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T1: Estructura atómica
Números cuánticos y configuración electrónica
Problema
2017 · Ordinaria · Titular
2B
Examen

Un átomo tiene 3434 protones y 4444 neutrones y otro átomo posee 1919 protones y 2020 neutrones:

a) Indique el número atómico y el número másico de cada uno de ellos.b) Escriba un posible conjunto de números cuánticos para el electrón diferenciador de cada uno de ellos.c) Indique, razonadamente, cuál es el ión más estable de cada uno de ellos y escriba su configuración electrónica.
Estructura atómicaNúmeros cuánticos
a) El número atómico (ZZ) se define como el número de protones en el núcleo del átomo. El número másico (AA) se define como la suma del número de protones (ZZ) y el número de neutrones (NN). Para el primer átomo: Z=34Z = 34 A=Z+N=34+44=78A = Z + N = 34 + 44 = 78 Para el segundo átomo: Z=19Z = 19 A=Z+N=19+20=39A = Z + N = 19 + 20 = 39b) Los números cuánticos describen la energía, el tamaño, la forma y la orientación de un orbital, así como el espín del electrón. Son: El número cuántico principal (nn) indica el nivel de energía y el tamaño del orbital. Sus valores son números enteros positivos (n=1,2,3,...n = 1, 2, 3, ...). El número cuántico azimutal o del momento angular (ll) describe la forma del orbital. Sus valores van desde 00 hasta n−1n-1. A cada valor de ll se le asocia una letra: l=0l=0 (orbital s), l=1l=1 (orbital p), l=2l=2 (orbital d), l=3l=3 (orbital f). El número cuántico magnético (mlm_l) indica la orientación del orbital en el espacio. Sus valores van desde −l-l hasta +l+l, incluyendo el 00. El número cuántico de espín (msm_s) describe el sentido de giro del electrón. Sus valores son +1/2+1/2 o −1/2-1/2. Para el primer átomo (Z=34Z=34): El elemento es el Selenio (Se\ce{Se}). La configuración electrónica del Selenio (Se\ce{Se}) es 1s22s22p63s23p64s23d104p41s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^4. El electrón diferenciador es el último electrón añadido, que se encuentra en un orbital 4p4p. Para este electrón, los números cuánticos pueden ser: n=4n=4 (nivel 4) l=1l=1 (orbital p) ml=−1,0, o +1m_l=-1, 0, \text{ o } +1 (un valor posible, por ejemplo, 00) ms=+1/2 o −1/2m_s=+1/2 \text{ o } -1/2 (un valor posible, por ejemplo, +1/2+1/2) Un posible conjunto de números cuánticos es (4,1,0,+1/2)(4, 1, 0, +1/2). Para el segundo átomo (Z=19Z=19): El elemento es el Potasio (K\ce{K}). La configuración electrónica del Potasio (K\ce{K}) es 1s22s22p63s23p64s11s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1. El electrón diferenciador es el último electrón añadido, que se encuentra en un orbital 4s4s. Para este electrón, los números cuánticos pueden ser: n=4n=4 (nivel 4) l=0l=0 (orbital s) ml=0m_l=0 (solo hay una orientación para el orbital s) ms=+1/2 o −1/2m_s=+1/2 \text{ o } -1/2 (un valor posible, por ejemplo, +1/2+1/2) Un posible conjunto de números cuánticos es (4,0,0,+1/2)(4, 0, 0, +1/2). c) Los iones más estables tienden a alcanzar una configuración electrónica de gas noble, que se caracteriza por tener una capa de valencia completa (s2p6s^2p^6), lo que proporciona una gran estabilidad. Para el primer átomo (Z=34Z=34, Selenio, Se\ce{Se}): La configuración electrónica del Selenio es [Ar]3d104s24p4[Ar] 3d^{10} 4s^2 4p^4. Para alcanzar la configuración de gas noble del Kriptón ([Kr][Kr]) que es [Ar]3d104s24p6[Ar] 3d^{10} 4s^2 4p^6, el Selenio necesita ganar dos electrones para completar su capa 4p4p. Al ganar dos electrones, el átomo forma el ión divalente negativo SeX2−\ce{Se^{2-}}. La configuración electrónica del ión SeX2−\ce{Se^{2-}} es 1s22s22p63s23p64s23d104p61s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6, que corresponde a la configuración del gas noble Kriptón ([Kr][Kr]). Para el segundo átomo (Z=19Z=19, Potasio, K\ce{K}): La configuración electrónica del Potasio es [Ar]4s1[Ar] 4s^1. Para alcanzar la configuración de gas noble del Argón ([Ar][Ar]), el Potasio necesita perder un electrón de su orbital 4s4s. Al perder un electrón, el átomo forma el ión monovalente positivo KX+\ce{K+}. La configuración electrónica del ión KX+\ce{K+} es 1s22s22p63s23p61s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6, que corresponde a la configuración del gas noble Argón ([Ar][Ar]).