hace muy reactivos (metales alcalinos).