La configuració electrònica

El Sol està fet sobretot d'hidrogen ($Z = 1$) i els globus que suren a les fires s'omplen amb heli ($Z = 2$). Escriu la configuració electrònica de cada element i indica en quin subnivell es troben els seus electrons.

En el model de Bohr, els electrons seguien òrbites exactes al voltant del nucli, com els planetes al voltant del Sol. Avui el model quàntic parla d'orbitals. La figura compara els dos models.

Explica amb les teves paraules què és un orbital i en què es diferencia d'una òrbita del model de Bohr.

Cada orbital pot allotjar com a màxim $2$ electrons. Un subnivell $s$ té un únic orbital i un subnivell $p$ té $3$ orbitals, com es mostra a la figura.

Calcula quants electrons caben com a màxim en un subnivell $s$ i quants en un subnivell $p$.

El potassi ($Z = 19$) dels plàtans té un electró més que l'argó. Segons el diagrama de Moeller, quan el subnivell $3p$ està ple es comença a ocupar el $4s$, que té menys energia que el $3d$, com es mostra a la figura.

1. a) Escriu la configuració electrònica del potassi.
2. b) Indica en quin subnivell es troba el seu electró de valència.

El diagrama de Moeller ordena els subnivells per diagonals, de menor a major energia, com es mostra a la figura. Els primers trams són: $1s$; després $2s$; després la diagonal $2p$-$3s$; després la diagonal $3p$-$4s$; i després la diagonal $3d$-$4p$-$5s$.

Ordena els subnivells següents de menor a major energia: $3s$, $4s$, $1s$, $3p$, $2p$, $2s$ i $3d$.

Un alumne escriu a la seva llibreta que la configuració del sodi ($Z = 11$) és $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^3$. Troba l'error, explica per què aquesta configuració és impossible i escriu la configuració correcta.

Les bateries dels mòbils contenen liti ($Z = 3$).

1. a) Escriu la seva configuració electrònica.
2. b) Explica per què el tercer electró no pot ocupar el subnivell $1s$.

El carboni ($Z = 6$) es troba a la mina dels llapis, al diamant i a totes les molècules dels éssers vius.

1. a) Escriu la seva configuració electrònica.
2. b) Indica quants electrons de valència (els electrons del seu últim nivell) té.

Els rètols lluminosos de molts bars i cinemes funcionen amb neó ($Z = 10$).

1. a) Escriu la seva configuració electrònica.
2. b) Comprova que el seu últim nivell està complet i explica per què el neó és un gas tan poc reactiu.

Una sonda espacial analitza l'atmosfera d'un planeta i troba àtoms la configuració electrònica dels quals és $1s^2\ 2s^2\ 2p^4$.

1. a) Quants electrons té cadascun d'aquests àtoms?
2. b) Sabent que en un àtom neutre el nombre d'electrons coincideix amb el nombre atòmic $Z$, de quin element es tracta?

El clor ($Z = 17$) s'utilitza per desinfectar l'aigua de les piscines.

1. a) Escriu la seva configuració electrònica.
2. b) Indica quants electrons de valència té i quants li falten per completar el seu últim nivell.

Entre els dos vidres de moltes finestres de doble vidre es tanca argó ($Z = 18$), un gas que pràcticament no reacciona amb res.

1. a) Escriu la seva configuració electrònica.
2. b) Explica, observant el seu últim nivell, per què l'argó és tan poc reactiu.

Els fanals de llum ataronjada de moltes autopistes són làmpades de vapor de sodi ($Z = 11$).

1. a) Escriu la configuració electrònica del sodi.
2. b) Quants electrons de valència té?

El calci ($Z = 20$) és el mineral dels ossos i dels esculls de corall.

1. a) Escriu la seva configuració electrònica.
2. b) Quants electrons de valència té?

A la sal de cuina el clor ($Z = 17$) és present com a ió clorur, $\text{Cl}^-$.

1. a) Escriu la configuració electrònica de l'ió $\text{Cl}^-$.
2. b) Comprova que coincideix amb la configuració d'un gas noble i indica de quin es tracta.

