Ejercicio resuelto de Propiedades periódicas · Química · 2020

B2. Para los elementos A, B, C y D, de números atómicos 3, 10, 20 y 35 respectivamente:

a) Escribir la configuración electrónica de cada uno de ellos. (0,50)
b) Indicar su situación en la tabla periódica (periodo y grupo). (0,50)
c) Justificar si los siguientes números cuánticos pueden corresponder a los electrones más externos de alguno de ellos, indicando a cuál: $(2,1,0,+1/2);\ (3,0,1,+1/2);\ (3,2,1,+1/2);\ (4,1,1,+1/2)$ (0,50)
d) Identifica el elemento que tiene menor reactividad química. Justificar. (0,50)

$\textbf{a) Escribir la configuración electrónica de cada uno de ellos. (0,50)}$

Se colocan los electrones por orden creciente de energía siguiendo el principio de construcción, hasta agotar los que indica cada número atómico.

$\text{A}\ (Z=3):\ 1s^2\,2s^1$

$\text{B}\ (Z=10):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6$

$\text{C}\ (Z=20):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2$

$\text{D}\ (Z=35):\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$

En el caso de D conviene recordar que el subnivel $4s$ se llena antes que el $3d$, aunque al escribir la configuración ordenada por capas el $3d$ vaya delante.

$\textbf{b) Indicar su situación en la tabla periódica (periodo y grupo). (0,50)}$

El periodo lo da el número de la capa más externa ocupada, y el grupo se deduce de los electrones de valencia y del tipo de subnivel que se está llenando.

Elemento	$Z$	Configuración	Periodo	Grupo	Identidad A	3	$[\mathrm{He}]\,2s^1$	2	1	litio B	10	$1s^2\,2s^2\,2p^6$	2	18	neón C	20	$[\mathrm{Ar}]\,4s^2$	4	2	calcio D	35	$[\mathrm{Ar}]\,4s^2\,3d^{10}\,4p^5$	4	17	bromo

A es un metal alcalino, B un gas noble, C un alcalinotérreo y D un halógeno.

$\textbf{c) Justificar si los siguientes números cuánticos pueden corresponder a los electrones más externos de alguno de ellos, indicando a cuál: (2,1,0,+1/2); (3,0,1,+1/2); (3,2,1,+1/2); (4,1,1,+1/2) (0,50)}$

Se comprueba primero que cada combinación sea válida y después si el orbital que designa es el que aloja el electrón más externo de alguno de los cuatro elementos.

$(n,\,l,\,m,\,m_s)$	¿Válida?	Orbital	¿Electrón más externo de? $\left(2,1,0,+\tfrac12\right)$	sí	$2p$	B (neón), cuyo último electrón está en $2p$ $\left(3,0,1,+\tfrac12\right)$	no	---	con $l=0$ el magnético solo puede valer 0 $\left(3,2,1,+\tfrac12\right)$	sí	$3d$	ninguno: ni C ni D acaban en $3d$ $\left(4,1,1,+\tfrac12\right)$	sí	$4p$	D (bromo), cuyo último electrón está en $4p$

La segunda combinación es imposible sin más: con número cuántico secundario nulo el magnético queda forzado a cero.

De las tres válidas, la primera corresponde al electrón más externo de B y la cuarta al de D. La tercera designa un orbital $3d$ que existe, pero no aloja el electrón más externo de ninguno de los cuatro elementos: en D el subnivel $3d$ está lleno y por encima de él hay electrones en $4p$.

$\textbf{d) Identifica el elemento que tiene menor reactividad química. Justificar. (0,50)}$

La reactividad depende de la tendencia a ganar, perder o compartir electrones, y esa tendencia es nula cuando la capa de valencia ya está completa.

$\text{B}:\ 1s^2\,2s^2\,2p^6\Rightarrow \text{octeto completo}$

A tiene un electrón suelto que cede con facilidad, C tiene dos, y a D le falta uno para completar el octeto: los tres reaccionan con facilidad. B, en cambio, tiene ya la configuración más estable posible y no gana nada formando enlaces.

El elemento de menor reactividad química es B, el neón, por ser un gas noble con la capa de valencia completa.