Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2024

Un elemento tiene la configuración electrónica $1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}5s^1$. Indique si las afirmaciones que se dan a continuación son o no correctas. Razone la respuesta.

a) Su número atómico es 19. [0,50 puntos]

b) El átomo se encuentra en su estado fundamental. [0,50 puntos]

c) El elemento pertenece a los metales alcalinos. [0,50 puntos]

d) El elemento pertenece al quinto periodo del Sistema Periódico. [0,50 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Su}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{19.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Correcta. El número atómico es el número de protones y, en un átomo neutro, coincide con el de electrones. Basta sumar los superíndices de la configuración:

$Z=2+2+6+2+6+1=19$

El elemento es el potasio.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{El}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{encuentra}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Incorrecta. En el estado fundamental los electrones ocupan los orbitales de menor energía disponibles, siguiendo el principio de construcción. Después del $3p$ el orbital que sigue en energía no es el $5s$, sino el $4s$, porque la regla de Madelung ordena los orbitales por el valor de $n+l$:

$4s:n+l=4+0=45s:n+l=5+0=5$

La configuración del estado fundamental del potasio es, por tanto:

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}4s^1$

La que da el enunciado tiene ese último electrón promocionado al $5s$, es decir, corresponde a un $\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{excitado}}$. No es una configuración prohibida —no viola el principio de exclusión ni la regla de Hund—, simplemente no es la de mínima energía.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{pertenece}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{metales}}\mathbf{\text{alcalinos.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Correcta. El grupo lo fija la configuración de la capa de valencia del estado fundamental, que aquí es $4s^1$: un único electrón en un orbital $s$. Esa es la característica del grupo 1, el de los metales alcalinos.

Ese electrón solitario está muy apantallado por el resto y se pierde con facilidad, lo que explica que el potasio sea un metal muy reactivo que forma siempre el catión ${\mathrm{K}}^{+}$.

$\mathbf{\text{d)}}\mathbf{\text{El}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{pertenece}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{quinto}}\mathbf{\text{periodo}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{Sistema}}\mathbf{\text{Peri}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{dico.}}\mathbf{\text{[0,50}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Incorrecta. El periodo lo da el mayor valor de $n$ ocupado $\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental}}$, no en un estado excitado cualquiera. Como el estado fundamental termina en $4s^1$, el potasio está en el $\mathbf{\text{cuarto}}\mathbf{\text{periodo}}$.

Es justamente la trampa del ejercicio: leer el 5 del $5s^1$ y concluir que el elemento está en el quinto periodo. La configuración del enunciado no es la fundamental, así que ese 5 no informa de la posición del elemento en la tabla.