Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2023

1. Considere el elemento con Z = 35, y un anión mononegativo de dicho elemento.

a) Indique el nombre y símbolo atómico del elemento. (0,25 p)
b) Indique el número de protones, neutrones y electrones del anión mononegativo, sabiendo que el isótopo más abundante de este elemento tiene una masa de 80 u. (0,30 p)
c) Escriba la configuración electrónica del anión. (0,50 p)
d) ¿Qué elemento de la Tabla Periódica es isoelectrónico con dicho anión? (0,25 p)
e) Razone cómo será el radio del anión, comparado con el del elemento (mayor, menor o igual). (0,25 p)
f) Explique si los siguientes conjuntos de números cuánticos pueden corresponder a un electrón de un átomo del elemento, en su estado fundamental: i) (4, 3, 2, +½); ii) (3, 2, 0, +½); iii) (3, 0, 1, +½) (0,45 p)

$\textbf{a) Indique el nombre y símbolo atómico del elemento. (0{,}25 p)}$

Con $Z = 35$ se trata del $\textbf{bromo}$, Br, un halógeno del cuarto periodo.

$\textbf{b) Indique el número de protones, neutrones y electrones del anión mononegativo. (0{,}30 p)}$

El número atómico da los protones, y no cambia al formarse el ion:

$\text{protones} = Z = 35$

Los neutrones salen de la diferencia entre número másico y número atómico:

$\text{neutrones} = A - Z = 80 - 35 = 45$

Y los electrones son los del átomo neutro más el que ha ganado:

$\text{electrones} = 35 + 1 = 36$

$\textbf{c) Escriba la configuración electrónica del anión. (0{,}50 p)}$

Se reparten los 36 electrones por orden creciente de energía:

$\mathrm{Br^-}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6$

Abreviadamente, $\mathrm{[Ar]}\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6$. Al bromo neutro le faltaba un electrón para completar la subcapa $4p$, y al ganarlo la cierra.

$\textbf{d) ¿Qué elemento de la Tabla Periódica es isoelectrónico con dicho anión? (0{,}25 p)}$

Hace falta un elemento neutro con 36 electrones, es decir, con $Z = 36$: el $\textbf{kriptón}$. Es precisamente el gas noble que sigue al bromo, y a cuya configuración tiende este al ganar un electrón.

$\textbf{e) Razone cómo será el radio del anión, comparado con el del elemento. (0{,}25 p)}$

El anión tiene el mismo núcleo, con 35 protones, pero un electrón más en la corteza. Esa carga nuclear tiene que repartirse entre más electrones, de modo que la carga nuclear efectiva sobre cada uno disminuye y aumenta la repulsión entre ellos.

La nube electrónica se expande: el radio del $\mathrm{Br^-}$ es $\textbf{mayor}$ que el del Br. Como regla general, todo anión es mayor que su átomo neutro y todo catión, menor.

$\textbf{f) Explique si los siguientes conjuntos de números cuánticos pueden corresponder a un electrón de un átomo del elemento, en su estado fundamental. (0{,}45 p)}$

La configuración del bromo en su estado fundamental es $\mathrm{[Ar]}\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$, y hay que comprobar dos cosas: que el conjunto sea posible en sí mismo y que ese orbital esté ocupado.

$\textbf{i) }(4, 3, 2, +\tfrac{1}{2})$: los valores son compatibles entre sí, porque con $n = 4$ se admite $l = 3$ y con $l = 3$, $m = 2$. Pero corresponde a un orbital $4f$, y en el bromo los $4f$ están vacíos. $\textbf{No}$ corresponde a ningún electrón suyo en el estado fundamental.

$\textbf{ii) }(3, 2, 0, +\tfrac{1}{2})$: es un orbital $3d$, y el bromo tiene la subcapa $3d^{10}$ completa. $\textbf{Sí}$ es posible.

$\textbf{iii) }(3, 0, 1, +\tfrac{1}{2})$: con $l = 0$ el número magnético solo puede valer 0, así que el conjunto es imposible para cualquier electrón de cualquier átomo.