Resolución de los ejercicios de estructura atómica (parte I)

Chequeemos como hicimos los ejercicios

Problema 1: Mapa conceptual ¿Te quedó algo así?

Problema 2:

Empecemos por el primer elemento: O ( Z=8, A=16)

Si Z= 8 entonces voy a tener 8 p+ y por lo tanto 8 e-

Si A=16 entonces entre neutrones y protones debo tener 16 partículas. Si tengo 8 p+ ¿Cuántos nº debo tener para que el resultado sea 16? Correcto 8 .

Ahora hacemos lo mismo usando la fórmula: A= p+ + nº

     reemplazando por los valores que tengo    16= 8 + x

        despejamos x y tenemos                         16 - 8 = x

           hacemos la cuenta y nos da                      8 = x

Por lo tanto en el oxígeno tenemos 8 p+, 8 nº y 8 e-

El mismo razonamiento hacemos con los otros elementos :

                                   p+ (= Z )       nº (= A - p+)         e- (=p+)                     

Cl (Z= 17, A=37)          17                37 - 17 = 20              17                 

Na (Z=11, A=23)          11                23 - 11 = 12               11

U (Z=92, A=238)          92              238 - 92 = 146            92 

Ca (Z=20, A=40)          20              40 - 20 = 20                 20

Problema 3:

Si un átomo tiene 17 p+ y 18 nº entonces su número atómico Z = 17 (igual que la cantidad de protones) y como es neutro, las cargas positivas y negativas tienen que ser las mismas por lo que también tendrá  17 e-. 

Y su número másico A = p+ + nº =  17 + 18 = 35

Problema 4.-   A – Z  es su:       I )  Número de neutrones.

Sabemos que A= p+ + nº, pero p+ lo puedo escribir como Z ya que por definición es lo mismo

entonces me queda que A = Z + nº, despejando nº (pasando Z que está sumando al otro lado de la igualdad restando o dicho en perfecta lógica: restando Z en ambos lados de la igualdad) me queda que   A-Z = nº

Problema 5: Si el núcleo de un átomo consta de 6 p+  y  8 nº  entonces:  Z= 6 y A = 6 + 8=14

Como tengo 6 p+ también tendré 6 e-

entonces la opción correcta es la D) número másico es  14.

                                                                                                                                     

Problema 6:.Como un elemento químico se escribe  ^A_ZX  CEs decir a la izquierda del símbolo del elemento se escribe arriba la A y abajo la Z  ¹⁴C   y  ¹⁴N   II )  Tienen igual número másico  A.

Problema 7 Completa la siguiente tabla:

ÁTOMO	S	Na	B	Be	Cu
Z	16 (=p+)	11	5 (=p+)	4 (=p+)	29
A	32	23 (=11+12)	10	9 (me lo indica abajo)	63 (=29+34)
Nº PROTONES	16	11 (=Z)	5 (=e-)	4	29 (=Z)
Nº ELECTRONES	16 (=p+)	11 (=p+)	5	4 (=p+)	29 (=p+)
Nº NEUTRONES	16     (=32-16)	12	5     (=10-5)	16     (=32-16)	34
AZX	3216 S	2311 Na	105 B	94 Be	6329 Cu

Problema 8)  En el núcleo de cualquier átomo solo hay protones y neutrones. Para ¹⁸₈ O 

Z (el de abajo) = 8 y A (el de arriba)  = 18 por lo tanto en el núcleo habrá 8 p+ y 10 nº.

¿Cómo calculé los nº? Usando la definición como siempre si A = p+ + nº entonces 18 = 8 + x.

10 es el único número que sumado a 8 me da como resultado 18

Problema 9.-    ¹²₆C  y  ¹⁴₆C   

                I )  Tienen igual número atómico  Z    y por definición  III )  Son isótopos.

Problema 10 ¿Qué son átomos isótopos? Explícalo y pon un ejemplo.

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que difieren en la cantidad de neutrones.

