Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2022

1. Considere las siguientes configuraciones electrónicas, en las que seis electrones se reparten entre los dos primeros niveles electrónicos: a) $1{\mathrm{s}}^{1}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^3$ ; b) $1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{3}2{\mathrm{p}}^1$ ; c) $1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^2$ ; d) $1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{1}2{\mathrm{p}}^3$

I) Explique brevemente si corresponden a un átomo en estado fundamental, en estado excitado, o si no son posibles. (0,8 p)
II) Considerando que estas configuraciones (las posibles) corresponden a un átomo neutro, indique el nombre y el símbolo atómico del elemento de que se trata. (0,3 p)
III) Si un átomo de dicho elemento pasa de la configuración a) a la c), ¿emitirá o absorberá energía? Justifique brevemente su respuesta. (0,4 p)
IV) Explique brevemente cuántos electrones desapareados habrá en la configuración c). (0,5 p)

$\mathbf{\text{I)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{corresponden}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{un}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental,}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{excitado,}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{posibles.}}\mathbf{\text{(0,8}}\mathbf{\text{p)}}$

Hay que comprobar dos cosas en cada caso: que ninguna subcapa exceda su capacidad máxima y que los niveles se llenen por orden creciente de energía.

$\mathbf{\text{a)}}1s^{1}2s^{2}2p^3$: ninguna subcapa está sobrecargada, pero el orbital $1s$, que es el de menor energía, ha quedado a medio llenar mientras hay electrones en el nivel 2. Corresponde a un $\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{excitado}}$.

$\mathbf{\text{b)}}1s^{2}2s^{3}2p^1$: $\mathbf{\text{no}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{posible}}$. La subcapa $s$ consta de un solo orbital y admite como máximo dos electrones; tres violarían el principio de exclusión de Pauli.

$\mathbf{\text{c)}}1s^{2}2s^{2}2p^2$: los electrones ocupan los orbitales de menor energía disponibles y ninguna subcapa está sobrecargada. Es el $\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental}}$.

$\mathbf{\text{d)}}1s^{2}2s^{1}2p^3$: es posible, pero un electrón del $2s$ ha saltado al $2p$, de mayor energía, dejando el $2s$ incompleto. Corresponde a un $\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{excitado}}$.

$\mathbf{\text{II)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{nombre}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{s}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{mbolo}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{trata.}}\mathbf{\text{(0,3}}\mathbf{\text{p)}}$

En un átomo neutro el número de electrones coincide con el número atómico, y todas las configuraciones posibles reparten seis electrones:

$Z=6\Rightarrow \mathbf{\text{carbono,}}\mathbf{\text{C}}$

$\mathbf{\text{III)}}\mathbf{\text{Si}}\mathbf{\text{un}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{dicho}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{pasa}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c),}}\mathbf{\text{¿emitir}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{absorber}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{energ}}\acute{\mathbf{\text{ı}}}\mathbf{\text{a?}}\mathbf{\text{(0,4}}\mathbf{\text{p)}}$

La configuración a) es un estado excitado y la c) es el estado fundamental, que por definición es el de menor energía posible.

Al pasar de a) a c) el átomo baja de energía, y esa diferencia la $\mathbf{\text{emite}}$ en forma de radiación electromagnética, con una frecuencia dada por:

$\mathrm{\Delta }E=h\nu$

Es precisamente el mecanismo que produce las rayas de los espectros atómicos de emisión.

$\mathbf{\text{IV)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{brevemente}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{ntos}}\mathbf{\text{electrones}}\mathbf{\text{desapareados}}\mathbf{\text{habr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{c).}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{p)}}$

En la configuración $1s^{2}2s^{2}2p^2$, los dos electrones del $1s$ y los dos del $2s$ están apareados, porque comparten orbital con espines opuestos.

Quedan los dos del $2p$, y ahí interviene la regla de Hund: como la subcapa $p$ tiene tres orbitales de la misma energía, los electrones los ocupan de uno en uno y con espines paralelos antes de emparejarse.

$2\text{ electrones desapareados}$