Estructura atómica y sistema periódico
Este bloque de la EvAU de Madrid se evalúa pidiendo configuraciones electrónicas de átomos neutros y de iones, el juego completo de números cuánticos del último electrón y la justificación razonada de tendencias periódicas al comparar dos o tres especies concretas.
Configuración electrónica
- Orden de llenado (Aufbau, regla de Madelung n+l): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p; a igual n+l, primero el n menor.
- Pauli: ningún electrón con los cuatro números cuánticos iguales; cada orbital admite dos electrones con espines opuestos.
- Hund: en un subnivel se colocan primero electrones desapareados.
- Excepciones que se preguntan expresamente: Cr [Ar]3d⁵4s¹ y Cu [Ar]3d¹⁰4s¹, por la estabilidad de subniveles semillenos y llenos.
- Al ionizar se pierden primero los electrones del ns, no los del (n−1)d: Fe [Ar]3d⁶4s² → Fe²⁺ [Ar]3d⁶.
Números cuánticos
n = 1, 2, 3…; l = 0…(n−1) con notación s, p, d, f; m = −l…+l; s = ±½. Un subnivel l contiene 2l+1 orbitales y como máximo 2(2l+1) electrones.
Tendencias periódicas
- Radio atómico: disminuye a lo largo de un periodo (aumenta la carga nuclear efectiva con el mismo número de capas) y aumenta al bajar en un grupo (se añade una capa).
- Energía de ionización: aumenta en el periodo y disminuye en el grupo; las discontinuidades Be > B y N > O se explican por la estabilidad del 2s² lleno y del 2p³ semilleno.
- Electronegatividad de Pauling: crece hacia arriba y hacia la derecha; el flúor es el máximo.
- Especies isoelectrónicas: a igual número de electrones, mayor carga nuclear implica menor radio.
Ejemplo resuelto
Ordena por tamaño creciente N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ y Al³⁺. Las seis tienen 10 electrones (configuración del Ne), pero la carga nuclear varía de Z = 7 a Z = 13. Cuanto mayor es Z, más atraídos están esos 10 electrones y menor es el radio, de modo que el orden es N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺. Lo que puntúa es el argumento «igual número de electrones, distinta carga nuclear», no la intuición.
Errores que restan puntos
- Colocar 3d antes de 4s al llenar, o quitar 3d en lugar de 4s al escribir un catión.
- Asignar l = n o dar m = 0 como único valor posible en un subnivel p.
- Justificar las tendencias «porque está más a la derecha» sin mencionar carga nuclear efectiva, apantallamiento o número de capas.