Ejercicio resuelto de Varios · Química · La Rioja · 2020

a) Indique de manera razonada cuáles de las siguientes configuraciones electrónicas corresponden a un estado fundamental, cuáles a un estado excitado y cuáles son imposibles (0,2 puntos por apartado):

i) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$ ii) $1s^2\,2s^2\,3d^1$ iii) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,2d^2$

iv) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^6\,4s^2$ v) $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3p^1$

b) Complete la siguiente tabla: (1 punto)

$\text{Símbolo}$	$\text{N.}^{\text{o}}\ \text{de protones}$	$\text{N.}^{\text{o}}\ \text{de neutrones}$	$\text{N.}^{\text{o}}\ \text{de electrones}$	$\text{Carga}$ ${}^{208}\text{Pb}$			82	0	31	38		$+3$ ${}_{79}\text{Au}^-$		117		$-1$

$\textbf{a) Indique de manera razonada cuáles de las siguientes configuraciones electrónicas corresponden a un estado fundamental, cuáles a un estado excitado y cuáles son imposibles (0,2 puntos por apartado):}$

Hay que distinguir tres casos. Una configuración es $\textbf{fundamental}$ si respeta el principio de construcción, es decir, si los orbitales se han llenado por orden creciente de energía; es de un $\textbf{estado excitado}$ si es posible pero algún electrón ocupa un orbital de mayor energía dejando huecos por debajo; y es $\textbf{imposible}$ si viola las reglas de los números cuánticos o el principio de exclusión.

$\textbf{i)}$ $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6$ — son 18 electrones y todos los subniveles se han llenado en el orden correcto. Es el argón en su $\textbf{estado fundamental}$.

$\textbf{ii)}$ $1s^2\,2s^2\,3d^1$ — son 5 electrones, luego es el boro. Pero su configuración fundamental sería $1s^2\,2s^2\,2p^1$: el quinto electrón está en un orbital $3d$ mucho más energético, saltándose el $2p$, que queda vacío. Es un $\textbf{estado excitado}$.

$\textbf{iii)}$ $1s^2\,2s^2\,2p^6\,2d^2$ — $\textbf{imposible}$. No existe el subnivel $2d$: con $n=2$, el número secundario solo puede valer $0$ o $1$, de modo que el segundo nivel únicamente tiene subniveles s y p.

$\textbf{iv)}$ $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,3d^6\,4s^2$ — son 26 electrones: es el hierro. Está escrito ordenando por el número de nivel en lugar de por energía, pero el reparto es exactamente el que da el principio de construcción, ya que el $4s$ se llena antes que el $3d$. Es un $\textbf{estado fundamental}$.

$\textbf{v)}$ $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3p^1$ — son 11 electrones, luego es el sodio. Su configuración fundamental es $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$: aquí el electrón de valencia ha subido al $3p$ dejando vacío el $3s$. Es un $\textbf{estado excitado}$.

$\textbf{b) Complete la siguiente tabla: (1 punto)}$

Se usan tres relaciones: el número de protones es el número atómico $Z$; el de neutrones es $A - Z$; y la carga es la diferencia entre protones y electrones.

Símbolo	Protones	Neutrones	Electrones	Carga
${}^{208}\mathrm{Pb}$	$\textbf{82}$	$\textbf{126}$	82	0
${}^{69}\mathrm{Ga^{3+}}$	31	38	$\textbf{28}$	$+3$
${}^{196}_{\ 79}\mathrm{Au^-}$	$\textbf{79}$	117	$\textbf{80}$	$-1$

$\textbf{Primera fila}$: al ser neutro, los protones igualan a los 82 electrones, y ese es el número atómico del plomo. Los neutrones salen del número másico:

$208 - 82 = 126 \text{ neutrones}$

$\textbf{Segunda fila}$: con 31 protones el elemento es el galio. Al tener carga $+3$ ha perdido tres electrones:

$31 - 3 = 28 \text{ electrones}$

Y su número másico es $31 + 38 = 69$, de modo que el símbolo completo es ${}^{69}\mathrm{Ga^{3+}}$.

$\textbf{Tercera fila}$: el subíndice indica 79 protones, los del oro. Al tener carga $-1$ ha ganado un electrón:

$79 + 1 = 80 \text{ electrones}$

Y su número másico es $79 + 117 = 196$.