El sèrum fisiològic que s'administra als hospitals conté ions $\text{Na}^+$.

1. a) Escriu la configuració electrònica de l'àtom de sodi ($Z = 11$) i la de l'ió $\text{Na}^+$.
2. b) Amb quin gas noble coincideix la configuració de l'ió?

En l'electrònica de mòbils i ordinadors s'utilitza una ceràmica molt resistent a la calor, el nitrur d'alumini, format per ions $\text{Al}^{3+}$ i ions $\text{N}^{3-}$ ($Z$: Al = 13, N = 7), com es mostra a la figura.

1. a) Escriu la configuració electrònica de cadascun dels dos ions.
2. b) Comprova que tots dos tenen el mateix nombre d'electrons (es diu que són isoelectrònics).
3. c) Explica per què, tenint els mateixos electrons, un té càrrega $3+$ i l'altre càrrega $3-$ (pensa en els protons de cada nucli).

La configuració electrònica d'un element acaba en $3p^5$.

1. a) Escriu la seva configuració completa i dedueix el seu nombre atòmic.
2. b) Quants electrons li falten per completar el nivell $3$ (inclosos els seus orbitals $3d$)?
3. c) Prediu l'ió més probable que formarà aquest element i escriu la configuració d'aquest ió.

Alguns antiàcids de farmàcia contenen òxid de magnesi, $\text{MgO}$, format per ions $\text{Mg}^{2+}$ i ions $\text{O}^{2-}$ ($Z$: Mg = 12, O = 8).

1. a) Escriu la configuració electrònica de cada ió.
2. b) Comprova que els dos ions tenen el mateix nombre d'electrons.
3. c) A partir de les configuracions dels àtoms neutres, explica per què al magnesi li «convé» perdre $2$ electrons i a l'oxigen guanyar-ne $2$.

Per fondre el gel de les carreteres a l'hivern s'empra clorur de magnesi, $\text{MgCl}_2$ ($Z$: Mg = 12, Cl = 17).

1. a) Escriu les configuracions electròniques dels dos àtoms i dels seus ions $\text{Mg}^{2+}$ i $\text{Cl}^-$.
2. b) Raona, a partir de les càrregues dels ions, per què la fórmula del compost és $\text{MgCl}_2$ i no pas $\text{MgCl}$.

En els vídeos de laboratori s'observa que el sodi ($Z = 11$) i el potassi ($Z = 19$) reaccionen amb l'aigua de manera molt semblant, desprenent una flama.

1. a) Escriu les configuracions electròniques dels dos elements.
2. b) Assenyala què tenen en comú les seves capes de valència.
3. c) Utilitza aquesta semblança per explicar per què els dos elements es comporten químicament d'una manera tan similar.

Per al potassi ($Z = 19$), un estudiant escriu la configuració $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 3d^1$ i raona que «després del subnivell $3p$ li toca al $3d$».

1. a) Escriu la configuració correcta aplicant l'ordre del diagrama de Moeller.
2. b) Explica quin error ha comès l'estudiant.
3. c) Segons la configuració correcta, quants electrons de valència té el potassi?

Un ió $\text{X}^{2+}$ té la configuració electrònica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6$.

1. a) Calcula quants electrons té l'ió i dedueix el nombre atòmic de l'element X.
2. b) Un ió $\text{Y}^{-}$ té exactament la mateixa configuració: dedueix també el seu nombre atòmic.
3. c) Amb l'ajuda de la taula periòdica, anomena els elements X i Y.

Les begudes isotòniques per a esportistes contenen, entre d'altres, ions $\text{K}^+$, $\text{Ca}^{2+}$ i $\text{Mg}^{2+}$ ($Z$: K = 19, Ca = 20, Mg = 12).

1. a) Escriu la configuració electrònica de cadascun dels tres ions.
2. b) Què tenen en comú les tres configuracions?
3. c) Explica, a partir d'aquest punt en comú, per què a aquests tres elements els resulta tan fàcil formar ions positius.