Vista previa del material en texto
QUÍMICA (CURSO DE ACCESO): SOLUCIONES DE LAS ACTIVIDADES DEL FORO DEL TEMA 4. 1.- Indicar cuál o cuáles de los siguientes grupos de tres valores correspondientes a los números cuánticos, n, l, y m son permitidos: a) 3, -1, 1; b) 3, 1, 1; c) 1, 1, 3; d) 5, 3, -3; e) 0, 0, 0; f) 4, 2, 0. Los orbitales de un átomo vienen determinados por tres número cuánticos: n, l, m. "n" es el número cuántico principal que nos determina su contenido energético, puede variar de n = 1,2,3,.... infinito "l" es el número cuántico secundario o azimutal nos determina el contenido energético y la geometría del orbital, l=0 "s", l=1 "p", l=2 "d".... el valor de "l” está condicionado al valor de "n", l = 0,1,2,...n-1 "m" es el número cuántico magnético nos determina la orientación en el espacio del orbital, todos los orbitales que poseen el mismo n, l, m tienen el mismo contenido energético, es decir son degenerados. Los valores de "m" están condicionados a los valores de "l", m= - l,...0,.....l a) 3, -1, 1; NO, porque l solo puede valer en este caso 0, 1, 2 b) 3, 1, 1; c) 1, 1, 3; NO, porque l solo puede valer en este caso 0 d) 5, 3, -3; e) 0, 0, 0; NO, porque n tiene que valer como mínimo 1 f) 4, 2, 0. 2.- Describir la distribución electrónica del: a) átomo de Silicio (Z = 14),b) átomo de hierro (Z = 26), c) ion hierro (III). Si(Z=14): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 Fe(Z=26): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 La configuración electrónica del Fe(III) es singular al ser un metal de transición. Los elementos tienen tendencia a perder un número de electrones tal que los orbitales de la última capa estén vacíos o semilleros. Fe(Z=26): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Fe(III) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d5 de esta manera tendría los orbitales "d" semillenos y el orbital 4s vacío. 3.- Explicar las estructuras atómicas del: a) bromo, con nº atómico Z = 35, y número másico A = 79; b) sodio, nº atómico Z = 11, y número másico A = 23. Bromo, Z=35, A=79 En su núcleo hay 35 protones (Z=35) y 44 neutrones (A=79, 79-35=44). Alrededor del núcleo hay 35 electrones distribuidos de la siguiente manera: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 Sodio, Z=11, A=23 En su núcleo hay 11 protones (Z=11) y 12 neutrones (A=23, 23-11=12). Alrededor del núcleo hay 11 electrones distribuidos de la siguiente manera:1s2 2s2 2p6 3s1 4.- Sabiendo que el bromo natural es una mezcla de dos isótopos de masas 78,92 y 80,92 u, respectivamente, calcúlese la abundancia relativa de los mismos. (Peso atómico del bromo 79,90). M=(M1 * P1 + M2 * P2)/100 Donde “M” es la masa o peso atómico del elemento; M1 y M2, las masas atómicas de cada isótopo, P1 y P2 los porcentajes de cada isótopo P1 + P2=100; P1=100-P2 79,9=[78,92 (100 - P2)+80,92 * P2]/100 79,9=[7892-78,92P2 + 80,92P2]/100 79,9 * 100-7892=80,92P2-78,92P2 98=2P2 ; P2=49% P1=100-49=51% 5.- Un átomo neutro tiene 15 electrones y 16 neutrones. Determina el número atómico y el número másico. Como el átomo es neutro, nº electrones = nº protones = Z Z=15 nºprotones + nº neutrones= A; Z + N = A A=31 6.- El átomo de carbono tiene Z=6 y posee tres isótopos de A=12, 13 y 14. Determina el número de protones, electrones y neutrones de cada átomo. ¿En qué se diferencian?. En un átomo se cumple que A = Z + N, donde “A” es el número másico, “Z” es el número atómico y “N” es el número de neutrones. A = 12 Número de protones = 6 Número de electrones = 6 Número de neutrones = 12 - 6 = 6 A = 13 Número de protones = 6 Número de electrones = 6 Número de neutrones = 13 - 6 = 7 A = 14 Número de protones = 6 Número de electrones = 6 Número de neutrones = 14 - 6 = 8 Se diferencian los isótopos en el número de neutrones. 7.