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OBTENCIÓN DE LA ESTRUCTURA ELECTRÓNICA FUNDAMENTAL DE UN ÁTOMO POLIELECTRÓNICO Para obtener la estructura electrónica energéticamente fundamental de un.

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1 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 = = 3) tiene el mismo valor de n + l que un orbital 3s (n + l = = 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. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 5f 14 6s 2 6p 6 6d 10 7s 2 7p 6

2 En la primera línea oblicua (n+l=1) tenemos orbitales: 1s 2 En la segunda línea oblicua (n+l=2) tenemos orbitales: 2s 2 En la tercera línea oblicua (n+l=3) tenemos orbitales: 2p 6, 3s 2 En la cuarta línea oblicua (n+l=4) tenemos orbitales: 3d 10, 4p 6, 5s 2 En la quinta línea oblicua (n+l=5) tenemos orbitales: 4d 10,5p 6,6s 2 En la sexta línea oblicua (n+l=6) tenemos orbitales: 4f 14,5d 10, 6p 6, 7s 2 En la séptima línea oblicua (n+l=7) tenemos orbitales: 5f 14,6d 10,7p 6 Conviene relacionar estas estructuras con la tabla periódica:

3 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) 1.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

4 a) ns 2 np 3 : corresponde al grupo 15 de los nitrogenoides ns 2 np 5 : corresponde al grupo 17 de los halógenos ns 2 np 6 : corresponde al grupo 18 de los gases nobles b) En el periodo 3 los elementos con esas estructuras electrónicas son respectivamente: Fósforo P: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 np 3 ; Cloro Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 np 5 ; Argón Ar: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 np 6 ; 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: ns 2 np 3 ; ns 2 np 5 ; ns 2 np 6 ; 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.

5 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: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7

6 ¿Cuáles de los siguientes números cuánticos (listados en el orden n, l, m l y m s ) 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: N 3-, Mg 2+, Cl -, K + y Fe. ¿Cuáles de ellos son isoelectrónicos? ¿Hay algún caso en el que existan electrones desapareados?. Sol : N 3-: 1s 2 2s 2 2p 6 es isoelectrónico con Mg 2+, Cl - : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 es isoelectrónico con K + y Fe:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 8 4s 2 que tiene electrones desapareados en los orbitales 3d

7 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 39 K + tiene el mismo número de protones que el átomo 40 Ar. 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.

8 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 39 K + 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; =20)] El átomo 40 Ar 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 ( = 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).

9 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 similares b) Dos elementos que pertenecen al mismo periodo de la tabla periódica presentan propiedades químicas similares c) Al desplazarse hacia la derecha en un periodo, aumenta el número de partículas en el átomo, por lo que el radio atómico aumenta d) Al desplazarse abajo en un grupo de la tabla periódica, la energía de ionización disminuye

10 5.- Dados los elementos A, de nº atómico 7, y B de nº atómico 17 a) Determina su estructura electrónica y su situación en la tabla periódica b) 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: 1s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 1 Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p x 2 3p y 2 3p z 1 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 NCl 3 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:


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