Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2022

El ion positivo de un elemento M tiene de configuración electrónica $\text{M}^{2+}: 1s^{2}\,2s^{2}\,2p^{6}\,3s^{2}\,3p^{6}\,3d^{4}$.

a) ¿Cuál es el número atómico de M? [0,5 puntos]

b) ¿Cuál es la configuración de su ion $\text{M}^{3+}$? [0,5 puntos]

c) ¿Qué números cuánticos corresponderían a un electrón 3d de ese elemento? [0,5 puntos]

d) Indique la posición del elemento M en la tabla periódica y a qué tipo de elementos pertenece. [0,5 puntos]

$\textbf{a) ¿Cuál es el número atómico de M? [0,5 puntos]}$

La configuración que da el enunciado es la del $\textbf{ion}$, no la del átomo neutro. Se cuentan sus electrones:

$2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 4 = 22 \text{ electrones}$

Un ion $\mathrm{M^{2+}}$ se ha formado perdiendo dos electrones, así que el átomo neutro tenía dos más:

$Z = 22 + 2 = 24$

El elemento es el $\textbf{cromo}$.

$\textbf{b) ¿Cuál es la configuración de su ion M³⁺? [0,5 puntos]}$

Basta quitar un electrón más al $\mathrm{M^{2+}}$, y se quita del subnivel de mayor energía ocupado, que aquí es el $3d$:

$\mathrm{M^{3+}}: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^3$

Recuento: 21 electrones, uno menos que el ion divalente. De forma abreviada, $[\mathrm{Ar}]\,3d^3$.

$\textbf{c) ¿Qué números cuánticos corresponderían a un electrón 3d de ese elemento? [0,5 puntos]}$

El nombre del orbital fija los dos primeros: la cifra es el número cuántico principal y la letra $d$ corresponde a $l = 2$.

$n = 3$

$l = 2$

$m_l = -2,\ -1,\ 0,\ +1 \text{ o } +2$, los cinco valores permitidos (van de $-l$ a $+l$), que corresponden a los cinco orbitales $d$ del subnivel.

$m_s = +1/2$ o $-1/2$.

Una serie válida sería, por ejemplo, $(3,\ 2,\ -2,\ +1/2)$.

$\textbf{d) Indique la posición del elemento M en la tabla periódica y a qué tipo de elementos pertenece. [0,5 puntos]}$

La configuración del átomo neutro de cromo es:

$\mathrm{Cr}\ (Z = 24): \quad [\mathrm{Ar}]\,3d^5\,4s^1$

Es una de las excepciones conocidas al orden de llenado: en lugar de $3d^4\,4s^2$ se adopta $3d^5\,4s^1$, porque el subnivel $d$ semilleno resulta especialmente estable.

$\textbf{Periodo 4}$, que es el mayor número cuántico principal ocupado.

$\textbf{Grupo 6}$, que se obtiene sumando los electrones de los subniveles $4s$ y $3d$: $1 + 5 = 6$.

Al terminar su configuración en un subnivel $d$ pertenece al $\textbf{bloque}$ $d$: es un $\textbf{metal de transición}$. De ahí sus rasgos característicos, como presentar varios estados de oxidación (+2, +3 y +6, entre otros) y formar compuestos coloreados.