Problemas configuracion electronica TEMA 2MONTOYA

Química 2º Bachillerato
ESTRUCTURA ATÓMICA
Tema 2.- ESTRUCTURA ATÓMICA
CUESTIONES Y PROBLEMAS
Cuestión 1.- Un elemento posee un número atómico de 38 y un número másico de 87.
a) Calcular el número de partículas subatómicas que lo forman.
b) Cuál es el número de protones y de electrones que posee su ión divalente positivo.
Solución:
a)
Z  número de protones  38.
Como el átomo es neutro : número protones  número electrones  38
A  Z  N  N  A  Z  87  38  49
b)
El número de protones permanece cons tan te : 38
El número de electrones se mod ifica : 38  2  36
_______________________________________________________________________________
Cuestión 2.- Un láser emite luz cuya longitud de onda es de 780 nm.
a) ¿Cuál es la frecuencia de esta radiación?
b) ¿Qué energía tiene un fotón de esa longitud de onda?
Datos. c = 3.108 m/s ; h = 6,63.10-34 J.s ; 1 nm = 10-9 m
Solución:
a)

c
E  h 

; c   
3 10 m / s
 3,846 1014 s 1
9
780 10 m
8

E  h   6,63 1034 J  s  3,846 1014 s 1  2,55 1019 J
b)
_______________________________________________________________________________
Cuestión 3.- En el espectro de emisión del átomo de hidrógeno se observa una línea a 486 nm.
Calcular, para dicha línea:
a) La energía que lleva asociada un fotón.
b) La energía que lleva asociada un mol de fotones.
Datos. c = 3.108 m/s ; h = 6,63.10-34 J.s ; 1 nm = 10-9 m
Solución:
a)
b)
E  h 
E  h   h 
4,1 10
19
c

 6,63 10 34 J  s 
; c   
3 108 m / s
 4,110 19 J / fotón
9
486 10 m
J
6,022 10 23 fotones

 2,469 105 J / mol
fotón
1 mol
_______________________________________________________________________________
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ESTRUCTURA ATÓMICA
Cuestión 4.- Calcular la longitud de onda asociada a los siguientes casos:
a) Un neutrón que se mueve a la velocidad de 10 km/s.
b) Un móvil de 20 g de masa que se mueve a 72 km/h.
Datos. h = 6,63.10-34 J.s ; m neutrón = 1,675.10-27 kg
Solución:

h
mv
h
6,63 10 34 J  s
a)  

 3,958 10 11 m
 27
1
m  v 1,675 10 kg 10000 m  s
b)

h

mv
6,63 10 34 J  s
 1,658 10 33 m
3
10 m
20 10 3 kg  72
3600 s
_______________________________________________________________________________
Cuestión 5.- La longitud de onda de un fotón de luz verde es 5,4.10 -4 cm. Calcular la energía de
un mol de fotones de luz verde.
Datos. c = 3.108 m/s ; h = 6,63.10-34 J.s
Solución:
E  h 
E  h   h 
c

 6,63 10
3,683 10 20
34
; c   
3 108 m / s
J s 
 3,683 10 20 J / fotón
6
5,4 10 m
J
6,022 10 23 fotones

 2,218 10 4 J / mol
fotón
1 mol
_______________________________________________________________________________
Cuestión 6.- Si la diferencia de energía entre dos estados electrónicos es de 46,12 kcal/mol.
Calcular la frecuencia del fotón emitido cuando un electrón experimenta un tránsito electrónico
entre esos estados energéticos.
Datos. h = 6,63.10-34 J.s ; 1 cal = 4,18 J
Solución:
E  46,12
E  1,928 105

kcal
cal
J
 103
 4,18
 1,928 105 J / mol
mol
kcal
cal
J
1 mol
 3,2 10 19 J / fotón
23
mol 6,022 10 fotones
E
3,2 10 19 J

 4,83 1014 s 1
34
h 6,63 10 J  s
_______________________________________________________________________________
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Cuestión 7.- Calcular la frecuencia, el período y la energía de una radiación de 954,6 nm situada
en la zona infrarroja del espectro del hidrógeno.
Datos. h = 6,63.10-34 J.s ; c = 3.108 m/s
Solución:
E  h 
; c   
3  108  954,6  10 9 
T
1