Como son de un mismo elemento los números atómicos Z son iguales, pero como difieren en la cantidad de neutrones entonces los números másicos A son distintos

                 ¹₁ H      ²₁H     ³₁H son isótopos de Hidrógeno

P+           1           1         1

nº             0           1         2

Problema 11 El Silicio (Z=14) está formado por un 93% del isótopo de masa atómica 28, un 4% del isótopo de masa atómica 29, y el resto, por el isótopo de masa atómica 30. Explica cómo son estos átomos y calcula la masa atómica media del silicio. Sol. 28,1 u

Los 3 isótopos de Silicio tendrán 14 p+, pero el Si con A= 28 tendrá 14 nº  (14 + 14 = 28)

                                                                         el Si con A= 29 tendrá 15 nº (14 + 15 = 29)

                                                                         el Si con A = 30 tendrá 16 nº (14 + 16 = 30)

Lo que debo hacer para sacar la masa atómica media (que es la que figura en la tabla periódica) debo sacar un promedio de las masas teniendo en cuenta la cantidad de veces que aparece.

Es decir si me dice que 93 % es Si con A=28 significa que de cada 100 átomos que tome 93 tendrán A=28

si me dice que 4 % es Si con A=29 significa que de cada 100 átomos que tome 4 tendrán A=29

y el resto para llegar a 100 es un 3 % emtonces Si con A=30 habrá 3 de cada 100 átomos que tome.

Para sacar el promedio debería sumar  28+28+28+28+..... +28+28 ( 93 veces) + 29 + 29 + 29 + 29 + + 30 + 30 + 30 =  y al resultado dividirlo por 100 que es la cantidad de átomos que tengo (similar al promedio que hacen con las notas si sus notas son 7 7 7 8 8, ustedes suman (7+7+7+8+8)/5)

Pero volvamos a las masas atómicas. sumar 93 veces 28 es lo mismo que hacer 93 x 28

sumar 4 veces 29 es lo mismo que 4 x 29

y sumar 3 veces 30 es lo mismo que 3 x 30   (esto lo vieron en 3er grado primaria!)

                                   93 x 28 + 4 x29 + 3 x 30          2604 + 116 + 90      2810

entonces A media = --------------------------------- = ----------------------- = -------- = 28,10 uma 

                                             100                                    100                         100

uma = unidades de masa atómica

¿Cómo te fue en el cuestionario? Si querés más ejercicios podés pedírmelos por mail a aiccaroya@gmail.com

Ejercicios sobre estructura atómica (parte I): núcleo

Ahora probemos cuanto entendimos de estructura atómica: el núcleo atómico

 SUERTE

1º) Haz un mapa conceptual con los siguientes conceptos: átomo, núcleo, protones, neutrones, corteza, número másico, número atómico, electrones, carga positiva, carga neutra, carga negativa, masa del átomo.

2º) Averigua cuántos protones, neutrones y electrones tienen estos átomos:

1. O ( Z=8, A=16)
2. Cl (Z= 17, A=37)
3. Na (Z=11, A=23)
4. U (Z=92, A=238)
5. Ca (Z=20, A=40)

3º) Un átomo tiene 17 protones y 18 neutrones, ¿cuál es su número atómico y su número másico? ¿Cuántos electrones tiene si el átomo es neutro?

4.-  Si  Z  es el número atómico de un átomo de un elemento y  A  es su número másico, entonces  

A – Z  es su:

                I )  Número de neutrones.

                II )  Número de neutrones menos su número de protones.

                III )  Número de electrones.

5.-  El núcleo de un átomo consta de  6  protones  y  8  neutrones, entonces:

A )  Su número atómico es  8. 

B )  Su número másico es  8.

C )  Su número atómico es  14.                  

  D )  Su número másico es  14.

E )  Su número de electrones es  14.

6.-  ¿Cuál(es) de las siguientes afirmaciones con respecto al  ¹⁴C   y  ¹⁴N   es (son)  verdadera(s)?:

                I )  Tienen igual número atómico  Z.       

                 II )  Tienen igual número másico  A.

7º) Completa la siguiente tabla:

ÁTOMO	S	Na	B	Be	Cu
Z		11			29
A	32		10
Nº PROTONES	16			4
Nº ELECTRONES			5
Nº NEUTRONES		12			34
AZX				94 Be

8º) ¿Qué partículas hay en el núcleo del ¹⁸₈ O ¿Cuál es su número atómico? ¿y su número másico?

9.-  ¿Cuál(es) de las siguientes afirmaciones con respecto al  ¹²6C  y  ¹⁴6C   es (son)  verdadera(s)?:

                I )  Tienen igual número atómico  Z         

                II )  Tienen igual número másico  A.

                III )  Son isótopos.

10º) ¿Qué son átomos isótopos? Explícalo y pon un ejemplo.

