Obtención de la estructura electrónica fundamental de un átomo polielectrónico
OBTENCIÓN DE LA ESTRUCTURA ELECTRÓNICA FUNDAMENTAL
DE UN ÁTOMO POLIELECTRÓNICO Para obtener la
estructura electrónica energéticamente fundamental
de un átomo con varios electrones, se van introduciendo
sucesivamente en los orbitales de menor energía. Los
orbitales de menor energía son los de menor n + l, y
cuando hay varios orbitales que poseen el mismo n + l, entonces
el de menor energía es el de menor n. Ejemplo: un orbital
2p (n + l = 2 + 1 = 3) tiene el mismo valor de n + l que un
orbital 3s (n + l = 3 + 0 = 3) pero el de menor energía es
el 2p por tener menor valor de n. En concreto, cada línea
oblicua en el siguiente esquema de orbitales nos da un mismo
valor de n + l. 1s2
2s2 2p6
3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10
4f14 5s2 5p6 5d10 5f14
6s2 6p6 6d10
7s2 7p6
En la primera línea oblicua (n+l=1) tenemos orbitales: 1s2
En la segunda línea oblicua (n+l=2) tenemos orbitales: 2s2
En la tercera línea oblicua (n+l=3) tenemos orbitales:
2p6, 3s2 En la cuarta línea oblicua (n+l=4) tenemos
orbitales: 3d10, 4p6, 5s2 En la quinta línea oblicua
(n+l=5) tenemos orbitales: 4d10 ,5p6,6s2 En la sexta línea
oblicua (n+l=6) tenemos orbitales: 4f14 ,5d10, 6p6, 7s2 En la
séptima línea oblicua (n+l=7) tenemos orbitales:
5f14 ,6d10,7p6 Conviene relacionar estas estructuras con la tabla
periódica:
Vista la posición de los elementos en la tabla
periódica, podemos determinar: a) El orden creciente de
sus radios es: F, Cl, P y Na. Explicación: El F es el
más pequeño porque pertenece al segundo periodo y
tiene una capa menos que los del tercer periodo. En el periodo 3,
aunque va aumentando de izquierda a derecha el número de
electrones, el aumento de la carga nuclear efectiva hace que
disminuya el radio, por lo que el más pequeño es el
Cl y el más grande el Na. b) El orden creciente de la
primera energía de ionización es: Na, P, Cl y F.
Explicación: cuanto más a la derecha y arriba, la
energía de ionización aumenta (más
difícil que forme iones monopositivos) c) El orden
creciente de electronegatividad es: Na, P, Cl y F.
Explicación: cuanto más a la derecha y arriba, la
electronegatividad es mayor (más tendencia a atraer hacia
sí los pares de electrones de los enlaces covalentes)
Dados los elementos F, P, Cl y Na, ordénalos de forma
creciente en función de: a) Sus radios
atómicos b) Primera energía de
ionización c) Electronegatividad
a) ns2np3: corresponde al grupo 15 de los
nitrogenoides ns2np5: corresponde al grupo
17 de los halógenos ns2np6: corresponde
al grupo 18 de los gases nobles b) En el periodo 3 los elementos
con esas estructuras electrónicas son respectivamente:
Fósforo P: 1s2 2s2 2p6 3s2np3; Cloro Cl: 1s2 2s2 2p6
3s2np5; Argón Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2np6; c) En un periodo, de
izquierda a derecha, aunque aumenta el número de
electrones (de uno en uno y en el mismo nivel), el aumento de la
carga nuclear efectiva (carga del núcleo disminuido por el
efecto apantallamiento de los electrones internos) sobre los
electrones más externos hace que el radio atómico
disminuya, por lo que el orden esperado de sus radios
atómicas será: P (el mayor), Cl y Ar (el menor) 2.-
Dada las siguientes configuraciones electrónicas externas:
ns2np3; ns2np5; ns2np6; a) Identifica el grupo del Sistema
Periódico al que corresponde cada una de ellas. b) Para n
= 3, escribe la configuración electrónica completa
del elemento resultante en cada uno de los tres casos y
nómbralo. c) Indica, razonando brevemente la respuesta, el
orden esperado de sus radios atómicos.
Las siguientes combinaciones de números cuánticos
indica cuáles representan una solución permitida de
la ecuación de onda y cuáles no. Justifica la
respuesta. Sol: a, c, y g Utilizando la regla de n + 1, ordena de
menor a mayor energía los subniveles 3p, 3d, 4s, 4p, 4d,
4f, 5s. Sol: 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 4f.
