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: