T1: Estructura atómica · Átomos e iones — QUIMICA PEvAU Andalucía 2024

T1: Estructura atómica

Átomos e iones

Teoría

2024 · Extraordinaria · Reserva

Para el elemento $\ce{^{112}_{48}Cd}$ 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.

Configuración electrónicaNúmeros cuánticos

a) Para el isótopo de cadmio

\ce{^{112}_{48}Cd}

, el número atómico es

Z = 48

y el número másico es

A = 112

. El número de protones es igual al número atómico, por lo tanto, tiene 48 protones. Al tratarse de un átomo neutro, el número de electrones coincide con el de protones, siendo 48 electrones. El número de neutrones se calcula restando el número atómico al número másico:

N = A - Z = 112 - 48 = 64

neutrones.b) Los números cuánticos definen el estado energético y la región de probabilidad de encontrar un electrón: el número cuántico principal (

n

) indica el nivel de energía (

n = 1, 2, 3, \dots

); el secundario o azimutal (

l

) determina la forma del orbital y depende de

n

(

l = 0, \dots, n-1

), donde los valores

0, 1, 2, 3

corresponden a los orbitales

s, p, d, f

respectivamente; el magnético (

m_l

) indica la orientación espacial del orbital (valores desde

-l

hasta

+l

); y el de espín (

m_s

) describe el giro del electrón (

\pm 1/2

Siguiendo el principio de Aufbau, la configuración electrónica del $\ce{Cd}$ ( $Z=48$ ) es $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2 3d^{10} 4p^6 5s^2 4d^{10}$ . El electrón diferenciador es el último electrón en entrar siguiendo el orden de energía, el cual se sitúa en un orbital $4d$ . Para un orbital $d$ , el valor de $l$ es 2, y al estar en el cuarto nivel de energía, $n = 4$ . Un conjunto posible de números cuánticos para este electrón es:

(n, l, m_l, m_s) = (4, 2, -2, -1/2)

c) El cadmio es un metal de transición perteneciente al grupo 12. Su ion más estable es el catión

\ce{Cd^2+}

, que se forma al perder los dos electrones de su capa de valencia más externa, correspondiente al nivel energético

n=5

. Esta pérdida permite al ion mantener una configuración de subcapa

d

completa (

4d^{10}

), lo que le otorga una estabilidad de pseudo-gas noble. Aplicando el principio de Aufbau y el de exclusión de Pauli, la configuración electrónica resultante es:

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