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.

Explique con sus 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.

Calcule 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 $3d$-$4p$-$5s$.

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

El potasio ($Z = 19$) de los bananos 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) Escriba la configuración electrónica del potasio.
2. b) Indique 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 ($Z = 2$). Escriba la configuración electrónica de cada elemento e indique en qué subnivel se encuentran sus electrones.

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

1. a) Escriba su configuración electrónica.
2. b) Explique 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 $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^3$. Encuentre el error, explique por qué esa configuración es imposible y escriba 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) Escriba su configuración electrónica.
2. b) Indique cuántos electrones de valencia (los electrones de su último nivel) tiene.

Las luces anaranjadas de muchas autopistas son lámparas de vapor de sodio ($Z = 11$).

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

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

1. a) Escriba su configuración electrónica.
2. b) Compruebe que su último nivel está completo y explique 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 casi no reacciona con nada.

1. a) Escriba su configuración electrónica.
2. b) Explique, 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) Escriba 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) Escriba la configuración correcta aplicando el orden del diagrama de Moeller.
2. b) Explique 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) Escriba 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) Escriba la configuración electrónica del ion $\text{Cl}^-$.
2. b) Compruebe que coincide con la configuración de un gas noble e indique de cuál se trata.

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

1. a) Escriba su configuración completa y deduzca su número atómico.
2. b) ¿Cuántos electrones le faltan para completar el nivel $3$ (incluidos sus orbitales $3d$)?
3. c) Prediga el ion más probable que formará ese elemento y escriba 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) Escriba la configuración electrónica de cada uno de los dos iones.
2. b) Compruebe que ambos tienen el mismo número de electrones (se dice que son isoelectrónicos).
3. c) Explique por qué, teniendo los mismos electrones, uno tiene carga $3+$ y el otro carga $3-$ (piense 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) Escriba la configuración electrónica de cada ion.
2. b) Compruebe que los dos iones tienen el mismo número de electrones.
3. c) A partir de las configuraciones de los átomos neutros, explique por qué al magnesio le «conviene» perder $2$ electrones y al oxígeno ganar $2$.

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

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

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

1. a) Calcule cuántos electrones tiene el ion y deduzca el número atómico del elemento X.
2. b) Un ion $\text{Y}^{-}$ tiene exactamente la misma configuración: deduzca también su número atómico.
3. c) Con ayuda de la tabla periódica, nombre 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) Escriba las configuraciones electrónicas de los dos elementos.
2. b) Señale qué tienen en común sus capas de valencia.
3. c) Use ese parecido para explicar por qué los dos elementos se comportan químicamente de forma tan similar.

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