Escribe la configuración electrónica fundamental de
un átomo que tiene 27 electrones. Sol: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
4s2 3d7
¿Cuáles de los siguientes números
cuánticos (listados en el orden n, l, ml y ms) son
imposibles para un electrón en un átomo? A:(4, 2,
0, +1); B:(3, 3, -3, -1/2); C:(2, 0, +1, +1/2) y D:(4, 3, 0,
+1/2). Sol: A, B y C Escribe la configuración
electrónica del estado fundamental de los átomos e
iones siguientes: N3-, Mg2+, Cl-, K+ y Fe. ¿Cuáles
de ellos son isoelectrónicos? ¿Hay algún
caso en el que existan electrones desapareados?. Sol : N3-: 1s2
2s2 2p6 es isoelectrónico con Mg2+, Cl-: 1s2 2s2 2p6 3s2
3p6 es isoelectrónico con K+ y Fe:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d8
4s2 que tiene electrones desapareados en los orbitales 3d
3.- Indique, justificando brevemente la respuesta, si las
siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a)Los
átomos neutros de 2 isótopos del mismo elemento
tienen distinto número de electrones b) Dos elementos que
pertenecen a la misma columna de la tabla periódica
presentan propiedades químicas similares c) El ion 39K+
tiene el mismo número de protones que el átomo
40Ar. d) Si recorremos la tabla periódica de izquierda a
derecha o de arriba abajo, el volumen atómico aumenta,
debido a que en ambos casos el número de partículas
presentes en el átomo aumenta.
a. Falso:Si son átomos del mismo elemento tienen el mismo
número de protones y de electrones, aunque al ser
isótopos difieren en el de neutrones b. Verdadero:Las
propiedades químicas de los átomos dependen
fundamentalmente de la estructura electrónica más
externa y esta es la misma en todos lo elementos del mismo grupo
(la misma columna de la tabla periódica) c. Falso:El ion
39K+ tiene: 19 protones (por ser el K el átomo de
número atómico 19), [18 electrones (por ser un ion
monopositivo) y 20 neutrones (por tener número
másico 39; 39-19 =20)]El átomo 40Ar tiene: 18
protones (por ser Ar el átomo de número
atómico 18), [18 electrones (por ser un átomo
neutro el nº de protones y de electrones es el mismo) y 22
neutrones (40-18 = 22)] d. Falso:Es verdadero que de arriba abajo
el volumen aumenta porque en cada salto se inaugura un nuevo
nivel de electrones y aunque también aumenta el
número de protones del núcleo, la carga nuclear
efectiva sobre la última capa varia muy poco.Sin embargo,
de izquierda a derecha, aunque aumenta el número de
electrones (de uno en uno), la carga nuclear efectiva aumenta
también y el efecto final es que, de forma general, se
produce una pequeña contracción del volumen (aunque
hay excepciones).
a) Cierto. Los elementos del mismo grupo tienen la misma
estructura electrónica más externa, de la que
dependen, fundamentalmente, sus propiedades químicas. b)
Falso. Los elementos del mismo periodo, si vamos de izquierda a
derecha, van aumentando los electrones de uno en uno, por lo que
poseen estructuras electrónicas más externas
diferentes y, por tanto, diferentes propiedades químicas.
c) Falso. Es cierto que al desplazarnos hacia la derecha aumenta,
de uno en uno, el número de electrones en el mismo nivel,
pero también aumenta el número de protones del
núcleo, lo que hace que la atracción del
núcleo hacia el último electrón aumente.
Este factor, el aumento de la carga nuclear efectiva, hace que el
radio del átomo disminuya a pesar del aumento de
electrones (aunque hay excepciones). d) Cierto. Cuanto más
abajo en un grupo, el último electrón está
menos atraído por el núcleo, ya que aumenta mucho
el número de electrones (mayor radio) y la carga nuclear
efectiva casi no varia. Esto significa que será más
fácil arrancar el último electrón, es decir,
que tendrá menor energía de ionización. 4.-
Indica justificando brevemente la respuesta, si son ciertas o
falsas las siguientes afirmaciones: a)Dos elementos que
pertenecen al mismo grupo de la tabla periódica presentan
propiedades químicas similaresb) Dos elementos que
pertenecen al mismo periodo de la tabla periódica
presentan propiedades químicas similaresc) Al desplazarse
hacia la derecha en un periodo, aumenta el número de
partículas en el átomo, por lo que el radio
atómico aumentad) Al desplazarse abajo en un grupo de la
tabla periódica, la energía de ionización
disminuye
5.- Dados los elementos A, de nº atómico 7, y B de
nº atómico 17a) Determina su estructura
electrónica y su situación en la tabla
periódicab) Si se combinasen entre sí,
¿qué tipo de enlace existiría entre ellos?c)
Cuál sería la fórmula más probable
del compuesto formado por A y B?d) El compuesto del apartado ( c
), ¿sería polar? Resultan ser el N y el Cl, con
estructuras electrónicas fundamentales:N: 1s2 2s2 2px1
2py1 2pz1 Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3px2 3py2 3pz1 b) Ambos
átomos son de no metal, por lo que el enlace que
formarán es covalente. El N, con 5 electrones en la capa
de valencia, necesita compartir 3 electrones para tener
estructura de gas noble, y el Cl , con 7 electrones en la capa de
valencia, necesita compartir 1 electrón c) La
fórmula más probable sería NCl3 cuya
molécula explicada por la teoría de Lewis
sería: d) La estructura geométrica, aplicando la
teoría de la repulsión de pares de electrones de la
capa de valencia, según la cual los 4 pares de que se
rodea el N se disponen en las posiciones más alejadas
posibles, sería una estructura tetraédrica como la
siguiente: