La distribució electrònica és un concepte fonamental en la química i la física, i el seu domini requereix un coneixement sòlid dels principis subjacents. Per tal de posar a prova els teus coneixements i enfortir les teves habilitats, hem preparat una sèrie de 12 exercicis de distribució electrònica. En aquest article, explorarem cadascun d'aquests exercicis en detall, centrant-nos en la seva aplicació pràctica i proporcionant explicacions clares i concises per resoldre'ls. Prepara't per desafiar la teva comprensió d'aquest tema clau i millorar la teva destresa en la distribució electrònica!
1. Introducció a la distribució electrònica en la teoria quàntica
La distribució electrònica a la teoria quàntica és un concepte fonamental per comprendre com els electrons s'organitzen al voltant del nucli en un àtom. En aquesta secció explorarem els principis bàsics d'aquest tema i aprendrem a aplicar-los en diferents casos.
El primer pas per entendre la distribució electrònica és comprendre el principi d'exclusió de Pauli, que estableix que no hi pot haver dos electrons en un mateix àtom que tinguin exactament el mateix conjunt de números quàntics. Això vol dir que els electrons han d'ocupar diferents nivells d'energia i subnivells en un àtom.
En segon lloc, és important familiaritzar-se amb la regla d'Aufbau, que estableix la seqüència en què s'omplen els orbitals en un àtom. Aquesta regla ens ajuda a determinar l'ordre en què els electrons es distribueixen als diferents nivells i subnivells d'energia. Per exemple, sabem que el nivell 1 s'omple abans que el nivell 2, i així successivament.
2. Conceptes bàsics de la distribució electrònica a la química
La distribució electrònica a la química és una eina fonamental per comprendre l'estructura i el comportament dels àtoms i molècules. Aquesta distribució estableix com s'organitzen els electrons al voltant del nucli atòmic, seguint certes regles i principis. En aquesta secció, explorarem alguns conceptes bàsics sobre la distribució electrònica a la química.
Un dels conceptes fonamentals en la distribució electrònica és el principi d'Aufbau, que estableix que els electrons s'agreguen als orbitals de menor energia primer abans d'omplir els orbitals de més energia. Això vol dir que els electrons s'omplen en ordre creixent d'energia, seguint el diagrama d'orbitals i respectant la regla d'Hund, que estableix que els electrons omplen els orbitals de forma individual i paral·lela abans d'aparellar-se.
Per representar la distribució electrònica d'un àtom, es fa servir la configuració electrònica, que mostra com es distribueixen els electrons als diferents nivells i subnivells d'energia. Per exemple, la configuració electrònica de l'àtom d'oxigen és 1s² 2s² 2p⁴, cosa que indica que té 2 electrons al nivell 1s, 2 electrons al nivell 2s i 4 electrons al nivell 2p.
3. Què són els exercicis de distribució electrònica i per què són importants?
Els exercicis de distribució electrònica són una eina fonamental a la química per entendre com s'organitzen els electrons en un àtom. Aquests exercicis ens permeten identificar la configuració electrònica de cada element i comprendre com s'omplen els orbitals amb electrons.
La distribució electrònica és important perquè ens permet predir les propietats químiques i físiques dels elements. En conèixer la configuració electrònica d'un element, en podem determinar la reactivitat, la capacitat per formar enllaços químics i el comportament en diferents ambients.
Hi ha diferents mètodes per resoldre aquests exercicis, però tots segueixen una sèrie de passos comuns. En primer lloc, cal conèixer les regles de l'ompliment dels orbitals, com ara la regla d'Aufbau, el principi d'exclusió de Pauli i la regla d'Hund. Després, s'organitza la configuració electrònica en un diagrama o utilitzant la notació de números i lletres. Finalment, es revisa que la distribució compleixi les regles d'ompliment i que el nombre total d'electrons sigui correcte.
