Ejercicios: Números cuánticos y configuraciones

El fósforo es un elemento no metálico esencial cuyo número atómico es Z = 15.

1. a) Escriba la configuración electrónica del átomo de fósforo en su estado fundamental según el principio de llenado progresivo o diagrama de Moeller.
2. b) Indique cuántos electrones desapareados posee en su capa de valencia de acuerdo con la regla de máxima multiplicidad de Hund y deduzca si el átomo neutro en estado fundamental exhibe propiedades paramagnéticas o diamagnéticas.

Considere el átomo de carbono en estado neutro (Z = 6), cuya configuración electrónica completa comienza con el subnivel $1s^2\,2s^2$ y finaliza con dos electrones situados en el subnivel 2p. En el siguiente esquema se recogen tres posibles distribuciones (A, B y C) para los dos electrones en los tres orbitales degenerados 2p:

1. a) Identifique cuál de las tres opciones corresponde al estado fundamental del carbono, razonando su elección a partir de las leyes cuánticas de llenado.
2. b) Analice detalladamente qué principio cuántico o regla se transgrede en cada una de las dos opciones restantes.

El hierro es un elemento de transición con número atómico Z = 26.

1. a) Escriba la configuración electrónica del átomo de hierro neutro en su estado fundamental y justifique por qué al ionizarse para formar el catión $\mathrm{Fe}^{2+}$ pierde antes los electrones del orbital 4s que los del subnivel 3d.
2. b) Escriba la configuración electrónica del catión $\mathrm{Fe}^{3+}$ y determine razonadamente cuál de las dos especies, $\mathrm{Fe}^{2+}$ o $\mathrm{Fe}^{3+}$, presentará un mayor número de electrones desapareados y, en consecuencia, un comportamiento paramagnético más intenso.

El cromo (Z = 24) y el cobre (Z = 29) presentan anomalías reconocidas respecto a la regla mnemotécnica habitual del diagrama de Moeller.

1. a) Formule la configuración electrónica en el estado fundamental predicha por el orden de llenado estándar de Moeller para el $\mathrm{Cr}$ y el $\mathrm{Cu}$, y contraste cada una con la configuración real experimentalmente comprobada.
2. b) Justifique la causa cuántica y energética de estas configuraciones anómalas basándose en la estabilidad asociada a los subniveles semillenos o completamente llenos y en la proximidad energética existente entre los orbitales 4s y 3d.