   3,143  1014 s 1
1
 3,182  10 15 s
14
3,143  10
E  h  6,63  10 34  3,143  1014  2,083  10 19 J
_______________________________________________________________________________
Cuestión 8.- Hallar la frecuencia y la longitud de onda de la radiación emitida cuando un electrón
en el átomo de hidrógeno salta desde la órbita n = 3 hasta la órbita n = 2.
Datos. RH = 1,097.107 m-1 ; c = 3.108 m/s
Solución:
 1
1 
 RH  2  2 

 n1 n2 
1
1
 1
 1,097 10 7 m 1  2  2   1,524 10 6 m 1

3 
2
1
   6,56 10 7 m
3 108 m / s
 
 4,57 1014 s 1
7
 6,56 10 m
c
_______________________________________________________________________________
Cuestión 9.a) Calcular la diferencia energética entre la tercera y la cuarta órbita de Bohr, expresando el
resultado en eV.
b) ¿Cuál será la frecuencia de la luz emitida por un átomo cuando un electrón pasa desde la
cuarta órbita a la tercera?
Datos. RH = 1,097.107 m-1 ; c=3.108 m/s ; h=6,63.10-34 J.s ; 1 eV=1,6.10-19 J
Solución:
 1
1 
 RH  2  2 

 n1 n2 
1
a)
1 1 
 1,097 10 7 m 1  2  2   5,33 105 m 1

3 4 
1
E  h   h 
c

 6,63 10 34 J  s
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   1,88 10 6 m
3 108 m / s
 1,06 10 19 J
6
1,88 10 m
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ESTRUCTURA ATÓMICA
1,06.10 19 J
b)

c


1 eV
 0,6625 eV
1,6 10 19 J
3 108 m / s
 1,6 1014 s 1
6
1,88 10 m
_______________________________________________________________________________
Cuestión 10.- Determinar el tránsito electrónico que se produce cuando el átomo de hidrógeno
emite un fotón de longitud de onda 102,6 nm.
Datos. RH = 1,097.107 m-1 ; 1 nm = 10-9 m
Solución:
 1
1 
 RH  2  2 

 n1 n2 
1
1 1 
1
 1,097 107 m 1  2  2   n2  3
9
102,6 10 m
 1 n2 
Pasa de n2 = 3 a n1 = 1
_______________________________________________________________________________
Cuestión 11.- Calcular la longitud de onda mínima y máxima de la serie de Balmer del espectro
atómico del hidrógeno. (RH = 1,097.107 m-1)
Solución:
 1
1 
 RH  2  2 

 n1 n2 
1
1
1
 1
 1,097 10 7 m 1  2  2   1,524 10 6 m 1

3 
2
 mínima  6,56 10 7 m
1 
 1
 1,097 10 7 m 1  2  2   2,74 10 6 m 1

 
2
 máxima  3,65 10 7 m
1
_______________________________________________________________________________
Cuestión 12.- Calcular la longitud de onda de la segunda línea de Balmer del espectro del
hidrógeno. (RH = 1,097.107 m-1)
Solución:
 1
1 
 RH  2  2 