- El litio presenta dos isótopos de masa atómica, aproximada, de 6 y 7 u respectivamente. Determina la composición de una muestra de litio si la masa atómica media de un átomo de litio es de 6,94 u. M=(M1 * P1 + M2 * P2)/100 Donde “M” es la masa o peso atómico del elemento; M1 y M2, las masas atómicas de cada isótopo, P1 y P2 los porcentajes de cada isótopo. P1 + P2=100; P1=100-P2 6,94=[6(100-P2) + 7P2]/100 6,94 * 100 - 600=P2 P2=94% P1=6% 8.- Indica el número de protones, neutrones y electrones de los siguientes iones: a) Na+ Z=11, A=23 b) O2- Z=8, A=16 c) Al3+ Z=13, A=27 d) Cl- Z=17, A=35 Un ion positivo corresponde a un átomo que ha perdido uno o más electrones; un ion negativo corresponde a un átomo que ganado uno o más electrones. En un átomo se cumple que A = Z + N, donde “A” es el número másico, “Z” es el número atómico y “N” es el número de neutrones. a) Na+ Z=11, A=23: 11 protones, 12 neutrones, 10 electrones b) O2- Z=8, A=16: 8 protones, 8 neutrones, 10 electrones c) Al3+ Z=13, A=27: 13 protones, 14 neutrones, 10 electrones d) Cl- Z=17, A=35: 17 protones, 18 neutrones, 18 electrones 9.- Los isótopos del cobre Cu-63 y Cu-65 se encuentran en un porcentaje de 69,09% y 30,91% y poseen una masa atómica de 62,93 uma y 64,9278 uma respectivamente. Determina la masa atómica media del Cu. M =(M1 * P1 + M2 * P2)/100 Donde “M” es la masa o peso atómico del elemento; M1 y M2, las masas atómicas de cada isótopo, P1 y P2 los porcentajes de cada isótopo. M= (69,09 * 62,93 + 30,91 * 64,9278)/100 M=63,54 uma 10.- Indica los números cuánticos de todos los orbitales de un átomo con n=2 y l=1. Con n=2 y l=1 tenemos que el tercer número cuántico, magnético, puede valer m= -1, 0, 1. Por tanto tres orbitales atómicos: 2px, 2py y 2pz, de números cuánticos:(2,1,-1), (2,1,0),(2,1,1). 11.- Indica los números cuánticos de todos los orbitales de un átomo con n=3 y l=2 Para n=3 y l=2, tenemos que m = -2, -1, 0, 1, 2 Así son posibles los siguientes números cuánticos: (3, 2, -2) ; (3, 2, -1) ; (3, 2, 0) ; (3, 2, 1) ; (3, 2, 2), que se corresponden a los cinco orbitales 3d 12.- Escribe la configuración electrónica de los siguientes iones a) Cl- Z=17 b) S2- Z=16 c) As3+ Z=33 a) Cl- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 18 electrones b) S2- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 18 electrones c) As3+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 30 electrones 13.- Escribe la configuración electrónica del elemento de Z=53. Indica si tiene tendencia a formar un ion positivo o un ion negativo y por qué. Z=53 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p5 La configuración electrónica de la última capa es 5s2 5p5, por lo que es un halógeno y tiene tendencia a ganar un electrón formando un ion negativo, y así adquirir la configuración electrónica del gas noble del mismo periodo. X + 1e- ----------- X- 14.- Indica el número de electrones desapareados que tienen los siguientes elementos (te servirá de ayuda escribir su configuración electrónica) a) Z=21 b) Z=31 c) Z=51 a) Z=21 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 Un electrón desapareado b) Z=31 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p1 Un electrón desapareado c) Z=51 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p3 tres electrones desapareados (principio de máxima multiplicidad de Hund): 5px1, 5py1, 5pz1 15.- Indica si un electrón puede tener los siguientes números cuánticos: a) (4,1,0,-1/2) b) (3,3,-2, 1/2) c) (4,2,-3, -1/2) d) (2,1,-1, 1/2) Los orbitales de un átomo vienen determinados por tres números cuánticos: n, l, m. "n" es el número cuántico principal que nos determina su contenido energético, puede variar de n = 1,2,3,.... infinito "l" es el número cuántico secundario o azimutal que nos determina el contenido energético y la geometría del orbital, l=0 "s", l=1 "p", l=2 "d".... el valor de "l” está condicionado al valor de "n", l = 0,1,2,...n-1 "m" es el número cuántico magnético que nos determina la orientación en el espacio del orbital. Todos los orbitales que poseen el mismo n,l,m tienen el mismo contenido energético, es decir son degenerados.Los valores de "m" están condicionados a los valores de "l", m= -l,...0,.....l a) (4,1,0,-1/2) si cumple las reglas de selección b) (3,3,-2, 1/2) no cumple porque l puede valer 0,1,2 c) (4,2,-3, -1/2) no cumple porque m puede valer -2,-1,0,1,2 d) (2,1,-1, 1/2) si cumple las reglas de selección 16.