4. Desafia els teus coneixements: 12 exercicis de distribució electrònica per posar a prova les teves habilitats
En aquesta secció, us presentem 12 exercicis desafiadors de distribució electrònica que posaran a prova les vostres habilitats en química. Cadascun d'aquests exercicis us reptarà a aplicar els vostres coneixements sobre la distribució d'electrons en els diferents nivells i subnivells d'un àtom. No només us ajudaran a repassar els conceptes bàsics, sinó que també us permetran practicar la resolució de problemes de distribució electrònica de manera efectiva.
Per a cadascun dels exercicis, et proporcionarem un pas a pas detallat de com resoldre el problema. A més, us donarem tips i exemples per facilitar la vostra comprensió. Si necessiteu una revisió ràpida dels fonaments de la distribució electrònica, podeu utilitzar les nostres tutorials interactius, que us proporcionaran una visió general completa del tema.
A més, us recomanem utilitzar eines com taules periòdiques i diagrames de Lewis per visualitzar la distribució electrònica de manera més clara. Aquestes eines us ajudaran a identificar amb precisió la quantitat d'electrons a cada nivell i subnivell. Recordeu que la clau per resoldre aquests exercicis és analitzar acuradament la configuració electrònica de cada àtom i seguir els principis establerts pel principi d'Aufbau, la regla d'Hund i la regla de la màxima multiplicitat de spin.
5. Exercici 1: distribució electrònica de l'àtom d'hidrogen
En aquest exercici aprendrem a determinar la distribució electrònica de l'àtom d'hidrogen. La distribució electrònica ens indica com es distribueixen els electrons als diferents nivells i subnivells d'energia de l'àtom. Això és important per comprendre les propietats i el comportament de l'hidrogen.
Per determinar la distribució electrònica de l'àtom d'hidrogen, cal seguir alguns passos. Primer, hem de conèixer el nombre atòmic de l'hidrogen, que és 1. Després podem utilitzar la regla d'Aufbau, que estableix que els electrons omplen els nivells de menor energia primer, seguint el principi de màxima multiplicitat d'Hund.
Començarem omplint el nivell 1, que pot contenir fins a 2 electrons. El nivell següent és el nivell 2, que també pot albergar fins a 2 electrons. Per acabar, el nivell 3 pot contenir fins a 8 electrons. Utilitzant aquesta informació podem determinar la distribució electrònica completa de l'àtom d'hidrogen.
6. Exercici 2: Distribució electrònica de l'àtom de carboni
L'àtom de carboni és un dels elements més importants a la química orgànica. La seva distribució electrònica determina la manera com es combinen els àtoms de carboni amb altres elements. Per determinar la distribució electrònica de l'àtom de carboni, se n'han de seguir alguns passos clau.
En primer lloc, cal recordar que l'àtom de carboni té 6 electrons. Aquests electrons es distribueixen en diferents nivells denergia anomenats capes. El primer nivell denergia, o capa 1, pot contenir fins a 2 electrons. El segon nivell denergia, o capa 2, pot contenir fins a 8 electrons. Per determinar la distribució electrònica de l'àtom de carboni, cal omplir aquestes capes en ordre d'energia creixent.
L'àtom de carboni té la distribució electrònica següent: 1s2 2s2 2p2. Això significa que els 2 primers electrons es troben a la capa 1, a l'orbital 1s. Els següents 2 electrons es troben a la capa 2, a l'orbital 2s. Els darrers 2 electrons es troben a la capa 2, a l'orbital 2p. Aquesta distribució electrònica ens indica com es disposen els electrons als diferents orbitals de l'àtom de carboni.
7. Exercici 3: Distribució electrònica de l'ió clor
Per determinar la distribució electrònica de l'ió clor, primer cal recordar que l'ió clor, Cl-, ha guanyat un electró, el que significa que ara té un excés duna càrrega negativa. Això afecta la manera com es distribueixen els electrons als nivells d'energia de l'àtom. A continuació, es mostra un pas a pas de com resoldre aquest problema:
1. Identifica el nombre atòmic del clor a la taula periòdica. El nombre atòmic del clor és 17, cosa que significa que té 17 electrons en el seu estat neutre original.