 n1 n2 
1
1 
 1
 1,097 107 m 1  2  2   2,06 10 6 m 1

4 
2
1
   4,85 10 7 m
_______________________________________________________________________________
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Cuestión 13.- Dados los valores de números cuánticos:
(4, 2, 3, -1/2) ; (3, 2, 1, 1/2) ; (2, 0, -1, 1/2) y (1, 0, 0, 1/2)
a) Indique cuáles de ellos no están permitidos.
b) Indique el nivel y el orbital en el que se encontrarían los electrones definidos por los
valores de los números cuánticos permitidos.
Solución:
a) (4, 2, 3, -1/2). No permitido, pues m>l y esto no es posible.
(3, 2, 1, 1/2). Permitido.
(2, 0, -1, 1/2). No permitido, pues para l=0, solo puede ser m=0.
(1, 0, 0, 1/2). Permitido.
b) (3, 2, 1, 1/2). Corresponde al nivel 3 y es un orbital 3d.
(1, 0, 0, 1/2). Corresponde al nivel 1 y es un orbital 1s.
_______________________________________________________________________________
Cuestión 14.- Escriba las configuraciones electrónicas del átomo e iones siguientes: Al (Z = 13) ,
Na+ (Z = 11) , O2- (Z = 8).
a) ¿Cuáles son isoelectrónicos?
b) ¿Cuál o cuáles tienen electrones desapareados?
Solución:
a) Al (Z=13): 1s2 2s22p6 3s23p1 ; Na+ (Z=11): 1s2 2s22p6 ; O2- (Z=8): 1s2 2s22p6
Son isoelectrónicos (mismo número de electrones): Na + y O2-.
b) Solo el Al tiene un electrón desapareado en el orbital 3p.
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Cuestión 15.a) Indique cuáles de los siguientes grupos de números cuánticos son posibles para un
electrón en un átomo: (4, 2, 0, 1/2) ; (3, 3, 2, -1/2) ; (2, 0, 1, 1/2) ; (3, 2, -2, -1/2) ; (2, 0, 0, 1/2).
b) De las combinaciones de números cuánticos anteriores que sean correctas, indique el
orbital donde se encuentra el electrón.
c) Enumere los orbitales del apartado anterior en orden creciente de energía.
Solución:
a) (4, 2, 0, 1/2). Permitido.
(3, 3, 2, -1/2). No permitido, pues n>l.
(2, 0, 1, 1/2). No permitido, pues para l=0, solo puede ser m=0.
(3, 2, -2, -1/2). Permitido.
(2, 0, 0, -1/2). Permitido.
b) (4, 2, 0, 1/2). Corresponde a un orbital 4d.
(3, 2, -2, -1/2). Corresponde a un orbital 3d.
(2, 0, 0, -1/2). Corresponde a un orbital 2s.
c) 2s < 3d < 4d.
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Cuestión 16.a) Escriba la configuración electrónica de los átomos de los elementos con números atómicos
20, 30 y 35.
b) Indique, razonadamente, cuál es el ión más estable de cada uno de ellos y escriba su
configuración electrónica.
Solución:
a) A (Z=20): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2
B (Z=30): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d10
C (Z=30): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d10 4p5
b) A – 2eB – 2e-
 A2+. Pues si pierde dos electrones alcanza la configuración de gas noble.
 B2+. Pues si pierde dos electrones alcanza una configuración estable con
una capa llena.
C + 1e-
 C-. Pues si gana un electrón alcanza la configuración de gas noble.
Cuestión 17.- Los elementos X, Y, Z tienen números atómicos 13, 20 y 35, respectivamente.
a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos.
b) ¿Serían estables los iones X2+, Y2- y Z2-? Justifique las respuestas.
Solución:
a) X (Z=13): 1s2 2s22p6 3s23p1
Y (Z=20): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2
Z (Z=35): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d10 4p5
b) El ion X2+ no es estable, pues el átomo X tiende a perder tres electrones y formar el ion X 3+
para alcanzar la configuración de gas noble.
El ion Y2- no es estable, pues el átomo Y tiende a perder dos electrones y formar el ion Y 2+ para
alcanzar la configuración de gas noble.
El ion Z2- no es estable, pues el átomo Z tiende a ganar un electrón y formar el ion Z - para alcanzar
la configuración de gas noble.
Cuestión 18.- Los números atómicos de los elementos A, B y C son, respectivamente, 19, 31 y
36.
a) Escriba las configuraciones electrónicas de estos elementos.
b) Indique qué elementos, de los citados, tienen electrones desapareados.
c) Indique los números cuánticos que caracterizan a esos electrones.
