Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2021

Escriba la configuración electrónica en estado fundamental de:

a) Un elemento con tres electrones en orbitales p. [0,5 puntos]

b) Un elemento de transición. [0,5 puntos]

c) Un elemento alcalino. [0,5 puntos]

d) Un elemento del grupo 18. [0,5 puntos]

$\textbf{a) Un elemento con tres electrones en orbitales p. [0,5 puntos]}$

El elemento más sencillo que cumple la condición es el $\textbf{nitrógeno}$, que tiene exactamente tres electrones alojados en orbitales $p$:

$\mathrm{N}\ (Z = 7): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^3$

Los tres están en el subnivel $2p$ y, por la regla de Hund, ocupan un orbital cada uno con el mismo espín, de modo que el nitrógeno tiene tres electrones desapareados. De ahí que forme tres enlaces covalentes.

Si la condición se entendiera como «tres electrones en los orbitales $p$ de la $\textbf{última}$ capa», valdrían también el fósforo, $[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^3$, y el resto del grupo 15.

$\textbf{b) Un elemento de transición. [0,5 puntos]}$

Un elemento de transición es el que tiene su subnivel $d$ parcialmente ocupado, es decir, el que pertenece al bloque $d$. Por ejemplo, el $\textbf{hierro}$:

$\mathrm{Fe}\ (Z = 26): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^6$

Obsérvese el orden de llenado: el subnivel $4s$ tiene menos energía que el $3d$ y por eso se llena antes, aunque pertenezca a un nivel superior.

Valdría cualquier otro del bloque, como el escandio, $[\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^1$, que es el primero de la serie.

$\textbf{c) Un elemento alcalino. [0,5 puntos]}$

Los alcalinos son los del grupo 1: tienen un único electrón en un orbital $s$ de la última capa. Por ejemplo, el $\textbf{sodio}$:

$\mathrm{Na}\ (Z = 11): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1 \quad = \quad [\mathrm{Ne}]\,3s^1$

Ese electrón solitario y muy apantallado se pierde con enorme facilidad, lo que explica la baja energía de ionización de estos elementos y que formen siempre cationes monopositivos.

Valdrían igualmente el litio, $1s^2\,2s^1$, o el potasio, $[\mathrm{Ar}]\,4s^1$.

$\textbf{d) Un elemento del grupo 18. [0,5 puntos]}$

El grupo 18 es el de los gases nobles, caracterizados por tener la capa de valencia completa. Por ejemplo, el $\textbf{argón}$:

$\mathrm{Ar}\ (Z = 18): \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$

La configuración $ns^2\,np^6$, con ocho electrones de valencia, es la que da su extraordinaria estabilidad y su nula reactividad: no tienen tendencia ni a ganar ni a perder electrones.

Valdrían el neón, $1s^2\,2s^2\,2p^6$, o el kriptón, $[\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^6$. El helio, $1s^2$, es la excepción del grupo: pertenece a él aunque solo tenga dos electrones de valencia, porque con ellos ya completa su única capa.