- ¿En qué se diferencian los siguientes iones? a) Fe2+ y Fe3+ b) Sn2+ y Sn4+ c) Na+ y K+ d) Br- y Cl- Consulta en la tabla periódica el número atómico de cada elemento a) El número atómico del Fe es 26. El Fe2+ y Fe3+ se diferencian en que el primero ha perdido dos electrones (24 electrones) y el segundo tres (23 electrones). El ion que posee menos electrones tiene menor tamaño. b) El número atómico del Sn es 50. El Sn2+ y Sn4+ se diferencian en que el primero ha perdido dos electrones (48 electrones) y el segundo cuatro (46 electrones). El ion que posee menos electrones tiene menor tamaño c) Ambos iones positivos tienen análoga configuración electrónica en la última capa, correspondiente al gas noble del periodo anterior. El ion potasio tiene una capa más de electrones y por tanto mayor tamaño. d) Ambos iones negativos tienen análoga configuración electrónica en la última capa, correspondiente al gas noble del mismo periodo. El ion bromuro tiene una capa más de electrones y por tanto mayor tamaño. 17. Indica los números cuánticos del último electrón del átomo: a) Mg (Z=12) b) P (Z=15) Cuando nos referimos al último electrón queremos decir el electrón que se sitúa en último lugar en un orbital, atendiendo a las reglas y normas preestablecidas. a)Mg Z=12 1s2 2s2 2p6 3s2 por situarse en nivel 3 n=3 por ser un orbital s, l=0 por lo tanto m=0 (3,0,0,-1/2) por ser el segundo electrón s= -1/2 b)P Z=15 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 por situarse en nivel 3 n=3 por ser un orbital p, l=1, m=1 porque ocupa el tercer orbital 3pz (3,1,1,1/2) por ser el primer electrón del orbital 3pz s= +1/2 18.- Indica los posibles números cuánticos del electrón más energético de: a) K (Z=19) b) S (Z=16) a) K [Ar] 4s1 Por tanto tendremos dos posibles números cuánticos de un electrón situado en un orbital 4s: (4,0,0,1/2), (4,0,0,-1/2). b) S [Ne] 3s2 3p4 Por tanto tendremos seis posibles electrones como más energéticos en los tres orbitales 3p: (3,1,-1,+-1/2), (3,1,0,+-1/2), (3,1,1,+-1/2). 19.- Define radio atómico. Ordena de mayor a menor radio atómico los siguientes elementos: a) I, F, Br b) Al, Na, P El radio atómico se puede definir como la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos adyacentes en un sólido metálico; o bien, en el caso de sustancias covalentes, a partir de la distancia entre los núcleos de los átomos idénticos de una molécula diatómica. a) En un mismo grupo el radio atómico aumenta hacia abajo porque aumenta el número de capas electrónicas, así I>Br>F. b) en un mismo periodo el radio atómico disminuye hacia la derecha porque aumenta el número de protones del núcleo y los electrones de la misma capa son atraídos con más fuerza, así Na>Al>P. 20.- Indica en las siguientes parejas el ion de mayor radio: a) Cu2+, Cu+ Cu Z=29 b) Cl-, K+ Cl Z=17 K Z=19 a) En el caso del Cu2+ y Cu+ tenemos dos especies químicas que tienen el mismo número de protones en el núcleo, pero diferente número de electrones. Será más pequeño aquel que tiene menos electrones porque serán atraídos con más fuerza los por los protones del núcleo. Cu+>Cu2+. b) Ambas especies químicas son isoelectrónicas, es decir poseen el mismo número de electrones (18), será más pequeña aquella especie que posea mayor número de protones porque atraerá con más fuerza a los electrones. Cl->K+. 21.