1.- Evaluación de Números Cuánticos

A partir de las siguientes series de números cuánticos:

a) (1, 0, 0, ½) b) (1, 1, 0, ½) c) (1, 1, 0, -½) d) (2, 1, -2, ½) e) (2, 1, -1, ½)

Responde:

A) ¿Cuáles son posibles y cuáles son imposibles? En este último caso, comenta por qué no son posibles para representar el estado de un electrón. (1 pto).

B) ¿En qué tipo de orbital atómico estarían situados los electrones de aquellas series que son posibles? (1 pto).

Solución:

 (1, 0, 0, –½) Sí es posible. Como n = 1 y l = 0, representa a un orbital 1s.

(1, 1, 0, +½) Se trata de una serie no permitida, ya que si n = 1, l tiene que ser igual a 0, no 1.

(1, 1, 0, -½) Es una serie no permitida por la misma razón que la anterior.

(2, 1, –2, +½) Es una serie no permitida porque si l = 1, entonces m no puede valer -2.

(2, 1, –1, +½) Sí es posible, ya que si l = 1, como m puede ser -1, 0, +1, es válida. Además, al ser l = 1, se trata de un orbital 2p.

2.- Verdadero o Falso Razonado

1.- Indica y explica razonadamente si las siguientes afirmaciones son Verdaderas o Falsas:

a) La siguiente combinación de números cuánticos es posible para el electrón de un átomo: (2, 0, 1, ½).

b) El radio de un átomo neutro de oxígeno [Z(O) = 8] es mayor que el radio de su ion O^2-.

c) El Trifluoruro de boro (BF₃) es un compuesto en el que el átomo de boro presenta hibridación sp³.

d) El dióxido de carbono (CO₂) presenta enlaces polares, y por tanto, se trata de un compuesto polar.

a) Falso. Si el número cuántico principal es n = 2, los valores que puede tomar el número cuántico secundario (l) son 0 y 1. Para un valor de l = 0, como se indica en la serie numérica, los valores que tomaría el número cuántico m solo pueden ser 0 y nunca 1 como aparece en la serie. Por lo tanto, la combinación de números cuánticos no es válida.

b) Falso. Cuando el oxígeno neutro adquiere dos electrones, se forma el ion O^2-. Al adquirir dos electrones, como el número de protones no varía, estos mismos electrones repartirán su fuerza de atracción entre todos los electrones. Al haber dos más, esta fuerza disminuirá. Además, estos dos electrones se situarán en el mismo nivel (orbital 2p) y, como son cargas del mismo signo, tienden a repelerse. Como consecuencia de todo ello, el volumen del ion será mayor que el del átomo neutro.

c) Falso. En el BF₃, el boro forma tres enlaces covalentes con los átomos de F y, como dispone de tres electrones en su capa de valencia, no presentará pares solitarios (no enlazantes). En consecuencia, los tres pares de electrones de enlace se situarán en tres orbitales y la hibridación es sp² (triangular plana).

d) Falso. Los dos enlaces C=O son polares, pero como no presentan pares de electrones no enlazantes, la molécula será lineal. Con lo cual, los dipolos se anulan y la molécula es apolar.

3.- Configuración Electrónica y Propiedades Periódicas

1.- Dados tres elementos del sistema periódico A, B y C de números atómicos 8, 16 y 19 respectivamente:

a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos.

b) Indique el elemento cuyo primer potencial de ionización sea mayor.

c) Indique el tipo de enlace formado por los elementos A y B.

d) Indique dos propiedades características de los compuestos formados por los elementos A y B.

a) A(Z = 8): 1s² 2s² 2p⁴

B(Z = 16): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴

C(Z = 19): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

b) Se entiende por potencial de ionización a la energía que hay que comunicarle a un átomo para arrancarle un electrón, dando lugar a un ion (estado gaseoso). De acuerdo con esto, el elemento con mayor potencial de ionización es el elemento A.

c) El elemento A posee 6 electrones en la capa más externa, al igual que el elemento B. En consecuencia, ambos elementos tenderán a compartir electrones; por lo tanto, el enlace entre A y B será un enlace covalente.

d) Suelen tener puntos de fusión y ebullición bajos, ya que se trata de moléculas poco polares y, por lo tanto, las fuerzas intermoleculares son muy débiles. Por esta misma razón, estos compuestos serán líquidos o gases. Asimismo, conducirán mal la corriente eléctrica.

