T1: Estructura atómica · Configuración electrónica y números cuánticos

T1: Estructura atómica

Configuración electrónica y números cuánticos

Teoría

2024 · Ordinaria · Reserva

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

a) Escriba las configuraciones electrónicas de los átomos en estado fundamental indicando el grupo y período 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, +1/2)

;

(4, 0, 0, -1/2)

(4, 1, 3, +1/2)

.c) Justifique cuál de los dos elementos tiene mayor tendencia a formar iones.

configuración electrónicanúmeros cuánticos

a) Para determinar la posición en la tabla periódica, realizamos las configuraciones electrónicas de ambos elementos en estado fundamental siguiendo el principio de Aufbau, el principio de exclusión de Pauli y la regla de máxima multiplicidad de Hund.

Elemento A ( $Z = 19$ ): Su configuración electrónica es:

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1

Al ser $n = 4$ el nivel de energía más alto ocupado, el elemento pertenece al periodo 4. Al terminar en un orbital $s$ con un solo electrón ( $s^1$ ), pertenece al grupo 1 (metales alcalinos).Elemento B ( $Z = 36$ ): Su configuración electrónica es:

1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6

Su nivel de energía más externo es $n = 4$ , por lo que pertenece al periodo 4. Al presentar una configuración de capa de valencia completa $ns^2 np^6$ , pertenece al grupo 18 (gases nobles).

b) El electrón diferenciador es el último electrón que se incorpora a la configuración de un átomo siguiendo el orden energético de Aufbau.

El conjunto $(5, 1, -1, +1/2)$ indica un electrón en el subnivel $5p$ ( $n = 5, l = 1$ ). Ni el elemento A ni el B tienen electrones en el nivel $n = 5$ en su estado fundamental, por lo que no corresponde a ninguno de ellos.El conjunto $(4, 0, 0, -1/2)$ indica un electrón en el subnivel $4s$ ( $n = 4, l = 0$ ). Este conjunto es válido y corresponde al electrón diferenciador del elemento A ( $Z = 19$ ), que ocupa el orbital $4s$ .El conjunto $(4, 1, 3, +1/2)$ es físicamente imposible. El número cuántico magnético $m_l$ está restringido por el valor del número cuántico secundario $l$ , tomando valores enteros en el intervalo $[-l, +l]$ . Si $l = 1$ (orbital $p$ ), $m_l$ solo puede tomar los valores $-1, 0, +1$ . El valor $m_l = 3$ no está permitido.

c) El elemento A tiene una tendencia mucho mayor a formar iones que el elemento B.

En el elemento A ( $Z = 19$ ), el electrón de valencia $4s^1$ experimenta una carga nuclear efectiva ( $Z_{ef}$ ) baja debido al fuerte apantallamiento ( $S$ ) ejercido por los 18 electrones de las capas internas. Al estar en un nivel de energía superior ( $n = 4$ ), la fuerza de atracción del núcleo es débil, lo que resulta en una baja energía de ionización. Esto favorece la pérdida de dicho electrón para formar el catión $\ce{A+}$ , adquiriendo la configuración de gas noble estable.Por el contrario, el elemento B ( $Z = 36$ ) posee una configuración de capa cerrada ( $4s^2 4p^6$ ). Los electrones en este nivel experimentan una $Z_{ef}$ mucho mayor que en el caso anterior, lo que unido a la gran estabilidad de los subniveles llenos, conlleva una energía de ionización sumamente elevada y una afinidad electrónica nula o positiva. Por tanto, el elemento B es químicamente inerte y no tiene tendencia a formar iones.