Números cuánticos 01

 
Halla los números cuánticos del último electrón de un átomo de cinc.
 
 
Solución:
 
Números cuánticos:
 
Principal: n = 1, 2, 3, ….∞
 
Azimutal: l = 0, 1, 2, … n – 1
 
Magnético: m = –l,…, 0, ….+l
 
Spin: ±1/2
 
Configuración electrónica de los 30 electrones que posee el cinc:
 
1s22s22p63s23p63d104s2

 

Aunque el cinc pertenece al bloque de los metales de transición los cuales constituyen los grupos 3 (IIIB) al 12 (IIB) del sistema periódico y son elementos cuyo electrón diferenciador (último electrón) se encuentra en un orbital d, es una excepción en la tabla periódica, pues por su comportamiento químico diferente, al igual que el resto de los elementos del grupo 12 (Cd, Hg), no se consideran metales de transición. Por lo tanto, el último electrón se encuentra en un orbital 4s, luego su número cuántico principal n es igual a 4.

Si n = 4, entonces l puede tomar los siguientes valores: 0, 1, 2, y 3, que corresponden a los subniveles: s, p, d, f luego, en este caso, l  = 0, por tanto m = 0.

Luego los números cuánticos del último electrón del cinc pueden ser:

(4, 0, 0, +1/2) y (4, 0, 0, –1/2)

Si consideramos el de spin negativo antes que el positivo, los números cuánticos del último electrón son:
 
(4, 0, 0, +1/2)
 
 
 

Espectros discontinuos. Rayas espectrales 02

 
Calcula la frecuencia de la cuarta línea de la serie de Balmer.
 
a)      Utilizando la fórmula de Bohr.
 
b)      Utilizando la fórmula de Rydberg.
 
Datos: h = 6,63·10–34 J · s; me = 9,1·10–31 kg; qe = 1,6·10–19 C; R = 3,29·1015 Hz
 
Solución:
 
Serie de rayos en el espectro del hidrógeno:
 
Serie de Lyman: n1 = 1, n2 = 2, 3, 4, 5, …..     
 
Serie de Balmer: n1 = 2, n2 = 3, 4, 5, …..
 
Serie de Paschen: n1 = 3, n2 = 4, 5, 6, …..
 
Serie de Brackett: n1 = 4, n2 = 5, 6, 7, …..
 
Serie de Pfund: n1 = 5, n2 = 6, 7, 8, …..
 
a)      En este caso el electrón caerá de la órbita 4 a la órbita 2, por tanto: n1 = 2 y n2 = 4.
 
Energía del electrón al cambiar de órbita según Borh:
 
 
el signo negativo indica que la energía es emitida por el electrón.
 
Pero E = f h, luego:
 
 
b)      Fórmula de Rydberg:
 
 
 

Espectros discontinuos. Rayas espectrales 01

 
Calcula la frecuencia que corresponde a la tercera raya de la serie de Balmer en el espectro del hidrógeno, así como la longitud de onda correspondiente a la primera serie de Brackett.
Dato: R = 1,097·107 m-1.
 
 
Solución:
 
 
Serie de rayos en el espectro del hidrógeno:
 
Serie de Lyman: n1 = 1, n2 = 2, 3, 4, 5, …..     
 
Serie de Balmer: n1 = 2, n2 = 3, 4, 5, …..
 
Serie de Paschen: n1 = 3, n2 = 4, 5, 6, …..
 
Serie de Brackett: n1 = 4, n2 = 5, 6, 7, …..
 
Serie de Pfund: n1 = 5, n2 = 6, 7, 8, …..
 
En el primer caso el electrón caerá de la órbita 5 a la órbita 2, por tanto: n1 = 2 y n2 = 5.
 
 
 
En el segundo caso, n1 = 4 y n2 = 5
 
 

Protones, neutrones y electrones. Isótopos. Iones 03

 

Con la siguiente tabla referida a especies contestar:
 

 

Especie
Nº protones
Nº neutrones
Nº electrones
A
9
10
9
B+2
12
12
10
C
12
13
12
D
11
12
11
E
10
9
10
F-2
8
8
10
G
11
13
11
 
a)      Quiénes son isótopos.
 
b)      Citar el tipo de ión.
 
c)      Hallar el número másico y el número atómico de cada especie.
 
Solución:
 
a)      Isótopos son átomos del mismo elemento pero con distinto número de neutrones.
 
b)      Los iones pueden ser de dos tipos con carga positiva, cationes, y con carga negativa, aniones.
 
c)      El número másico es igual a la suma de protones y electrones. El número atómico es igual al número de protones.
 