Solución:
a) A (Z=19): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s1
B (Z=31): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d10 4p1
C (Z=36): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d10 4p6
b) El elemento A tiene un electrón desapareado en el orbital 4s.
El elemento B tiene un electrón desapareado en el orbital 4p.
c) (4, 0, 0, +1/2) ; (4, 1, -1, +1/2)
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Cuestión 19.- Indique:
a) Los subniveles de energía, dados por el número cuántico secundario l, que corresponden
al nivel cuántico n=4.
b) A qué tipo de orbitales corresponden los subniveles anteriores.
c) Si existe algún subnivel de n=5 con energía menor que algún subnivel de n=4, diga cuál.
Solución:
a) Para n=4, l puede valer 0, 1, 2 y 3.
b) 4s, 4p, 4d, 4f.
c) El 5s tiene menos energía que el 4d y el 5p menos que el 4f.
_______________________________________________________________________________
Cuestión 20.a) Indique el número de electrones desapareados que hay en los siguientes átomos: As (Z =
33), Cl (Z = 17), Ar (Z = 18).
b) Indique los grupos de números cuánticos que corresponderán a esos electrones
desapareados.
Solución:
a) As (Z=33): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2 3d10 4p3. Tiene 3 en los orbitales 4p.
Cl (Z=17): 1s2 2s22p6 3s23p5. Tiene 1 en los orbitales 3p.
Ar (Z=18): 1s2 2s22p6 3s23p6. No tiene.
b) (4, 1, -1, +1/2) ; (4, 1, 0, +1/2) ; (4, 1, 1, +1/2) ; (3, 1, 1, +1/2)
_______________________________________________________________________________
Cuestión 21.- Los números cuánticos de cuatro electrones de cierto átomo son:
(4, 0, 0, 1/2) ; (3, 1, 1, 1/2) ; (3, 2, -2, -1/2) ; (4, 1, 1, -1/2). Identificar el orbital que ocupa cada
electrón y ordénelos en orden creciente de energía.
Solución:
(4, 0, 0, 1/2): orbital 4s ; (3, 1, 1, 1/2): orbital 3p ; (3, 2, -2, -1/2): orbital 3d
(4, 1, 1, -1/2): orbital 4p
Orden: 3p < 4s < 3d < 4p
Cuestión 22.- Razonar en qué se diferencian y en qué se parecen las siguientes parejas de
electrones, sabiendo que pertenecen al mismo átomo.
a) (2, 1, 0, 1/2) y (2, 1, 1, 1/2) ; b) (3, 2, 1, 1/2) y (3, 1, 0, -1/2)
Solución:
a) Se parecen: en la energía, en la forma del orbital y en el giro del electrón.
Se diferencian: en la orientación espacial.
b) Se parecen: en la energía.
Se diferencian: en la forma del orbital, en la orientación espacial y en el giro del electrón.
_______________________________________________________________________________
Cuestión 23.- Escriba los números cuánticos correspondientes a un electrón de los orbitales
siguientes: 3s, 4p, 3d, 5f.
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Solución:
3s: (3, 0, 0, 1/2) ; 4p: (4, 1, -1, 1/2) ; 3d: (3, 2, -2, 1/2) ; 5f: (5, 3, -3, 1/2)
_______________________________________________________________________________
Cuestión 24.- Conteste a las siguientes preguntas:
a) ¿Cuántos orbitales hay en el segundo nivel de energía?
b) En qué se parecen y en qué se diferencian los orbitales 1s y 2s.
c) En qué se parecen y en que se diferencian los orbitales 2p de un átomo.
Solución:
a) Para n=2, l=0, 1. Si l=0 (1 orbital s). Si l=1 (3 orbitales p). Total: 4 orbitales.
b) Se parecen en la forma. Se diferencian en la energía y en el tamaño.
c) Se parecen en la energía y en la forma. Se diferencian en la orientación espacial.
Cuestión 25.- Sean las configuraciones electrónicas de los átomos neutros:
A (1s2 2s22p6 3s1) ; B (1s2 2s22p6 6p1)
Razonar si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Se necesita energía para pasar de A a B.
b) A y B representan elementos distintos.
c) Se requiere menor energía para arrancar un electrón de B que de A.
Solución:
a)
Verdadera. Se observa que el B es un estado excitado del A, por lo que se necesita energía.
b)
Falsa. Un elemento no var ía si no lo hace su número atómico.
Los dos tienen 11 electrones, y como son átomos neutros, tienen 11 protones, por lo que se
trata del mismo elemento.
c)
