(TEMA 6) 7. De las siguientes, ¿cuál sería la forma más correcta de escribir la configuración electrónica del carbono? (Las aspas, ×, son signos de multiplicar).
(A). 1s2, 2s2, 2p2
(B). (1s)2 × (2s)2 × (2p)2
(C). 1s2 + 2s2 + 2p2
(D). 1s2 + 2s2 – 2p2
Solución: B. Los orbitales “1s”, “2p”, etc. son funciones de onda para valores concretos de los números cuánticos n, m y l. Cada una de esas funciones de onda se refiere a un electrón. En los átomos polielectrónicos, la función de onda total es el producto de las funciones de onda de cada electrón (libro, página 136). Los dos primeros electrones del C vienen representados por funciones de onda tipo 1s. El producto de ambas es (1s)2, expresión que se suele representar mediante la notación 1s2. Razonando del mismo modo, la configuración electrónica completa del C debería escribirse como (1s)2 × (2s)2 × (2p)2, si bien se admite escribirla de forma simplificada así: 1s2 2s2 2p2. En cualquier caso, los orbitales deben escribirse juntos, sin separar por comas, puesto que, como se ha dicho, se trata de un producto de ellos.
(TEMA 6) 8. Se han medido las 10 primeras energías de ionización (potenciales de ionización) de un elemento y se han representado sus valores en el siguiente gráfico (el eje X indica si se trata de la primera, segunda, tercera… energías de ionización). ¿A qué elemento de los que se mencionan pueden corresponder los datos representados?
(A). N
(B). Ne
(C). Al
(D). Cl
Solución: D. Obsérvese que las 7 primeras energías de ionización del elemento tienen valores que se diferencian entre sí en una cantidad aproximadamente constante. Y lo mismo la octava, novena y décima entre sí. Pero se produce un fuerte salto entre la séptima y la octava. Eso es un claro indicio de que el elemento tiene 7 electrones en su última capa. Suponiendo que es así, vamos a explicar por qué los valores de las energías de ionización siguen ese hábito. Conforme vayamos arrancando esos 7 electrones, uno a uno, necesitaremos cada vez más energía de ionización porque los que queden estarán más atraídos por el núcleo. Ahora bien, podemos suponer que el aumento de la energía de ionización es lineal, como se observa en el gráfico. Sin embargo, cuando hayamos quitado los 7 electrones de la capa de valencia, tendremos al elemento fuertemente ionizado y con configuración de gas noble. Por eso, quitar el 8º electrón, bastante más próximo al núcleo que los 7 anteriores (ya que estará en una capa más interna que la de valencia) y que forma parte de una estructura muy estable de capa llena, requeriría mucha energía.
De los elementos dados, el que cumple estos requerimientos es el Cl, pues su configuración electrónica es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Como se ve, tiene 7 electrones en la tercera capa. Al quitarlos, nos quedamos con un elemento con 8 electrones en su capa anterior, más interna (configuración de gas noble, muy estable, por lo que será muy difícil quitar un electrón más). Por otro lado, el N no puede ser porque solo tiene 7 electrones en total; por tanto, no se le pueden quitar 10. El Ne (1s2 2s2 2p6) tiene 10, 2 en una primera capa y 8 en la segunda. Quitar sus 8 primeros electrones requerirá energías que seguirán aproximadamente una pauta lineal, como en el Cl, pero una vez quitados nos quedará el Ne con dos electrones en una primera capa completa próxima al núcleo y fuertemente atraída por este. Por eso, quitar el electrón número 9 será muy difícil. El salto de energías de ionización en el Ne lo observaremos entre la 8ª y la 9ª. En cuanto al aluminio (1s2 2s2 2p6 3s2 3p1), por los mismos argumentos, el salto estará entre la 3ª y la 4ª.
(TEMA 6) 9. De los siguientes pares de elementos, ¿cuáles tienen tanto orbitales d como orbitales f en sus estados fundamentales?
(A). Zr y Hf
(B). Cs y Fr
(C). Cd y Th
(D). Ce y Pb
Solución: D. Los dos elementos del periodo 1 solo tienen orbitales s. En el periodo 2, el alcalino y el alcalinotérreo solo tienen orbitales s; los demás tienen también p. En el periodo 3, todos tienen tanto orbitales s como p. En el periodo 4, el alcalino y el alcalinotérreo tienen orbitales s y p, pero los demás tienen también orbitales d pues pertenecen a la primera serie de transición. En el periodo 5, lógicamente, también tendrán ya orbitales d. En el 6, el alcalino, el alcalinotérreo y el lantano aún no tienen orbitales f porque no se ha alcanzado la primera serie de transición interna, pero todos los demás elementos que siguen al lantano en número atómico sí los tienen ya. El siguiente esquema permite visualizar lo comentado:
En verde se representa el llamado “bloque s” (por conveniencia se ha cambiado la posición del He); en naranja, el “bloque p”; en azul, el “bloque d”; y en gris, el “bloque f”. De los pares citados, el Ce está en el bloque f, y el Pb, aunque no se encuentra dentro de tal bloque, sí está a continuación del mismo, por lo que también tiene electrones f. Lo mismo le ocurre al Hf, pero no al Zr. Y al Fr, pero no al Cs. El Th está en el bloque f, pero el Cd no, y tampoco está tras un bloque f.
