Estructura atómica y sistema periódico
En la prueba de Química de 2º de Bachillerato de las Illes Balears este bloque se evalúa con cuestiones que combinan números cuánticos, configuración electrónica y tendencias periódicas. No basta con recitar la tabla: hay que justificar por qué un elemento tiene mayor radio atómico, por qué una combinación de números cuánticos es imposible o por qué una energía de ionización rompe la tendencia general del periodo.
Números cuánticos y configuración electrónica
- n = 1, 2, 3…; l = 0 … n−1 (s, p, d, f); m_l = −l … +l; m_s = ±½. Dos electrones no pueden compartir los cuatro valores (principio de Pauli).
- Orden de llenado (Aufbau): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p…; al condensar se ordena por n creciente: el cromo es [Ar] 3d⁵ 4s¹, no [Ar] 4s¹ 3d⁵.
- Excepciones de la primera serie de transición: Cr (3d⁵ 4s¹) y Cu (3d¹⁰ 4s¹), por la estabilidad adicional del subnivel semilleno o lleno.
- Al ionizar, se pierden primero los electrones de n mayor: Fe²⁺ = [Ar] 3d⁶, no 4s² 3d⁴.
Tendencias periódicas
- Radio atómico: disminuye al avanzar en un periodo (mayor carga nuclear efectiva) y aumenta al bajar en un grupo (más capas).
- Energía de ionización y electronegatividad: aumentan hacia la derecha y hacia arriba; la afinidad electrónica es irregular.
- Los cationes son siempre menores que el átomo neutro y los aniones mayores.
Ejemplo resuelto
¿Por qué la primera energía de ionización del Mg (738 kJ/mol) supera la del Al (578 kJ/mol) si la tendencia es crecer hacia la derecha? Configuraciones: Mg [Ne] 3s²; Al [Ne] 3s² 3p¹. En el magnesio se arranca un electrón de un orbital 3s completo, y el Mg⁺ resultante conserva el subnivel 3s lleno. En el aluminio el electrón más externo es 3p, está más apantallado por los electrones 3s y su salida deja Al⁺ con 3s², configuración especialmente estable. Esa estabilidad del ion explica la anomalía Mg > Al, igual que N > O y Be > B.
Errores que cuestan puntos
Escribir la configuración condensada con el 4s después del 3d; confundir carga nuclear efectiva con número atómico; olvidar las anomalías de ionización; definir la energía de ionización sin indicar que se mide en estado gaseoso; y dar valores numéricos de radio atómico sin unidades.