La configuración electrónica

En el modelo de Bohr, los electrones seguían órbitas exactas alrededor del núcleo, como los planetas alrededor del Sol. Hoy el modelo cuántico habla de orbitales. La figura compara los dos modelos.

Explica con tus palabras qué es un orbital y en qué se diferencia de una órbita del modelo de Bohr.

Cada orbital puede alojar como máximo $2$ electrones. Un subnivel $s$ tiene un único orbital y un subnivel $p$ tiene $3$ orbitales, como se muestra en la figura.

Calcula cuántos electrones caben como máximo en un subnivel $s$ y cuántos en un subnivel $p$.

El diagrama de Moeller ordena los subniveles por diagonales, de menor a mayor energía, como se muestra en la figura. Los primeros tramos son: $1s$; después $2s$; después la diagonal $2p$-$3s$; después la diagonal $3p$-$4s$; y luego la diagonal $3d$-$4p$-$5s$.

Ordena los siguientes subniveles de menor a mayor energía: $3s$, $4s$, $1s$, $3p$, $2p$, $2s$ y $3d$.

El potasio ($Z = 19$) de los plátanos tiene un electrón más que el argón. Según el diagrama de Moeller, cuando el subnivel $3p$ está lleno se empieza a ocupar el $4s$, que tiene menos energía que el $3d$, como se muestra en la figura.

1. a) Escribe la configuración electrónica del potasio.
2. b) Indica en qué subnivel se encuentra su electrón de valencia.

El Sol está hecho sobre todo de hidrógeno ($Z = 1$) y los globos que flotan en las ferias se llenan con helio ($Z = 2$). Escribe la configuración electrónica de cada elemento e indica en qué subnivel se encuentran sus electrones.

Las baterías de los celulares contienen litio ($Z = 3$).

1. a) Escribe su configuración electrónica.
2. b) Explica por qué el tercer electrón no puede ocupar el subnivel $1s$.

Una sonda espacial analiza la atmósfera de un planeta y encuentra átomos cuya configuración electrónica es $1s^2\ 2s^2\ 2p^4$.

1. a) ¿Cuántos electrones tiene cada uno de esos átomos?
2. b) Sabiendo que en un átomo neutro el número de electrones coincide con el número atómico $Z$, ¿de qué elemento se trata?

Un estudiante escribe en su cuaderno que la configuración del sodio ($Z = 11$) es $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^3$. Encuentra el error, explica por qué esa configuración es imposible y escribe la configuración correcta.

El carbono ($Z = 6$) está en la mina de los lápices, en el diamante y en todas las moléculas de los seres vivos.

1. a) Escribe su configuración electrónica.
2. b) Indica cuántos electrones de valencia (los electrones de su último nivel) tiene.

Los postes de luz anaranjada de muchas autopistas son lámparas de vapor de sodio ($Z = 11$).

1. a) Escribe la configuración electrónica del sodio.
2. b) ¿Cuántos electrones de valencia tiene?

El cloro ($Z = 17$) se utiliza para desinfectar el agua de las piscinas.

1. a) Escribe su configuración electrónica.
2. b) Indica cuántos electrones de valencia tiene y cuántos le faltan para completar su último nivel.

Los letreros luminosos de muchos bares y cines funcionan con neón ($Z = 10$).

1. a) Escribe su configuración electrónica.
2. b) Comprueba que su último nivel está completo y explica por qué el neón es un gas tan poco reactivo.

Entre los dos vidrios de muchas ventanas de doble vidrio se encierra argón ($Z = 18$), un gas que no reacciona prácticamente con nada.

1. a) Escribe su configuración electrónica.
2. b) Explica, observando su último nivel, por qué el argón es tan poco reactivo.

El calcio ($Z = 20$) es el mineral de los huesos y de los arrecifes de coral.

1. a) Escribe su configuración electrónica.
2. b) ¿Cuántos electrones de valencia tiene?

Para el potasio ($Z = 19$), un estudiante escribe la configuración $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 3d^1$ y razona que «después del subnivel $3p$ le toca al $3d$».

