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T1: Estructura atómica
Números cuánticos y configuración electrónica
Teoría
2024 · Extraordinaria · Suplente
B1
Examen
BLOQUE B (Cuestiones)

Para el elemento X48112X2482112Cd\ce{^{112}_{48}Cd} indique:

a) Número de protones, electrones y neutrones que tiene.b) Un conjunto posible de números cuánticos para su electrón diferenciador.c) La configuración electrónica del ion más estable.
Estructura atómicaConfiguración electrónica
a) Para el isótopo de cadmio X48112X2482112Cd\ce{^{112}_{48}Cd}, el número atómico (ZZ) representa la cantidad de protones, que en un átomo neutro coincide con el número de electrones. El número másico (AA) representa la suma de protones y neutrones.
Z=48⇒48 protones y 48 electronesZ = 48 \Rightarrow 48 \text{ protones y } 48 \text{ electrones}
n=A−Z=112−48=64 neutronesn = A - Z = 112 - 48 = 64 \text{ neutrones}
b) Los números cuánticos definen el estado de un electrón en un átomo: el número cuántico principal (nn) indica el nivel de energía (n=1,2,3…n = 1, 2, 3 \dots); el secundario o azimutal (ll) determina la forma del orbital (0≤l≤n−10 \leq l \leq n-1), donde los valores 0,1,2,30, 1, 2, 3 corresponden a los orbitales s,p,d,fs, p, d, f respectivamente; el magnético (mlm_l) indica la orientación espacial del orbital (−l≤ml≤+l-l \leq m_l \leq +l); y el de espín (msm_s) el sentido de giro del electrón (±1/2\pm 1/2).

Basándonos en el principio de Aufbau, la configuración electrónica del cadmio (Z=48Z = 48) en su estado fundamental es:

1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d101s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10}

El electrón diferenciador es el último electrón que entra en la configuración, situado en el orbital 4d4d. Por tanto, sus números cuánticos principal y secundario son n=4n = 4 y l=2l = 2. Aplicando el principio de exclusión de Pauli y la regla de máxima multiplicidad de Hund, un conjunto posible para el último electrón de la subcapa 4d104d^{10} es:

(4,2,2,−1/2)(4, 2, 2, -1/2)
c) El ion más estable del cadmio es el catión CdX2+\ce{Cd^{2+}}. Al formarse el ion, el átomo pierde los dos electrones situados en el nivel de energía más externo (el orbital 5s5s) antes que los de la subcapa 4d4d, de acuerdo con el principio de Aufbau, para obtener una configuración de capas completas.
CdX2+:1s22s22p63s23p64s23d104p64d10\ce{Cd^{2+}}: 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 4d^{10}