Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2021

Conteste las siguientes cuestiones relativas a un átomo con $Z = 7$ y $A = 14$.

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) Razone cuál es el número máximo de electrones para los que $n = 2$, $l = 0$ y $m = 0$. [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:

$\text{protones} = Z = 7 \qquad \text{electrones} = 7$

$\text{neutrones} = A - Z = 14 - 7 = 7$

Con $Z = 7$ el elemento es el nitrógeno, y este isótopo es el $^{14}\mathrm{N}$, el que forma casi todo el aire que respiramos.

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

Los siete electrones se colocan por orden creciente de energía:

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

El subnivel $2p$ tiene tres orbitales y aquí hay tres electrones. Por la regla de Hund se reparten uno en cada orbital, con espines paralelos, antes de emparejarse:

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

Quedan tres electrones desapareados. Es coherente con que el nitrógeno forme tres enlaces covalentes, como en el amoníaco.

$\textbf{c) Razone cuál es el número máximo de electrones para los que n = 2, l = 0 y m = 0. [0,5 puntos]}$

Los tres números dados describen un orbital concreto: con $n = 2$ y $l = 0$ se trata de un orbital $s$ de la segunda capa, y con $l = 0$ el único valor posible de $m$ es 0, así que solo hay uno.

Fijados $n$, $l$ y $m$, lo único que queda libre es el espín, que admite dos valores:

$m_s = +\tfrac{1}{2} \qquad m_s = -\tfrac{1}{2}$

Por el principio de exclusión de Pauli dos electrones no pueden tener los cuatro números iguales, de modo que en ese orbital caben exactamente dos electrones, y nunca más. Es el orbital $2s$, que en el nitrógeno está lleno.