Para el conjunto de números cuánticos que aparecen en los siguientes apartados, explica si pueden corresponder a un orbital atómico y, en los casos afirmativos, indica de qué orbital se trata:

a) n=5, l=2, m=2
b) n=1, l=0, m=-1/2
c) n=2, l=-1, m=1
d) n=3, l=1, m=0

Solución:

Los números cuánticos son aquellos que introducidos en la ecuación de onda s Schrodinger nos permiten obtener soluciones de esta. Estos números cuánticos no pueden tomar cualquier valor:
n: números naturales a partir de 1
l: números naturales desde 0 hasta n-1
m: números enteros entre -l y l
s: 1/2 y -1/2

a) Todos los valores están dentrro de las restricciones anteriores. Sería un orbital 5d ( l=2 )

b) No es un orbital posible puesto que l no es un número entero

c) No es un orbital posible puesto que l toma un valor negativo

d) Todos los valores están dentro de las restricciones. Sería un orbital 3p (l=1)

Sean los siguientes elementos: A:z=20, B:z=16, C:z=35; D:z=38; E:z=18 y F: z=19
Contesta a las siguientes cuestiones:
a) Escribe la configuración electrónica de cada uno de ellos
b) Determina el grupo y el periodo al que pertenecen
c) Justifica el ion que tenderán a formar
d) Ordena según radio atómico
e) Ordena según electronegatividad
f) Determina si tiene carácter metálico o no metálico
g) Describe el enlace que formarán los siguientes pares de compuestos, ordenándolos según su carácter polar y dibujando, para los que sea posible, su estructura de Lewis.

1. B y C
2. A y B
3. C y C
4. A y E

h) ¿Cuáles de los compuestos del apartado anterior serán solubles en agua?¿Cuáles conducirán la corriente eléctrica?

Los números atómicos de los elementos A, B y C son respectivamente Z, Z+1 y Z+3.
Se sabe que B es el gas noble del tercer periodo. Responde razonadamente:
a) En condiciones estándar, ¿cuál es el estado natural de A?
b) ¿En qué grupos de la tabla periódica se encuentran los elementos A y C?
c) Indica la estructura de Lewis, fórmula y tipo de enlace del compuesto que podrían formar A y C
d) Determina cuáles son los iones más estables que tenderán a formar los 3 elementos

Solución

El gas noble del tercer periodo será Argon, cuyo número atómico es 18.
Por lo tanto A será Z=17, que es el Cloro y C será Z=20, que es el Calcio
a) El cloro, en condiciones estándar, es decir a 1atm de presión y 25ºC será un gas diatómico, como todos los halógenos

b) La configuración electrónica de A es 3p⁵, luego estará en el grupo 17
La configuración electrónica de C es 4s², luego estará en el grupo 2

c) Los elementos buscan la situación más estable posible, es deicr de menor energía posible. Para ello intentan parecerse al gas noble más cercano, ganando o perdiendo electrones.
A: 3p⁵ → tratará de ganar un electrón para parecerse al gas noble más cercano A^-
C: 4s² → tratará de perder un electrón para parecerse al gas noble más cercano C²⁺
Puesto que tenemos un elemento que gana y otro que pierde electrones, se formará un enlace iónico
El compuesto deberá ser neutro, por lo que necesitaré dos átomos de A para compensar las 2+ de C → C₂A.
Puesto que se trata de un compuesto iónico, se pueden utilizar estructuras de Lewis para representarlo. La fórmula no representa una molécula sino la proporción en la que aparecen los iones en la red cristalina.

d) Los elementos forman iones para parecerse al gas noble más cercano y así adquirir una configuración más estable. Así:
A: 3p⁵ → A^-
B: es un gas noble, ya es estable. No forma iones
C: 4s² → C²⁺

El ordenamiento de los electrones en un átomo sigue tres reglas. Determina cuáles de las siguientes configuraciones electrónicas de átomos en estado fundamental cumplen las 3 reglas y justifícalo. En caso de que no cumplan alguna, di cuál.
a) 1s² 2s² 2p⁷
b) 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³ 4s²
c) 1s² 2s¹
d) 1s² 2s² 3p²
e) 1s² 2s² 2p³

Solución

Las reglas de construcción electrónica son:

• Principio de mínima energía: los electrones ocupan primero las posiciones de menor energía.
• Principio de exclusión de Pauli: no hay dos electrones en el mismo átomo que tengan sus 4 números cuánticos iguales.
• Principio de máxima multiplicidad: los electrones se colocarán los más separados posible y siempre que se pueda estarán desapareados.

a) Incumple Pauli: en un orbital p sólo caben 6 electrones y en éste hay 7.
b) Incumple el principio de mínima energía: el orbital 3p tiene menos energía que el 4s, de modo que se debería completar el 3p antes de llenarse el 4s. No puede ser la configuración de un átomo en estado fundamental.
c) OK
d) Incumple el principio de mínima energía: Antes de llenarse el 3p debería llenarse el 2p y el 3s.
e) OK

Dados los elementos A, B, C y D cuyo número atómico es, respectivamente, 12, 15, 19, 35, 36:
a) Escribe la configuración electrónica de cada uno de ellos
b) Determina el periodo, grupo, columna y familia a los que pertenecen
c) Determina el ion más estable que tenderán a formar
d) Determina su carácter metálico o no metálico
e) Ordénalos en orden decreciente de electronegatividad, radio atómico y energía de ionización

Solución

Para conocer la configuración electrónica de los elementos que nos permitirá contestar a todo lo demás, debemos utilizar el diagrama de Möeller:

1s²
2s² 2p⁶
3s² 3p⁶ 3d¹⁰
4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴
5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 5f¹⁴
…

e) El valor de la electronegatividad, radio atómico y energía de ionización depende de la posición que los elementos ocupan en el sistema periódico.

• La electronegatividad es la tendencia que tiene un átomo a atraer hacia sí el par de electrones compartido en un enlace covalente. Crece hacia la derecha en un periodo y hacia arriba en un grupo, siendo este el orden en el que hay que mirarlo. Cabe decir que no es posible hablar de electronegatividad en el caso de los gases nobles, puesto que estos no dan lugar a enlaces.
• La energía de ionización es la energía que hay que suministrarle a un átomo gaseoso y aislado de un elemento para arrancarle el electrón más externo. Crece hacia la derecha en un periodo y hacia arriba en un grupo, siendo este el orden en el que hay que mirarlo.
• El radio atómico es la distancia que hay entre el centro del núcleo atómico y el electrón más externo del átomo. Crece hacia abajo en un grupo y hacia la izquierda en un periodo, siendo este el orden en el que hay que mirarlo.

Atendiendo a esto, el orden sería

Enuncia las reglas que determinan la configuración electrónica de un átomo y determina si se verifican o no en las siguientes situaciones que corresponden a átomos neutros en su estado fundamental.

Solución

• Regla de mínima energía.- Los electrones llenan primero los orbitales de menor energía
• Principio de exclusión de Pauli.- No puede haber 2 electrones con los 4 números cuánticos iguales dentro del mismo átomo.
• Principio de máxima multiplicidad o de Hund.- Los electrones se colocan desapareados siempre que sea posible.

Si son átomos neutros en su estado fundamental quiere decir que los electrones ocupan las posiciones de menor energía: