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Obtención de la estructura electrónica fundamental de un átomo polielectrónico




Enviado por Pablo Turmero



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    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        

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    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:

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    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

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    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.

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    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

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    ¿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

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    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.

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    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).

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    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

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    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:

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