Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · Aragón · 2023

a) El elemento químico A se localiza en la tabla periódica en el grupo 16 y en el periodo 4.

i) Escriba su configuración electrónica en su estado fundamental. ¿Cuál es su número atómico? (0,5 puntos)

ii) Justifique si el elemento A tenderá a formar cationes o aniones. ¿Cuál de los dos, el elemento A o su ion, tendrá mayor radio atómico? Razone la respuesta. (0,5 puntos)

b) Indique si son posibles para un electrón de un átomo los siguientes grupos de números cuánticos $(n,l,m_l,m_s)$, y en los que sean posibles identifique el orbital al que pertenecen: (1 punto)

i) $(3,3,-3,-1\mathrm{/}2)$

ii) $(4,3,0,+1\mathrm{/}2)$

iii) $(3,2,-2,+1\mathrm{/}2)$

iv) $(2,0,-1,-1\mathrm{/}2)$

v) $(0,0,0,+1\mathrm{/}2)$

$\mathbf{\text{a.i)}}\mathbf{\text{Escriba}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{configuraci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{nica}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{estado}}\mathbf{\text{fundamental.}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{mero}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

La posición en la tabla determina la configuración: el periodo da el nivel de valencia y el grupo, el reparto de los electrones en él. Al pertenecer al grupo 16 la capa externa es $n{s}^{2}n{p}^4$, y al estar en el periodo 4 se tiene $n=4$.

$1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}4s^{2}4p^4$

El número atómico coincide con el número de electrones de un átomo neutro, así que basta sumarlos:

$Z=2+2+6+2+6+10+2+4=34$

Se trata del selenio.

$\mathbf{\text{a.ii)}}\mathbf{\text{Justifique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{tender}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{a}}\mathbf{\text{formar}}\mathbf{\text{cationes}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{aniones.}}\mathbf{\text{¿Cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{dos,}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{elemento}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{ion,}}\mathbf{\text{tendr}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{mayor}}\mathbf{\text{radio}}\mathbf{\text{at}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mico?}}\mathbf{\text{(0,5}}\mathbf{\text{puntos)}}$

Con seis electrones de valencia, le faltan solo dos para completar el octeto y alcanzar la configuración de gas noble $n{s}^{2}n{p}^6$. Ganar dos electrones le resulta mucho más económico que perder seis, así que tenderá a formar el anión ${\mathrm{A}}^{2-}$.

El ion es mayor que el átomo neutro. Al captar los dos electrones la carga nuclear no cambia, pero hay dos cargas negativas más que repartir: la carga nuclear efectiva sobre cada electrón disminuye, aumenta la repulsión entre ellos y la nube electrónica se expande. Todo anión es siempre mayor que su átomo de origen.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{si}}\mathbf{\text{son}}\mathbf{\text{posibles}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{electr}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{tomo}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{siguientes}}\mathbf{\text{grupos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{n}}\acute{\mathbf{\text{u}}}\mathbf{\text{meros}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{nticos,}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{sean}}\mathbf{\text{posibles}}\mathbf{\text{identifique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{orbital}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{pertenecen.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Conviene recordar primero las restricciones que ligan a los cuatro números cuánticos:

$n=1,2,3,\dots l=0,1,\dots ,n-1m_l=-l,\dots ,0,\dots ,+l{m}_s=\pm \frac{1}{2}$

Y que es $l$ quien informa del tipo de orbital: $l=0$ es un orbital $s$, $l=1$ uno $p$, $l=2$ uno $d$ y $l=3$ uno $f$.

$(3,3,-3,-1\mathrm{/}2)$: no es posible. Con $n=3$, el número $l$ solo puede valer 0, 1 o 2, nunca 3.

$(4,3,0,+1\mathrm{/}2)$: sí es posible. Corresponde a un electrón de un orbital $4f$.

$(3,2,-2,+1\mathrm{/}2)$: sí es posible. Corresponde a un electrón de un orbital $3d$.

$(2,0,-1,-1\mathrm{/}2)$: no es posible. Si $l=0$, el único valor admisible de $m_l$ es 0.

$(0,0,0,+1\mathrm{/}2)$: no es posible. El número cuántico principal empieza en 1; no existe un nivel cero.