Ejercicio resuelto de Sistema periódico · Química · 2023

Escriba la configuración electrónica completa del elemento de número atómico más bajo que, en su estado fundamental, tenga:

a) un solo electrón descrito por un orbital p. [0,50 puntos]

b) una subcapa p completa. [0,50 puntos]

c) dos electrones descritos por orbitales 3p. [0,50 puntos]

d) tres electrones descritos por orbitales 4p. [0,50 puntos]

En los cuatro apartados se pide el elemento de número atómico $\textbf{más bajo}$ que cumpla una condición sobre su configuración, así que la estrategia es la misma: se traduce la condición al número de electrones que debe haber en una subcapa concreta, se completa por delante el orden de llenado y el número atómico sale de sumar todos los electrones.

$\textbf{a) un solo electrón descrito por un orbital p. [0,50 puntos]}$

La condición es que haya exactamente un electrón en una subcapa $p$. La primera subcapa $p$ que existe es la $2p$, y para llegar a ella hay que haber llenado antes la $1s$ y la $2s$:

$1s^2\,2s^2\,2p^1 \quad \Rightarrow \quad Z = 2 + 2 + 1 = 5$

Es el $\textbf{boro}$.

$\textbf{b) una subcapa p completa. [0,50 puntos]}$

Una subcapa $p$ tiene tres orbitales, luego completa significa seis electrones. La primera que puede completarse es la $2p$:

$1s^2\,2s^2\,2p^6 \quad \Rightarrow \quad Z = 2 + 2 + 6 = 10$

Es el $\textbf{neón}$, y no por casualidad: tener la capa de valencia completa es justamente lo que caracteriza a los gases nobles.

$\textbf{c) dos electrones descritos por orbitales 3p. [0,50 puntos]}$

Aquí la subcapa está fijada por el enunciado, la $3p$, y ha de contener dos electrones. Antes de ella se llenan $1s$, $2s$, $2p$ y $3s$:

$1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^2 \quad \Rightarrow \quad Z = 2 + 2 + 6 + 2 + 2 = 14$

Es el $\textbf{silicio}$.

$\textbf{d) tres electrones descritos por orbitales 4p. [0,50 puntos]}$

Ahora la subcapa es la $4p$, con tres electrones. Y aquí hay que tener cuidado con el orden de llenado: antes de la $4p$ se ocupan la $4s$ y, aunque su número cuántico principal sea menor, también la $3d$ completa.

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

$Z = 2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 3 = 33$

Es el $\textbf{arsénico}$. Olvidar los diez electrones de la subcapa $3d$ es el error típico en este apartado, y llevaría a un número atómico de 23 (el vanadio), cuya configuración no tiene ningún electrón en la $4p$.

Los cuatro elementos —boro, neón, silicio y arsénico— pertenecen, como cabía esperar, a los grupos 13, 18, 14 y 15: el grupo lo determina la ocupación de la última subcapa $p$.