2. Després de guanyar un electró, el clor ara té 18 electrons en total. Per determinar la distribució electrònica, tingueu en compte que els electrons omplen els nivells d'energia en un ordre específic: 2, 8, 8, 1. Això significa que els primers 2 electrons omplen el nivell d'energia 1, els següents 8 omplen el nivell d'energia 2, els 8 següents omplen el nivell d'energia 3 i el darrer electró ocupa el nivell d'energia 4. Tingues en compte que els nivells d'energia superiors estan més allunyats del nucli i tenen més capacitat per albergar electrons.
3. Per tant, la distribució electrònica de l'ió clor seria la següent: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6. Aquest resultat indica que el clor té un total de 18 electrons distribuïts en diferents nivells d'energia. A més, en convertir-se en un ió amb una càrrega de -1, adquireix més estabilitat a causa de l'ompliment complet del nivell d'energia més extern.
8. Exercici 4: distribució electrònica de l'àtom d'oxigen
L'àtom d'oxigen té un nombre atòmic de 8, cosa que indica que té 8 electrons en la configuració electrònica. Per determinar la distribució electrònica de l'àtom d'oxigen, cal seguir un procés pas a pas. En primer lloc, cal recordar que els electrons es distribueixen en diferents nivells d'energia, coneguts com a capes. La primera capa més propera al nucli pot contenir fins a 2 electrons, la segona fins a 8 electrons i la tercera fins a 8 electrons.
Per a l'àtom d'oxigen, comencem omplint la capa més propera al nucli, que és la primera capa. Col·loquem 2 electrons en aquesta capa. Després, passem a la següent capa i col·loquem els 6 electrons restants. Això ens dóna una distribució electrònica de 2 a la primera capa i 6 a la segona capa. Una manera de representar això és escriure la configuració electrònica de l'oxigen com a 1s2 2s2 2p4.
La distribució electrònica de l'àtom d'oxigen es pot visualitzar com una configuració on els electrons van omplint les diferents capes i subcapes d'acord amb la regla d'Aufbau. És important fer esment que aquesta distribució electrònica ens ajuda a comprendre com s'organitza la càrrega negativa dels electrons dins de l'àtom d'oxigen i com interactuen amb altres àtoms en enllaços químics. Tenir aquesta informació és fonamental per entendre els mecanismes químics i les propietats de l'oxigen en diferents reaccions químiques.
9. Exercici 5: Distribució electrònica de l'ió ferro (Fe2+)
En aquest exercici, aprendrem a determinar la distribució electrònica de l'ió ferro (Fe2+). El ferro és un element de transició i la configuració electrònica es pot determinar utilitzant la regla d'aufbau i el principi d'exclusió de Pauli.
Per començar, hem de recordar que el ferro té un nombre atòmic de 26, cosa que significa que té 26 electrons. En perdre dos electrons per formar l'ió Fe2+, la distribució electrònica canviarà.
El primer pas és escriure la configuració electrònica de l'àtom neutre de ferro. Això es fa utilitzant el diagrama de nivells denergia o la regla dAufbau. La configuració electrònica del Fe neutre és 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. Ara, hem de tenir en compte que l'ió ferro(II) ha perdut dos electrons, per la qual cosa cal eliminar els electrons més externs, seguint el principi d'exclusió de Pauli. La distribució electrònica resultant serà 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6. Aquesta distribució electrònica és la distribució electrònica de l'ió ferro(II).
10. Exercici 6: Distribució electrònica de l'ió calci (Ca2+)
En aquest exercici, sanalitzarà la distribució electrònica de lió calci (Ca2+). Per resoldre aquest problema, cal comprendre la configuració electrònica del calci i com es converteix en un ió positiu.
