Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2024

El aluminio tiene 13 de número atómico $(Z)$.

a) Escriba la configuración electrónica del Al en estado fundamental. [0,5 puntos]

b) Indique si tiene el Al electrones desapareados en estado fundamental. [0,5 puntos]

c) Indique a qué grupo y periodo pertenece el Al. [0,5 puntos]

d) Indique los posibles números cuánticos del electrón diferenciador del Al. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Escriba la configuración electrónica del Al en estado fundamental. [0,5 puntos]}$

Se van llenando los orbitales por orden creciente de energía (principio de construcción) hasta colocar los 13 electrones del aluminio:

$\mathrm{Al}\ (Z = 13): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^1$

Comprobación del recuento: $2 + 2 + 6 + 2 + 1 = 13$ electrones.

También puede escribirse de forma abreviada como $[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^1$, porque los diez primeros electrones reproducen la configuración del neón.

$\textbf{b) Indique si tiene el Al electrones desapareados en estado fundamental. [0,5 puntos]}$

Sí, tiene $\textbf{uno}$.

Los niveles $1s$, $2s$ y $3s$ están completos con dos electrones apareados cada uno, y el $2p$ lo está con sus seis. El único electrón que queda es el $3p^1$, y por la regla de Hund ocupa él solo uno de los tres orbitales $p$ de ese subnivel:

$3p_x^1\ \ 3p_y^0\ \ 3p_z^0$

Como está solo en su orbital, es un electrón desapareado, y por eso el aluminio es paramagnético.

$\textbf{c) Indique a qué grupo y periodo pertenece el Al. [0,5 puntos]}$

El $\textbf{periodo}$ lo da el número cuántico principal más alto ocupado. Aquí es $n = 3$, así que el aluminio está en el $\textbf{periodo 3}$.

El $\textbf{grupo}$ lo dan los electrones de la capa de valencia, que son tres: $3s^2\,3p^1$. Al terminar en $p^1$ pertenece al bloque $p$, y le corresponde el $\textbf{grupo 13}$ (el de los térreos o del boro).

Es, por tanto, un metal del bloque $p$ que tiende a perder sus tres electrones de valencia y formar $\mathrm{Al^{3+}}$.

$\textbf{d) Indique los posibles números cuánticos del electrón diferenciador del Al. [0,5 puntos]}$

El electrón diferenciador es el último que se coloca, es decir, el $3p^1$. Sus números cuánticos son:

$n = 3$, porque está en el tercer nivel.

$l = 1$, porque es un orbital de tipo $p$ (para un nivel $n$, $l$ va de 0 a $n-1$, y $l = 1$ es el $p$).

$m_l = -1,\ 0 \text{ o } +1$, los tres valores permitidos ($m_l$ va de $-l$ a $+l$). Los tres orbitales $3p$ tienen la misma energía, así que cualquiera de ellos vale.

$m_s = +1/2$ o $-1/2$; por convenio se toma $+1/2$ para el primer electrón que entra en un orbital vacío.

Una respuesta posible es, pues, $(3,\ 1,\ 0,\ +1/2)$, y son igualmente válidas las que cambian $m_l$ a $-1$ o $+1$.