11º) El Silicio (Z=14) está formado por un 93% del isótopo de masa atómica 28, un 4% del isótopo de masa atómica 29, y el resto, por el isótopo de masa atómica 30. Explica cómo son estos átomos y calcula la masa atómica media del silicio. Sol. 28,1 u

Configuración electrónica

En la entrada "El modelo mecano-cuántico" vimos como se organizan los electrones en la corteza del núcleo, o dicho más apropiadamente cuales eran las zonas con mayor probabilidad de encontrar un electrón.

Este video puede ayudarlos a entender como se van llenando los orbitales

En el diagrama a continuación se presenta un esquema de como realizar la configuración electrónica para cada elemento comenzando del nivel 1 y teniendo en cuenta que en cada casilla (orbital) se ubican dos electrones (que tienen los tres primeros cuánticos iguales pero difieren en el espín)

Si necesitan repasar pueden ir a Modelo mecano-cuántico

^{Regla de HUND:}Todos los orbitales p, d o f  en un nivel energético deben de encontrarse ocupados al menos por un electrón, antes de que se añada un segundo electrón. Es decir, los orbitales deben estar completos y todos los electrones deben encontrarse en paralelo antes de que el orbital se llene del todo

en la página  http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm (última solapa) encontrarán la configuración para todos los elementos

Como hemos visto hay dos formas de representar la posición más probable de cada electrón: la configuración electrónica  y las casillas cuánticas.

Practiquemos un poquito

1. Defina los siguientes términos: a) Que describen los números cuánticos b) que son los orbitales y cuantos hay c) que forma indica el orbital p d) configuración electrónica. 

2. Escriba la configuración electrónica para los siguientes elementos: P; Ar; Ca; Cr; Hg; Rn; Fr; I 

3. Para el Oro; Circonio y Vanadio: a) Escriba la configuración electrónica b) Representar con casillas cuánticas. 

La estructura del átomo: Números atómico y másico

Para empezar un video bastante completo para comprender la estructura del átomo

Estructura del átomo

• El átomo se constituye así:
• - Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones.
• - Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo.
• Hay la misma cantidad de electrones en la corteza que de protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro.

Identificación de los átomos

Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo (número atómico), ya que éste es fijo para los átomos de un mismo elemento. 

Número atómico: Es el número de protones de un átomo. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: _ZX.

Ejemplos: ₁H, ₈O, ₂₆Fe.

Número másico: Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo (A= p+n). Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ^AX.

Ejemplos: ¹H, ⁸O, ²⁶Fe.

Átomos de un mismo elemento pueden tener diferente cantidad de neutrones.

De esta manera se pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo:

⁹₄Be -----> Z = 4 y A = 9. Por tanto, tiene 4 protones, 9 - 4 = 5 neutrones y, como es neutro, tiene 4 electrones.

NOTA: Tengan en cuenta que el número de protones y el número de neutrones son números enteros, por lo tanto Z y A también deberían serlo. Sin embargo, si observamos los números másicos de los elementos en la tabla periódica veremos números decimales. ¿Se les ocurre por qué? 

Cómo vimos anteriormente átomos de un mismo elemento pueden tener diferente cantidad de neutrones, por ende estos átomos tendrán igual Z pero diferente A. A estos átomos con igual número atómico pero diferente número másico se los denomina isótopos. La mayoría de los elementos tienen dos o más isótopos.

El número másico que figura en la tabla periódica para cada elemento es un promedio de los isótopos conocidos y su proporción en la naturaleza.

Modelo Atómico Mecano-Cuántico

MODELO ATÓMICO MECANO-CUÁNTICO

Se basa en los siguientes principios:

     1. Louis de Broglie propuso que el electrón tendría propiedades ondulatorias y de partícula.

2. Werner Heisenberg formula el principio de incertidumbre, que establece que es imposible determinar simultáneamente la posición y velocidad exacta del electrón.

3. Erwin Schrodinger propone una ecuación que da la posición más probable del electrón en su giro en torno al núcleo.

Un video para repasar

•Según este modelo el electrón no se circunscribe a una órbita fija, sino a una zona llamada orbital, dentro de la cual existe una alta probabilidad de encontrar al electrón.

•Estos orbitales se agrupan en los distintos niveles de energía.

•Los números cuánticos se utilizan para describir el comportamiento de los electrones dentro del átomo. Hay cuatro números cuánticos:

•Principal (n): energía del electrón, toma valores del 1 al 7.

