QuímicaMedioCuestión · 1,5 pts

Estructura atómica y números cuánticos

Andalucía · 2022 · Julio
Enunciado
Bloque B · B1. Indique, para el isótopo 3065Zn^{65}_{30}\text{Zn}:

a) El número de protones, electrones y neutrones que tiene.

b) Un conjunto posible de números cuánticos para su electrón diferenciador.

c) El ion más estable que puede formar.
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Resultado
  a) 30 p+,  30 e−,  35 n  \boxed{\;\textbf{a) } 30 \text{ p}^+, \; 30 \text{ e}^-, \; 35 \text{ n}\;}  b) (n,ℓ,mℓ,ms)=(3, 2, +2, −12)  \boxed{\;\textbf{b) } (n, \ell, m_\ell, m_s) = (3,\, 2,\, +2,\, -\tfrac{1}{2})\;}  c) Zn2+:  [Ar] 3d10  \boxed{\;\textbf{c) } \text{Zn}^{2+}: \; [\text{Ar}]\,3d^{10}\;}
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Estrategia

La notación ZAX^{A}_{Z}\text{X} lo dice todo del núcleo:Z=30  (protones)A=65  (protones+neutrones)Z = 30 \;(\text{protones}) \qquad A = 65 \;(\text{protones} + \text{neutrones})Para b) hay que escribir la configuración y localizar el último electrón en entrar. Y para c), recordar que en los metales de transición los cationes se forman perdiendo primero los electrones nsns.
2

Desarrollo

a) Partículas subatómicas.protones=Z=30\text{protones} = Z = \mathbf{30}electrones=Z=30(aˊtomo neutro)\text{electrones} = Z = \mathbf{30} \qquad (\text{átomo neutro})neutrones=A−Z=65−30=35\text{neutrones} = A - Z = 65 - 30 = \mathbf{35}b) Números cuánticos del electrón diferenciador.

Configuración electrónica del cinc, siguiendo el diagrama de Moeller:Zn  (Z=30):  1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10  =  [Ar] 4s23d10\text{Zn} \;(Z = 30): \; 1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^6\,4s^2\,3d^{10} \;=\; [\text{Ar}]\,4s^2 3d^{10}Comprobación: 18+2+10=3018 + 2 + 10 = 30. ✓

El electrón diferenciador es el último en colocarse, es decir, el décimo del subnivel 3d3d:n=3(tercera capa)n = 3 \qquad (\text{tercera capa})ℓ=2(subnivel d)\ell = 2 \qquad (\text{subnivel } d)mℓ∈{−2, −1, 0, +1, +2}(cinco orbitales d)m_\ell \in \{-2,\,-1,\,0,\,+1,\,+2\} \qquad (\text{cinco orbitales } d)ms=−12(el 3d estaˊ lleno, asıˊ que aparea)m_s = -\tfrac{1}{2} \qquad (\text{el } 3d \text{ está lleno, así que aparea})Siguiendo el orden convencional de llenado, el décimo electrón dd completa el orbital mℓ=+2m_\ell = +2:(3,  2,  +2,  −12)\boxed{\left(3,\; 2,\; +2,\; -\tfrac{1}{2}\right)}Cualquier valor de mℓm_\ell entre −2-2 y +2+2 sería igualmente aceptable; lo esencial es que n=3n = 3, ℓ=2\ell = 2 y que el electrón está apareado.

c) Ion más estable.

El cinc pierde sus dos electrones 4s4s:Zn⟶Zn2++2e−\text{Zn} \longrightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^-Zn2+:  1s22s22p63s23p63d10  =  [Ar] 3d10\text{Zn}^{2+}: \; 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} \;=\; [\text{Ar}]\,3d^{10}Es un ion especialmente estable por dos motivos:
  1. El subnivel 3d3d queda completo (d10d^{10}), una configuración de gran estabilidad, sin electrones desapareados.
  2. La capa de valencia (n=4n=4) desaparece por completo, dejando una estructura compacta.
Por eso el cinc, a diferencia de la mayoría de los metales de transición, presenta un único estado de oxidación, +2+2, y sus compuestos son incoloros (no hay transiciones dd-dd posibles con el subnivel lleno).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
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Consejo

El apartado c) es donde se juega la nota. El error clásico es escribir Zn2+=[Ar]4s23d8\text{Zn}^{2+} = [\text{Ar}]4s^2 3d^8, quitando los electrones del 3d3d porque "se llenó el último". No es así:

El 4s4s se llena antes que el 3d3d, pero se vacía también antes.

Una vez ocupado el 3d3d, su energía baja por debajo de la del 4s4s, así que los electrones más externos —y los primeros en marcharse— son los 4s4s.

Y en b), no confundas el electrón diferenciador con "el de mayor energía". El diferenciador es el último en entrar según el orden de llenado, que en el cinc es un 3d3d, no un 4s4s.
Paso 1 de 3
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