Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2022

Conteste las siguientes cuestiones relativas a un átomo con $Z = 17$ y $A = 35$.

a) Indique el número de protones, neutrones y electrones. [0,5 puntos]

b) Escriba su configuración electrónica e indique el número de electrones desapareados en su estado fundamental. [0,5 puntos]

c) Indique una posible combinación de números cuánticos que pueda tener el electrón diferenciador de este átomo. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Indique el número de protones, neutrones y electrones. [0,5 puntos]}$

El número atómico es el de protones y, en un átomo neutro, también el de electrones. Los neutrones salen de restar al número másico:

$\text{protones} = Z = 17 \qquad \text{electrones} = 17$

$\text{neutrones} = A - Z = 35 - 17 = 18$

Con $Z = 17$ el elemento es el cloro, y este isótopo concreto es el $^{35}\mathrm{Cl}$, el más abundante en la naturaleza.

$\textbf{b) Escriba su configuración electrónica e indique el número de electrones desapareados en su estado fundamental. [0,5 puntos]}$

Los diecisiete electrones se colocan por orden creciente de energía:

$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5$

Los desapareados hay que buscarlos en el último subnivel, el $3p$, que tiene tres orbitales y cinco electrones. Por la regla de Hund se reparten primero uno en cada orbital y luego se emparejan:

$3p_x^2 \quad 3p_y^2 \quad 3p_z^1$

Queda un solo electrón desapareado. Es coherente con que el cloro forme un enlace covalente simple y gane un electrón para dar $\mathrm{Cl^-}$.

$\textbf{c) Indique una posible combinación de números cuánticos que pueda tener el electrón diferenciador de este átomo. [0,5 puntos]}$

El electrón diferenciador es el último que se coloca, y aquí ocupa el subnivel $3p$. Eso fija los dos primeros números cuánticos:

$n = 3 \qquad l = 1$

Con $l = 1$ el número magnético puede valer $-1, 0$ o $+1$, y como el $3p$ tiene cinco electrones, ese último va emparejado y le corresponde el espín opuesto:

$\left(3,\ 1,\ 0,\ -\tfrac{1}{2}\right)$

Valdría igual con $m_l = -1$ o $m_l = +1$: lo único que no se puede cambiar es el $-\tfrac{1}{2}$ del espín, porque el orbital que ocupa ya tenía un electrón.