 

Especie
Isótopos
Tipo de ión
Nº másico
Nº atómico
A
19
9
B+2
Catión
24
12
C
25
12
D
Isótopo
23
11
E
19
10
F-2
Anión
16
8
G
Isótopo
24
11
           
B+2 y C no son isótopos porque el primero es un ión no un átomo.
 
 

Protones, neutrones y electrones. Isótopos. Iones 02

 

Completar la siguiente tabla referida a átomos e iones:

Especie
Nº protones
Nº neutrones
Nº electrones
A
Z
Distribución electrónica
1er nivel
2º nivel
3er nivel
P
15
16
 
 
 
 
 
 
Mg+2
 
 
 
24
12
 
 
 
Si
 
14
 
28
 
 
 
 
F
 
10
 
 
9
 
 
 
S-2
16
 
 
32
 
 
 
 
 
Solución:
 
Nº atómico = Nº protones = Nº electrones
 
Nº másico o peso atómico = Nº protones + Nº neutrones, o bien: Nº neutrones = Nº másico – Nº protones.
 
En los iones de carga positiva: Nº electrones = Nº de protones menos número de carga positiva.
 
En los iones de carga negativa: : Nº electrones = Nº de protones más el número de carga negativa.
 

Para el elemento de la primera fila, el fosforo, tenemos que:

Nº electrones = Nº protones = 15

Peso atómico (A) = Nº protones + Nº neutrones = 15 + 16 = 31

Nº atómico (Z) = Nº protones = 15

En la segunda fila tenemos al ión magnesio con dos cargas positivas (lo indica el +2), luego se trata de un átomo que ha perdido 2 electrones.

El número de protones es igual al número atómico (Z), por tanto:

Nº protones = 12

El número de neutrones es igual al número másico (A) menos el número de protones, luego:

Nº neutrones = 24 – 12 = 12

Cuando se trata de un átomo el número de electrones es igual al de protones, pero, en este caso, ya hemos dicho que tiene 2 electrones menos, luego tendremos que:

Nº electrones = 12 – 2 = 10

Para el elemento de la tercera fila, el silicio, tenemos que:

Nº protones = Peso atómico – Nº neutrones = 28 – 14 = 14

Nº electrones = Nº protones = 14

Nº atómico (Z) = Nº protones = 14

En la cuarta fila tenemos al ión flúor con una carga negativa (lo indica el –), luego se trata de un átomo que ha ganado 1 electrón.

El número de protones es igual al número atómico (Z), por tanto:

Nº protones = 9

Cuando se trata de un átomo el número de electrones es igual al de protones, pero, en este caso, ya hemos dicho que tiene 1 electrón más, luego tendremos que:

Nº electrones = 9 + 1 = 10

Peso atómico (A) = Nº protones + Nº neutrones = 9 + 10 = 19

En la quinta fila tenemos al ión azufre, S–2, que posee dos cargas negativas (lo indica el –2), por ganancia de 2 electrones.

Neutrones = Peso atómico – protones = 32 – 16 = 16

Electrones = Protones + 2 = 16 + 2 = 18

Nº atómico = Protones = 16

Todo lo visto hasta ahora, se resume en el siguiente cuadro:

 
Especie
Nº protones
Nº neutrones
Nº electrones
A
Z
Distribución electrónica
1er nivel
2º nivel
3er nivel
P
15
16
15
31
15
 
 
 
Mg+2
12
12
10
24
12
 
 
 
Si
14
14
14
28
14
 
 
 
F
9
10
10
19
9
 
 
 
S-2
16
16
18
32
16
 
 
 
 
Para la distribución de los electrones debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones con respecto al sistema periódico:
 
En el primer período (filas) hay dos elementos, por tanto el máximo número de electrones que se pueden colocar son 2.
 
En el segundo período hay 8 elementos, luego el máximo número de electrones que caben son 8.
 
En el tercer período hay otros 8 elementos, por consiguiente el máximo número de electrones que se pueden colocar son 8.

Ejemplo:

         En el fósforo (P) hay que distribuir 15 electrones, luego en el primer nivel colocaremos 2 electrones (el máximo posible), en el segundo nivel 8 y como ya hemos utilizado 10 electrones nos quedan 5 que situamos en el tercer nivel.  

Todo lo anterior viene resumido en la siguiente tabla:
 
Especie
Nº protones
Nº neutrones
Nº electrones
A
Z
Distribución electrónica
1er nivel
2º nivel
3er nivel
P
15
16
15
31
15
2
8
5
Mg+2
12
12
10
24
12
2
8
0
Si
14
14
14
28
14
2
8
4
F
9
10
10
19
9
2
8
0
S-2
16
16
18
32
16
2
8
8
 
Siendo A el número másico y Z el número atómico.