Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2020

Dado el elemento con número atómico $Z = 19$:

a) Escriba su configuración electrónica en estado fundamental. [0,5 puntos]

b) Indique cuáles son los valores posibles que pueden tomar los números cuánticos de su electrón más externo en estado fundamental. [0,5 puntos]

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

d) Escriba una configuración electrónica del elemento en estado excitado. [0,5 puntos]

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

Se colocan los 19 electrones llenando los orbitales por orden creciente de energía. El detalle importante es que el subnivel $4s$ tiene menos energía que el $3d$ y se llena antes:

$Z = 19: \quad 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^1 \quad = \quad [\mathrm{Ar}]\,4s^1$

Recuento: $2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 1 = 19$ electrones. El elemento es el potasio.

$\textbf{b) Indique cuáles son los valores posibles que pueden tomar los números cuánticos de su electrón más externo en estado fundamental. [0,5 puntos]}$

El electrón más externo es el $4s^1$, el único desapareado. Sus números cuánticos son:

$n = 4$, el nivel en que se encuentra.

$l = 0$, porque el orbital es de tipo $s$.

$m_l = 0$, el único valor posible cuando $l = 0$, lo que concuerda con que solo haya un orbital $s$ por nivel.

$m_s = +1/2$ o $-1/2$, indistintamente, porque está solo en su orbital.

Es decir, $(4,\ 0,\ 0,\ +1/2)$ o $(4,\ 0,\ 0,\ -1/2)$.

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

El $\textbf{periodo}$ lo da el mayor número cuántico principal ocupado, $n = 4$: pertenece al $\textbf{periodo 4}$.

El $\textbf{grupo}$ lo da la capa de valencia, aquí un solo electrón en un orbital $s$: $\textbf{grupo 1}$, el de los metales alcalinos.

Encaja con su química: pierde con muchísima facilidad ese electrón y forma $\mathrm{K^+}$, con la configuración estable del argón.

$\textbf{d) Escriba una configuración electrónica del elemento en estado excitado. [0,5 puntos]}$

Un estado excitado es cualquier distribución de los 19 electrones que no sea la de mínima energía, obtenida promocionando algún electrón a un orbital superior. Por ejemplo, llevando el electrón $4s$ al subnivel $4p$:

$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4p^1$

Valdrían igualmente $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^1$ o $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^5\,4s^2$.

Las dos condiciones que hay que respetar son que el total siga siendo 19 electrones y que ningún subnivel supere su capacidad. Al volver al estado fundamental, el átomo emite la diferencia de energía como radiación: es lo que produce el característico color violeta del potasio al ensayo a la llama.