Verdadera. El último electrón de B está más elejado del núcleo, por lo que se necesita menos
energía para arrancarlo.
_______________________________________________________________________________
Cuestión 26.- Dadas las configuraciones electrónicas:
A: 1s2 3s1 ; B: 1s2 2s3 ; C: 1s2 2s22p6 3s23p5 ; D: 1s2 2s22px22py02pz0
Indique razonadamente:
a) La que no cumple el principio de exclusión de Pauli.
b) La que no cumple el principio de máxima multiplicidad de Hund.
c) La que, siendo permitida, contiene electrones desapareados.
Solución:
a) La configuración electrónica del elemento B no cumple el principio de exclusión de Pauli, pues
en un orbital solo puede haber como máximo dos electrones con sus espines opuestos (electrones
apareados).
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ESTRUCTURA ATÓMICA
b) La configuración electrónica del elemento D no cumple el principio de máxima multiplicidad de
Hund, pues uno de los electrones situado en el orbital 2px debería estar situado en el orbital 2py.
c) La configuración electrónica del elemento C tiene un electrón desapareado en el orbital 3p.
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Cuestión 27.a) Escriba las configuraciones electrónicas del Mg y del Al.
b) Basándose en las mismas, justifique si es de esperar la existencia de los iones Mg 3+ o Al3+
en algún compuesto sencillo.
Datos. Números atómicos: Mg = 12 , Al = 13.
Solución:
a) Mg (Z=12): 1s2 2s22p6 3s2
Al (Z=13): 1s2 2s22p6 3s23p1
;
b) Mg – 2e-  Mg2+. El átomo de magnesio tiene tendencia a perder los dos electrones de su
último nivel para conseguir una configuración estable de gas noble, por lo que es de esperar la
existencia del ion Mg2+ pero no la del ion Mg3+.
Al – 3e-  Al3+. El átomo de aluminio tiene tendencia a perder los tres electrones de su último
nivel para conseguir una configuración estable de gas noble, por lo que es de esperar la existencia
del ion Al3+.
_______________________________________________________________________________
Cuestión 28.- Los números atómicos de los elementos P y Mn son 15 y 25.
a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos.
b) Indique los números cuánticos que correspondan a los electrones situados, en cada caso,
en los orbitales más externos.
Solución:
a) P (Z=15): 1s2 2s22p6 3s23p3
;
Mn (Z=25): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d5
b) Para el fósforo el orbital más externo es el 3p3, y los números cuánticos correspondientes a los
tres electrones son:
(3, 1, -1, 1/2) ; (3, 1, 0, 1/2) ; (3, 1, 1, 1/2).
Para el manganeso, el orbital más externo es el 4s 2, y los números cuánticos correspondientes a
los dos electrones son:
(4, 0, 0, 1/2) ; (4, 0, 0, -1/2)
_______________________________________________________________________________
Cuestión 29.- Razone si las siguientes configuraciones electrónicas son posibles en un estado
fundamental o en un estado excitado:
a) 1s2 2s22p4 3s1
b) 1s2 2s22p6 3s23p1
c) 1s2 2s22p62d10 3s2
Solución:
a) 1s2 2s22p4 3s1. Se trata de un estado excitado, pues el electrón situado en el orbital 3s debería
encontrarse en el orbital 2p.
b) 1s2 2s22p6 3s23p1. Se trata de su estado fundamental.
c) 1s2 2s22p62d10 3s2. No es posible esta configuración electrónica, pues en el segundo nivel no
existen orbitales d.
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Cuestión 30.a) Escriba las configuraciones electrónicas de las especies siguientes: N 3- (Z=7), Mg2+ (Z=12),
Cl- (Z=17), K (Z=19) y Ar (Z=18).
b) Indique los que son electrónicos.
c) Indique los que presentan electrones desapareados y el número de los mismos.
Solución:
a) N3- (Z=7): 1s2 2s22p6 ; Mg2+ (Z=12): 1s2 2s22p6
K (Z=19): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s1 ; Ar (Z=18): 1s2 2s22p6 3s23p6
b) Son isoelectrónicos (mismo número de electrones): N 3- y Mg2+.
c) Solo el K tiene un electrón desapareado en el orbital 4s.
_______________________________________________________________________________
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