4.- Átomo Alcalino y Configuración Electrónica

1- Un átomo X tiene la configuración electrónica siguiente: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹.

Explica razonadamente si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) X se encuentra en un estado excitado; b) X pertenece al grupo de los metales alcalinos; c) X pertenece al 4º periodo del sistema periódico; d) X tiene poca tendencia a ceder el electrón de su última capa cuando se une con otro átomo muy electronegativo como el cloro.

a) FALSO. Puesto que los electrones ocupan los niveles de menor energía posible.  b) VERDADERA. Puesto que en su configuración electrónica fundamental la capa más externa es 4 s1se trata de un elemento de grupo I, es decir, un elemento alcalino.  c) VERDADERA. Puesto que su configuración electrónica fundamental acaba en “4 s1”, lo que significa que la capa más externa corresponde al nivel de energía 4, luego el elemento se encuentra en el 4º periodo.  d) FALSO, puesto que X tiene mucha tendencia a ceder el electrón para adquirir la configuración de gas noble, es decir, con 8 electrones en la última capa.

1- Responda razonando las respuestas, las siguientes cuestiones: (0,5 puntos c/u)

a) ¿Qué tipo de enlace se formará entre el elemento A(Z=17) y el elemento B (Z=20)?.

b) Indicar la forma geométrica del BeCl2 y del PCl3. ¿Cuál de las dos moléculas será polar? Be (Z =4); P (Z =15) y Cl (Z = 17).

c) Escriba el equilibrio de solubilidad del sulfato de bario [tetraoxosulfato (VI) de bario] y obtenga la expresión de la solubilidad en función del producto de solubilidad, Kps.

Solución:

a) Para poder determinar que tipo de enlace pueden formar dichos elementos hemos de obtener su configuración electrónica para determinar como están distribuidos los electrones:

A(Z=17) = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 B(Z=20) = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

Como podemos observar al elemento A le falta 1 electrón para adquirir la configuración de gas noble (regla del octeto) por lo tanto tiene tendencia a captar un electrón formando un ion A1-. Mientras que el elemento B tiene 2 electrones en la capa de valencia y su tendencia será a ceder esos electrones para de esa forma obtener la configuración de gas noble en la capa anterior, por lo cual se forman iones B2+. Por todo ello podemos concluir que el enlace que se puede formar entre dichos elementos será un enlace iónico.

b) En el caso del BeCl2 tenemos dos enlaces Be – Cl y si cada enlace son dos pares de electrones, se requieren dos orbitales para alojar los electrones del enlace y de acuerdo con la teoría de la RPECV la molécula presentará geometría lineal y por lo tanto el momento dipolar será nulo y se trata de una molécula apolar.

Si hacemos uso de las configuraciones electrónicas, las capas de valencia de los respectivos elementos

Son:

El átomo de Be desaparea un electrón a un orbital 2p y se hibridan los orbitales 2s y 2p formándosedos orbitales tipo sp cada uno con un electrón que se aparea con el electrón del orbital 3p del cloro formándo dos enlaces covalentes.

En el caso del PCl3 se forman tres enlaces covalentes P – Cl y además al átomo de P le queda un par de electrones no enlazantes, es decir, el átomo de P tiene cuatro pares de electrones (tres de enlace y 1 par no enlazante (par solitario), es decir, un total de 4 pares de electrones, lo que implicaría un total de 4 orbitales y por lo tanto la hibridación es sp3.

Teniendo en cuenta las configuraciones electrónicas el P tiene tres electrones en el orbital 4p y un par Solitario (no enlazante) en el orbiral 4s. Se hibridarán el orbital 4s y los orbitales 4p dando lugar a cuatro orbitales hibridos sp3 uno de los cuales estará ocupado por el par solitario y los tres restantes con un electrón cada uno de los cuales se aparea con el electrón del orbital 3 p de Cloro.

De acuerdo con la teoría de la RPECV la molécula presentará un geometría de pirámide trigonal debido a la presencia de un par de electrones no enlazantes (o par solitario) ya que la repulsiónpar de electrones solitario-par de electrones enlazantes es mas intensa que la repulsión entre un par de electrones enlazantes-par de electrones enlazantes. La molecular de PCl3 es una molécula polar.