El calci té un nombre atòmic de 20, cosa que significa que té 20 electrons en el seu estat neutral. La configuració electrònica del calci en el seu estat fonamental és 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. No obstant això, quan el calci perd dos electrons per formar el ion Ca2+, la seva distribució electrònica es modifica.
Quan perdem els dos electrons de la capa 4s, la distribució electrònica de l'ió calci es converteix en 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. Això vol dir que l'ió calci té una estructura electrònica similar a la del gas noble argó. En entendre aquesta distribució electrònica, podem comprendre el comportament i les propietats de l'ió calci en reaccions químiques i en la interacció amb altres espècies químiques.
11. Exercici 7: Distribució electrònica de l'àtom de nitrogen
Per resoldre l'exercici de distribució electrònica de l'àtom de nitrogen, cal seguir alguns passos clau. Primer, és important recordar que l'àtom de nitrogen té un nombre atòmic de 7, cosa que significa que té 7 electrons.
El pas següent és determinar l'ordre en què s'omplen els orbitals. Per això utilitzem el principi d'aufbau, que estableix que els orbitals s'omplen en ordre ascendent d'energia. Aleshores, els electrons es distribueixen en els orbitals seguint el principi d'aufbau fins que s'esgotin els electrons.
En el cas del nitrogen, comencem omplint l'orbital 1s, que pot albergar un màxim de 2 electrons. Després omplim l'orbital 2s amb 2 electrons més. Seguidament, omplim els tres orbitals p (2px, 2py i 2pz) amb els 3 electrons restants. Finalment, comprovem que hem utilitzat els 7 electrons disponibles i hem omplert tots els orbitals de menor a més energia.
12. Exercici 8: distribució electrònica de l'àtom de sofre
El sofre és un element químic amb número atòmic 16 i símbol S. Per determinar la distribució electrònica de l'àtom de sofre, cal conèixer l'estructura de l'àtom i la configuració electrònica. La configuració electrònica del sofre s'obté seguint la regla del diagrama d'Aufbau, que estableix que els electrons d'un àtom s'omplen en ordre creixent d'energia.
El primer pas per determinar la distribució electrònica de l'àtom de sofre és conèixer-ne el nombre atòmic, que en aquest cas és 16. A partir d'aquí, cal assignar els electrons als diferents nivells d'energia: el nivell 1 pot contenir fins a 2 electrons , el nivell 2 fins a 8 electrons i el nivell 3 fins a 6 electrons. Seguint aquesta regla, s'assignen els electrons de més a menys energia fins a assolir el nombre atòmic.
En el cas del sofre, la distribució electrònica es pot representar de la manera següent: 1s22s22p63s23p4. Això indica que el nivell 1 conté 2 electrons, el nivell 2 conté 8 electrons, el nivell 3 conté 2 electrons al subnivell i 4 electrons al subnivell p. És important tenir en compte que el nombre d'electrons a cada nivell ha de ser igual al nombre atòmic de l'element.
13. Exercici 9: Distribució electrònica de l'ió magnesi (Mg2+)
Quan s'ha format l'ió magnesi (Mg2+), és important conèixer la seva distribució electrònica per comprendre millor les seves propietats químiques. La distribució electrònica descriu com estan distribuïts els electrons a les diferents capes i subcapes d'un àtom o ió. En el cas de l'ió magnesi, podem determinar-ne la distribució electrònica utilitzant el principi de construcció o obtenció de la configuració electrònica.
L'ió magnesi (Mg2+) té una càrrega positiva de 2+, cosa que significa que ha perdut dos electrons en comparació de l'àtom neutre de magnesi. Això implica que ara té 10 electrons en comptes dels 12 originals. Per determinar la distribució electrònica de Mg2+, cal assignar aquests 10 electrons a les diferents capes i subcapes d'acord amb el principi de construcció.
