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) $\mathrm{1s^12s^22p^3}$ ; b) $\mathrm{1s^22s^32p^1}$ ; c) $\mathrm{1s^22s^22p^2}$ ; d) $\mathrm{1s^22s^12p^3}$

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)

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

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.

$\textbf{a) }1s^1\,2s^2\,2p^3$: 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 $\textbf{estado excitado}$.

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

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

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

$\textbf{II) Indique el nombre y el símbolo atómico del elemento de que se trata. (0{,}3 p)}$

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

$Z = 6 \quad \Rightarrow \quad \textbf{carbono, C}$

$\textbf{III) Si un átomo de dicho elemento pasa de la configuración a) a la c), ¿emitirá o absorberá energía? (0{,}4 p)}$

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 $\textbf{emite}$ en forma de radiación electromagnética, con una frecuencia dada por:

$\Delta E = h\,\nu$

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

$\textbf{IV) Explique brevemente cuántos electrones desapareados habrá en la configuración c). (0{,}5 p)}$

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.

$2 \text{ electrones desapareados}$