•Secundario/ azimutal (l): subnivel de energía, sus valores son (n-1).

•Magnético (m): orientación en el espacio, sus valores van del -l a +l.

•Espín (s): sentido del giro del electrón sobre su propio eje, sus valores son el -1/2 y +1/2.

n : Número cuántico principal

Los valores del número cuántico n indican el tamaño del orbital, es decir su cercanía al núcleo.

l : Número cuántico secundario o azimutal
indica el subnivel de energía y la forma del orbital

Los valores del número cuántico l (de 0 a n-1) definen el tipo de orbital:

Si l = 0 el orbital es del tipo s (esférico)

Si l = 1 el orbital es del tipo p (2 lóbulos)

Si l = 2 el orbital es del tipo d (4 lóbulos)

Si l = 3 el orbital es del tipo f (8 lóbulos)

m : Número cuántico magnético: de la orientación espacial del orbital.

Toma valores de -l a +l
Por ejemplo para n=4

                              l = 0 m=0                                                        1 orbital s

                     l=1 m=-1; m=0; m=+1                                            3 orbitales p

          l=2 m=-2; m=-1; m=0; m=+1; m=+2                                 5 orbitales d

l=3   m=-3;m=-2; m=-1; m=0; m=+1; m=+2; m=+3                    7 orbitales f

s: Número cuántico espín (de giro del electrón).

Solo hay 2 electrones por orbital y uno girará de forma antihoraria (s=+ 1/2) y el otro de forma horaria (s=- 1/2) 

El conjunto de los cuatro números cuánticos definen a un electrón, no pudiendo existir en un mismo átomo dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales, por lo que una vez definido el tamaño, el tipo y la orientación de un orbital con los tres primeros números cuánticos, es decir los valores de n, l y m, sólo es posible encontrar un máximo de dos electrones en dicha situación que necesariamente tendrán valores diferentes de su número cuántico de spin

   •   Principio de Exclusión de Pauli: “Dos electrones del mismo átomo no pueden tener los mismos números cuánticos idénticos y por lo tanto un orbital no puede tener más de dos electrones”.

La configuración electrónica es una representación de la distribución de los electrones en un átomo, de acuerdo con el modelo cuántico. 

En la configuración electrónica de un átomo se muestra cuántos electrones hay en cada nivel y en cada subnivel, siguiendo el orden del principio de construcción progresiva (regla de las diagonales). 

Es importante recordar que los orbitales se van llenando en el orden en que aparecen, siguiendo esas diagonales, empezando siempre por el 1s.

Aplicando el mencionado cuadro de las diagonales la configuración electrónica estándar, para cualquier átomo, es la siguiente:

1s²    2s²    2p⁶    3s²    3p⁶    4s²    3d¹⁰    4p⁶    5s²    4d¹⁰    5p⁶    6s²    4f¹⁴    5d¹⁰    6p⁶    7s²    5f¹⁴    6d¹⁰    7p⁶

^{¿Ejercitamos un poquito?}

^{1) ¿ En qué se parecen y en qué se diferencian los siguientes orbitales?}

^{a) 2s y 3px}

^{b) 3py y 4pz}

^{2) Señala la afirmación correcta en relación a las características de los orbitales 4s y 2 pz}

^{a) tienen igual energía y diferente forma}

^{b) tienen diferente energía e igual forma}

^{c) tienen diferente energía y diferente forma}

^{d) su orientación es diferente pero la forma es la misma}

^{3) Realiza la configuración electrónica de los siguientes átomos}

^{a) Mg   b) F  c) Ar  d) Co  e) Zr}

^{Como ejemplo hagamos juntos el de Litio}

^{El átomo de litio tiene 3 protones y por ende 3 electrones}

^{la configuración de esos 3 electrones será la siguiente:}

1s²    2s¹ 

^{es decir que dos electrones en el nivel 1 en el orbital s y un electrón en el orbital s del nivel 2 de energía. En rojo resalté la cantidad de electrones en cada nivel 2+1=3} 

^{Hagamos ahora Cesio (Cs)}

^{el cesio tiene 55 protones (Z=55) por lo tanto tiene 55 electrones. Por lo tanto la configuración electrónica será:}

1s²    2s²    2p⁶    3s²    3p⁶    4s²    3d¹⁰    4p⁶    5s²    4d¹⁰    5p⁶    6s¹    

^{2+2+6+2+6+2+10+6+1 = 55}