Comencem assignant els electrons a la capa més interna, que és la primera (n = 1). Atès que els electrons s'omplen en ordre ascendent d'energia, el primer electró s'assigna al subnivell 1s. Després, els vuit electrons següents s'assignen a la segona capa (n = 2), als subnivells 2s i 2p. Tot i això, com que l'ió magnesi ha perdut dos electrons, només ens queden dos electrons per assignar. Aquests es col·loquen al subnivell 2s, deixant buit el subnivell 2p. Per tant, la distribució electrònica de l'ió magnesi (Mg2+) és 1s2 2s2.
14. Exercici 10: distribució electrònica de l'àtom de liti
L'àtom de liti té una configuració electrònica específica que determina com estan distribuïts els seus electrons als diferents nivells i subnivells d'energia. Per determinar aquesta distribució electrònica, podem utilitzar la regla d'Aufbau i les regles d'Hund i la màxima multiplicitat d'igualtat d'energia.
La configuració electrònica de l'àtom de liti es pot determinar seguint els passos següents:
1. Determineu el nombre atòmic del liti, que és 3. Això ens indica que l'àtom de liti té tres electrons.
2. Ubica els electrons als diferents nivells i subnivells d'energia. El primer nivell d'energia, conegut com a nivell K, pot contenir un màxim de 2 electrons, mentre que el segon nivell d'energia, conegut com a nivell L, pot contenir un màxim de 8 electrons.
3. Col·loca primer els electrons al nivell K. El liti té un sol electró al nivell K.
4. Col·loca els electrons restants al nivell L. El liti té dos electrons al nivell L.
5. La distribució electrònica de l'àtom de liti és 1s² 2s¹. Això indica que el liti té un electró al nivell K i dos electrons al nivell L.
És important tenir en compte que la distribució electrònica de l'àtom de liti segueix les regles de la mecànica quàntica, que ens diuen com s'omplen els diferents nivells i subnivells d'energia. La configuració electrònica del liti ens proporciona informació sobre la distribució dels seus electrons i la seva estabilitat en el seu estat fonamental.
En resum, els exercicis de distribució electrònica presentats són una eina fonamental per posar a prova i enfortir els coneixements en aquest camp crucial de la química. A través d'ells, has tingut l'oportunitat de familiaritzar-te amb les regles que regeixen la distribució dels electrons als diferents nivells i subnivells dels àtoms.
En resoldre aquests exercicis, has pogut posar a prova la teva capacitat per aplicar els principis fonamentals de la distribució electrònica, com ara la regla d'Aufbau, el principi d'exclusió de Pauli i la regla d'Hund. A més, has après a utilitzar la taula periòdica per determinar el nombre d'electrons a cada nivell i subnivell.
És important destacar que la distribució electrònica és crucial per comprendre les propietats i el comportament dels elements químics. En dominar els conceptes i les habilitats associats amb aquests exercicis, estaràs preparat per avançar en la teva comprensió de l'estructura atòmica i la química en general.
Recordeu que la pràctica constant i la resolució d'exercicis són clau per reforçar els vostres coneixements. Et recomanem continuar explorant exercicis semblants i aprofundir en altres aspectes relacionats amb la distribució electrònica. Això et permetrà millorar les teves habilitats i desenvolupar una base sòlida en un camp tan important com la química.
En conclusió, la resolució d'aquests exercicis de distribució electrònica us ha brindat l'oportunitat de posar a prova els vostres coneixements i habilitats en aquest camp vital de la química. En continuar practicant i explorant aquest tema, estaràs en camí de convertir-te en un expert en distribució electrònica i enfortir les bases en química en general.
Sóc Sebastián Vidal, enginyer informàtic apassionat per la tecnologia i el bricolatge. A més, sóc el creador de tecnobits.com, on comparteixo tutorials per fer la tecnologia més accessible i comprensible per a tots.