- Define energía de ionización. Ordena de mayor a menor energía de ionización: a) Rb, Na, K b) P, Cl, S Razona brevemente La energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso. La energía de ionización aumenta cuando disminuye el radio atómico. Como en un mismo grupo el radio atómico aumenta hacia abajo la energía de ionización disminuye, por tanto Na>K>Rb. En un mismo periodo el radio disminuye hacia la derecha por tanto la energía de ionización aumenta en ese sentido, así Cl>S>P. 22.- El aluminio forma un compuesto con el oxígeno que tiene la fórmula Al2O3. ¿Cuál de las siguientes parejas de elementos formaría un compuesto con el mismo tipo general de fórmula, A2B3? a) In y S; b) B y F; c) Si y O, d) Zn y N; e) Ba y S. Aquella pareja de elementos en que el no metal actúe con estado de oxidación -3 y el metal con estado de oxidación +3. a) In2S3 El In tiene valencia +3 y el S -2. b) BF3 El B actúa con +3 y el F actúa con -1 c) SiO2 El silicio actúa con +4 y el oxígeno actúa con -2. d) Zn3N2 El Zn actúa con +2 y el nitrógeno con -3. e) BaS El Bario actúa +2 y el azufre con -2 en los sulfuros. 23.- Conociendo el número de electrones de los elementos: A (2), B (11), C (9), D (12) y E (13). Justifique el elemento que: a) corresponde a un gas noble, b) es el más electronegativo, c) es un metal alcalino, d) presenta valencia, e) puede formar un nitrato cuya fórmula es X(NO3)2. Escribimos en primer lugar la configuración electrónica de cada elemento para situarlo en la tabla periódica. A, Z=2 1s2 B, Z=11 1s2 2s2 2p6 3s1 C, Z=9 1s2 2s2 2p5 D, Z=12 1s2 2s2 2p6 3s2 E, Z=13 1s2 2s2 2p6, 3s2 3p1 a) Un gas noble es aquella especie química que tiene su última capa completa, ya sea del primer nivel 1s2 o de niveles superiores ns2 np6. En este caso sólo cumple el A. b) El más electronegativo es aquel elemento que se encuentra más a la derecha y arriba en la tabla periódica, sin contar con los gases nobles que son una excepción; por la configuración electrónica C, es el compuesto que se encuentra más a la derecha, en el grupo de los halógenos. c) un metal alcalino es aquel elemento cuya configuración electrónica es del tipo ns1, alcalino térreo ns2, térreo o boroides ns2 np1, carbonoides ns2 np2,....por tanto en este caso es alcalino el B. d) todos presentan valencia menos el gas noble. La valencia iónica se define como el número de electrones que un elemento ha de ganar o perder para adquirir la configuración electrónica de un gas noble. B +1 C -1 D +2 E +3 e) podrá formar este compuesto aquel elemento que tenga valencia o estado de oxidación +2, es decir el D. 24.- Las configuraciones electrónicas de dos elementos neutros A y B son: (A) 1s2 2s2 2p2, (B) 1s2 2s2 2p1 3s1. Indicar, razonadamente, si son verdaderas o falsas las afirmaciones siguientes: a) La configuración de B es imposible, b) Las dos configuraciones corresponden al mismo elemento, c) Para separar un electrón de B se necesita más energía que para separarlo de A, d) La configuración de B puede corresponder al carbono. a) La configuración electrónica de B corresponde a un estado excitado por lo que sí es posible. Se ha ocupado el orbital 3s antes que los orbitales 2p. b) Si son átomos neutros y ambos tienen 6 electrones quiere decir que ambos tienen en el núcleo 6 protones, por lo que sí corresponden a un mismo elemento. c) No, ya que el último electrón en B está en un orbital más energético y por tanto se precisará menor energía para arrancarlo. d) Ambas configuraciones electrónicas corresponden al carbono porque se refiere a un elemento neutro que tiene 6 electrones y por tanto 6 protones en el núcleo. Z=6, corresponde al carbono. 25.- Un átomo neutro de cierto elemento tiene 15 electrones: a) ¿Cuál es la configuración electrónica del elemento?; b) ¿A qué familia pertenece?; c) ¿A qué período pertenece?; d) Escriba los números cuánticos de todos los electrones de la última capa. a) Z =15 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3; [Ne] 3s2 3p3 b) pertenece a la familia de los nitrogenoides por disponer en su última capa una configuración electrónica deltipo ns2 np3. c) pertenece al periodo 3 por disponer electrones hasta orbitales del nivel n=3. d) Si interpretamos como última capa todos los electrones del nivel 3. 