1. a) Escribe la configuración correcta aplicando el orden del diagrama de Moeller.
2. b) Explica qué error cometió el estudiante.
3. c) Según la configuración correcta, ¿cuántos electrones de valencia tiene el potasio?

El suero fisiológico que se administra en los hospitales contiene iones $\text{Na}^+$.

1. a) Escribe la configuración electrónica del átomo de sodio ($Z = 11$) y la del ion $\text{Na}^+$.
2. b) ¿Con qué gas noble coincide la configuración del ion?

En la sal de cocina el cloro ($Z = 17$) está presente como ion cloruro, $\text{Cl}^-$.

1. a) Escribe la configuración electrónica del ion $\text{Cl}^-$.
2. b) Comprueba que coincide con la configuración de un gas noble e indica de cuál se trata.

La configuración electrónica de un elemento termina en $3p^5$.

1. a) Escribe su configuración completa y deduce su número atómico.
2. b) ¿Cuántos electrones le faltan para completar el nivel $3$ (incluidos sus orbitales $3d$)?
3. c) Predice el ion más probable que formará ese elemento y escribe la configuración de dicho ion.

En la electrónica de celulares y computadoras se utiliza una cerámica muy resistente al calor, el nitruro de aluminio, formado por iones $\text{Al}^{3+}$ y iones $\text{N}^{3-}$ ($Z$: Al = 13, N = 7), como se muestra en la figura.

1. a) Escribe la configuración electrónica de cada uno de los dos iones.
2. b) Comprueba que ambos tienen el mismo número de electrones (se dice que son isoelectrónicos).
3. c) Explica por qué, teniendo los mismos electrones, uno tiene carga $3+$ y el otro carga $3-$ (piensa en los protones de cada núcleo).

Algunos antiácidos de farmacia contienen óxido de magnesio, $\text{MgO}$, formado por iones $\text{Mg}^{2+}$ e iones $\text{O}^{2-}$ ($Z$: Mg = 12, O = 8).

1. a) Escribe la configuración electrónica de cada ion.
2. b) Comprueba que los dos iones tienen el mismo número de electrones.
3. c) A partir de las configuraciones de los átomos neutros, explica por qué al magnesio le «conviene» perder $2$ electrones y al oxígeno ganar $2$.

Un ion $\text{X}^{2+}$ tiene la configuración electrónica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6$.

1. a) Calcula cuántos electrones tiene el ion y deduce el número atómico del elemento X.
2. b) Un ion $\text{Y}^{-}$ tiene exactamente la misma configuración: deduce también su número atómico.
3. c) Con ayuda de la tabla periódica, nombra los elementos X e Y.

En los videos de laboratorio se observa que el sodio ($Z = 11$) y el potasio ($Z = 19$) reaccionan con el agua de forma muy parecida, desprendiendo una llama.

1. a) Escribe las configuraciones electrónicas de los dos elementos.
2. b) Señala qué tienen en común sus capas de valencia.
3. c) Usa ese parecido para explicar por qué los dos elementos se comportan químicamente de forma tan similar.

Para fundir el hielo de las carreteras en invierno se emplea cloruro de magnesio, $\text{MgCl}_2$ ($Z$: Mg = 12, Cl = 17).

1. a) Escribe las configuraciones electrónicas de los dos átomos y de sus iones $\text{Mg}^{2+}$ y $\text{Cl}^-$.
2. b) Razona, a partir de las cargas de los iones, por qué la fórmula del compuesto es $\text{MgCl}_2$ y no $\text{MgCl}$.

Las bebidas isotónicas para deportistas contienen, entre otros, iones $\text{K}^+$, $\text{Ca}^{2+}$ y $\text{Mg}^{2+}$ ($Z$: K = 19, Ca = 20, Mg = 12).

1. a) Escribe la configuración electrónica de cada uno de los tres iones.
2. b) ¿Qué tienen en común las tres configuraciones?
3. c) Explica, a partir de ese punto en común, por qué a estos tres elementos les resulta tan fácil formar iones positivos.