El model quàntic i les partícules subatòmiques

En el model quàntic actual ja no es parla d'òrbites, com feia Bohr, sinó d'orbitals. Explica la diferència entre una òrbita i un orbital: quina informació dona cadascun sobre l'electró i quin dels dos conceptes descriu una trajectòria determinada?

El nombre quàntic principal $n$ etiqueta els nivells d'energia de l'àtom.

1. a) Quins valors pot prendre $n$?
2. b) Què els passa a l'energia del nivell i a la mida mitjana del núvol electrònic quan $n$ augmenta?

Dins de cada nivell hi ha subnivells. En aquest tema estudiarem els subnivells s i p: l'orbital s té forma esfèrica i cada orbital p té forma de dos lòbuls simètrics. Les seves formes es mostren a la figura.

1. a) Quants electrons caben com a màxim en un orbital s?
2. b) Un subnivell p té $3$ orbitals: quants electrons caben en total en un subnivell p?

Els electrons ocupen els subnivells en aquest ordre: $1s$, $2s$, $2p$, $3s$, $3p$. Cada subnivell s admet $2$ electrons i cada subnivell p, $6$.

1. a) Escriu la configuració electrònica del sodi ($Z = 11$) i la del clor ($Z = 17$).
2. b) Quants electrons té cadascun dels dos àtoms en el seu últim nivell ocupat?

El $1927$, Heisenberg va enunciar el seu principi d'incertesa. Explica què afirma aquest principi sobre la posició i la velocitat de l'electró i per què, a causa d'aquest, els físics dibuixen l'electró com un «núvol de probabilitat» i no com una boleta que segueix una trajectòria.

El iode és un oligoelement essencial que s'afegeix a la sal de taula; el seu isòtop més comú té $Z = 53$ i $A = 127$.

1. a) Calcula els protons, neutrons i electrons d'un àtom neutre de iode.
2. b) Escriu el seu símbol amb la notació ${}^{A}_{Z}\text{X}$.

La massa atòmica mitjana del bor és $10,8\ \text{u}$ i els seus dos isòtops naturals són el bor-10 i el bor-11.

1. a) Anomena $x$ la fracció de bor-10 i planteja l'equació que compleix la mitjana ponderada: $10\cdot x + 11\cdot(1 - x) = 10,8$.
2. b) Resol-la i expressa les abundàncies de cada isòtop en percentatge.
3. c) Comprova el resultat calculant un altre cop la massa mitjana amb aquestes abundàncies.

L'esmalt de les dents conté calci i molts dentifricis porten fluor.

1. a) L'àtom de calci ($Z = 20$) forma l'ió $\text{Ca}^{2+}$: quants electrons té aquest ió?
2. b) L'àtom de fluor ($Z = 9$) forma l'ió $\text{F}^{-}$: quants electrons té aquest ió?
3. c) Explica, pensant en les seves configuracions electròniques, per què els àtoms tendeixen a guanyar o perdre electrons fins a quedar-se amb l'últim nivell complet.

En radioteràpia contra el càncer s'utilitza cobalt-60, una font radioactiva amb $Z = 27$.

1. a) Escriu el símbol del cobalt-60 amb la notació ${}^{A}_{Z}\text{X}$.
2. b) Calcula els seus protons, neutrons i electrons, suposant l'àtom neutre.
3. c) Quina diferència hi ha entre el cobalt-60 i el cobalt-59, l'isòtop estable del mateix element?

El magnesi natural té tres isòtops: magnesi-24 ($78,7\ \%$), magnesi-25 ($10,1\ \%$) i magnesi-26 ($11,2\ \%$).

1. a) Calcula la massa atòmica mitjana del magnesi com a mitjana ponderada.
2. b) Explica per què el resultat està molt més a prop de $24$ que de $26$.
3. c) Podria la massa mitjana d'un element coincidir exactament amb un nombre enter? Raona en quin cas passaria.

Considera aquestes tres espècies: $\text{F}^{-}$ ($Z = 9$), $\text{Ne}$ ($Z = 10$) i $\text{Na}^{+}$ ($Z = 11$).

1. a) Calcula el nombre d'electrons de cadascuna.
2. b) Són el mateix element? Són isòtops entre si? Justifica totes dues respostes.
3. c) Escriu la configuració electrònica comuna de les tres espècies amb l'ordre $1s$, $2s$, $2p$ i explica per què es diu que són isoelectròniques.