3s (3,0,0, +-1/2) 3p (3,1,-1,+-1/2), (3,1,0,+-1/2), (3,1,1,+-1/2) 26.- Identificar los números cuánticos correspondientes al electrón más energético y al electrón diferenciador del Si (Z = 14). La configuración electrónica del elemento Z=14 es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2, de manera explícita los electrones del subnivel 3p se distribuyen: 3px1 3py1 El electrón más energético es cualquiera de los electrones que se encuentran en el subnivel 3p, por tanto sería (3,1,-1, +-1/2), (3,1,0,+-1/2), (3,1,1,+-1/2) El electrón diferenciador es el último electrón que situamos en el orbital más energético, atendiendo a las normas y reglas preestablecidas. En este caso en el 3py1, que corresponde n=3 y l=1, como es el orbital py, la m=0, y como es el primer electrón que se sitúa en el orbital, s=+1/2. Así (3,1,1,+1/2) 27.- ¿Cuántos electrones hay como máximo en: a) un orbital s; b) un orbital d; c) un orbital p; d) un grupo completo de orbitales d; e) un nivel energético n = 2. En un orbital, independientemente de su tipo, s, p, d, f, hay como máximo dos electrones, atendiendo al principio de exclusión de Pauling. En un grupo completo de orbitales d tenemos que l=2 y m=-2,-1,0,1,2, por tanto disponemos de cinco orbitales d, como máximo habrá diez electrones. En el nivel energético n=2, tenemos un orbital s y tres orbitales p, por tanto cuatro orbitales y ocho electrones como máximo. 28.- Explique la estructura atómica del bromo, sabiendo que su número atómico es Z= 35 y su masa atómica es 79. Z es el número atómico que nos indica el número de protones del núcleo; como el átomo es neutro dispondrá también de 35 electrones en la corteza electrónica, su configuración electrónica es: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5; [Ar] 4s2 3d10 4p5 En el núcleo dispone, además, de N = A-Z = 79-35 = 44 neutrones. 29.- Indica cuál es la valencia iónica de los siguientes elementos: O (Z = 8); He (Z = 2);C (Z= 6). La valencia iónica representa, en general, los electrones que un átomo tiene tendencia a ganar o a perder para adquirir la configuración electrónica de un gas noble, o de un sistema más estable (última capa semillena…) Z = 8 1s2 2s2 2p4 dispone de seis electrones y tiene tendencia a ganar dos y así adquirir la configuración electrónica del gas noble del mismo periodo, -2. Z = 2 1s2 dispone de una configuración electrónica de gas noble, por lo que no tiene tendencia a ganar o perder electrones, 0. Z = 6 1s2 2s2 2p2 dispone de cuatro electrones en la última capa y podría, en teoría, perder o ganar cuatro electrones para adquirir la estructura electrónica de un gas noble, +4, -4. 30.- Sean A, B y C tres elementos del sistema periódico con números atómicos 12, 17 y 38, respectivamente. a) Indique razonadamente el grupo y el período al que pertenecen. b) Indique razonadamente el elemento menos electronegativo. Escribimos la configuración electrónica de cada elemento Z=12 1s2 2s2 2p6 3s2 Z=17 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Z=38 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 A pertenece al grupo de los alcalinos térreos por disponer en su último nivel la configuración "ns2", pertenece al tercer periodo ya que n=3. B pertenece al grupo de los halógenos por disponer en su último nivel la configuración "ns2 np5 " y al tercer periodo ya que n=3. C pertenece al grupo de los alcalinos térreos por disponer en su último nivel la configuración "ns2", pertenece al quinto periodo ya que n=5. El menos electronegativo será aquel que posea un mayor radio atómico y por tanto aquel que se encuentre más a la izquierda y abajo en la tabla periódica. En este caso el C.