1º BACH
Física y Química
TEMA 1
Naturaleza Atómica de la Materia
1,- Un átomo de Hidrógeno en su estado fundamental recibe una energía de 13’056 eV. Averiguar hasta que nivel ascenderá el electrón y cuál será el radio de esa nueva órbita.
Solución nivel 5 r5 = 13.25 Ǻ
2.- El electrón de un átomo de Hidrógeno cae desde una órbita cuyo radio es de 25’921 Ǻ a otra órbita de 4’761 Ǻ. Determinar a qué niveles corresponde cada una de ellas y la energía que se desprende en el proceso.
Solución niveles 7 y 3 ─1’23 eV
3.- Un átomo posee un número atómico Z = 38 y un número másico A = 88. Contestar a las siguientes preguntas:
a) ¿A qué elemento pertenece?
b) Obtener el número de partículas subatómicas de cada clase que lo componen c) Escribir su estructura electrónica
d) Indicar cuál es su capa de valencia y cuantos electrones tiene. ¿Cuál es su valencia principal?
e) Deducir si será un metal o un no metal f) Razonar si será muy reactivo o no
g) ¿Tendrá un radio atómico mayor que el Ba?
4.- Contestar brevemente, explicando suficientemente el porqué, a las siguientes cuestiones: a) Ordenar de menor a mayor atendiendo a su radio atómico los siguientes
elementos TELURO , BORO y OXÍGENO
b) Ordenar de menor a mayor atendiendo a su Reactividad Química los siguientes elementos HELIO , FLUOR , YODO y ZINC
c) Ordenar de menor a mayor atendiendo a su radio atómico los siguientes elementos POTASIO , HIERRO y ZINC
5.- Averiguar el número de protones, neutrones y electrones que poseen cada uno de los siguientes átomos o iones y escribir su estructura electrónica:
59Co 201Hg2+ 232Th 75As3-
6.- Contestar a las siguientes cuestiones, explicando brevemente la razón de las elecciones: a) Ordena, atendiendo a su radio atómico, las siguientes parejas de elementos:
• BERILIO Y ESTRONCIO
• LITIO Y CARBONO
• PLATA Y YODO
b) Un átomo tiene un Z = 37 y A = 85. Averiguar a qué elemento químico
corresponde, el nº de partículas de cada clase que lo constituyen y escribir su estructura electrónica indicando la capa de valencia y su valencia principal c) Un átomo tiene en su capa de valencia 2 electrones. ¿Es un metal?, ¿Es muy
7.- Averiguar el número de protones, neutrones y electrones que constituyen los siguientes átomos e iones. Escribir asimismo sus estructuras electrónicas.
14
N
75As
128Te
2- 197Au
3+ 238U
8.-Un átomo de Hidrógeno tiene el electrón en una órbita cuyos números cuánticos son (4, 2, -1, 1/2)
a) Dibujar de forma esquemática dicha órbita b) Calcular el radio medio de esa órbita
c) Obtener su energía aproximada
Solución a) 8’48 Å b) ─0’85 eV
9.- De las siguientes estructuras electrónicas debéis indicar (sabiendo que corresponden a átomos neutros)
a) A qué elemento pertenecen b) Si son posibles o no
c) Si corresponden al estado fundamental o excitado
• 1s2 2s2 2p3 4s1
• 1s2 2s3 2p2
• 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5
• 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2 4p5
• 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d12 4s1
• 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s1
Solución Excitada, Prohibida, Fundamental, Excitada, Prohibida, Fundamental
10.- Averiguar a qué elementos de los citados corresponden los valores del radio atómico expuestos a continuación:
• YODO , CLORO , FÓSFORO
• 0’99 , 1’33 , 1’10
11.- Un átomo tiene un número atómico Z = 52 ¿De qué elemento se trata? ¿Cuál es la estructura electrónica de su estado fundamental. ¿Cuál será su valencia principal? Escribir la estructura electrónica del ión que formará.
Solución Te
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s24d105p4
─2
PROBLEMA 1
a) Cálculo de la órbita final
El electrón está inicialmente en la órbita fundamental cuya energía es 1 2 1 6 ' 13 − =
E (en eV)
La órbita final poseerá una energía de 132'6 n
En =− (siendo n un número entero) El incremento de energía suministrado al electrón es la diferencia entre ambos valores y
además sabemos que es de 13’056 eV (Tiene un valor positivo debido a que es absorbida por el átomo) = ∆ − − − = − = ∆ 056 ' 13 1 6 ' 13 6 ' 13 2 2 1 E n E E E n
→ 13'056
1 6 ' 13 6 ' 13 2
2 =
− − − n
Despejando el valor de n se obtiene que n=5 Por tanto se trata de la 5ª órbita
b) Radio de la nueva órbita
El radio de la órbita de un electrón viene dado por la fórmula rn =0'53⋅n2 (n es el número cuántico principal correspondiente a la órbita que ocupa). En este caso
r5 =0'53⋅52 =13'25Å
PROBLEMA 2
a) Niveles energéticos
Utilizamos la fórmula del apartado b) del problema anterior y redondeamos el resultado al número entero más próximo
• Órbita inicial 25'921=0'53⋅ni2 → ni =6'993 → ni =7
• Órbita final 4'761=0'53⋅n2f → nf =2'997 → nf =3
b) Energía desprendida en la transición
Las energías correspondientes a los dos niveles son
− = − = 2 2 3 6 ' 13 7 6 ' 13 f i E E
La energía desprendida es =
− − − = − =
∆ 2 2
7 6 ' 13 3 6 ' 13 i f E E
E −1'23eV
PROBLEMA 3
a) Su número atómico es Z =38 y por tanto corresponde al elemento nº 38 de la tabla periódica, que es el Estroncio
b) El nº de partículas que lo constituyen es el siguiente
50 38 88 º
38 º
38 º
= − = − =
= =
= =
Z A neutrones de
n
Z electrones de
n
Z protones de
n
c) La estructura electrónica es 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d104p6 5s2
d) Su capa de valencia es la 5, en la cual existen dos electrones. Su valencia principal será por tanto +2
e) Al tener solamente dos electrones en la capa de valencia será un metal
f) Aunque está situado en el grupo IIA su reactividad es moderada ya que el radio atómico es grande al estar en el periodo 5, lo cual disminuye su capacidad de reacción
g) No, en realidad el Bario tiene mayor radio atómico al estar situado en el periodo 6 y tener una capa de valencia de mayor tamaño
PROBLEMA 4
A) OXÍGENO < BORO <TELURO
El oxígeno tiene un valor del radio atómico menor que el boro al estar situado más a la derecha dentro del mismo periodo. Esto se debe a que los electrones pertenecen a la misma capa de valencia (la 2) pero en el oxígeno hay mas protones en el núcleo que atraen con mayor fuerza a los electrones y los mantienen más cerca, disminuyendo entonces el radio del átomo
B) HELIO < CINC < YODO < FLUOR
El helio es un gas inerte y por tanto es el menos reactivo de los cuatro. Después viene en orden creciente el cinc que es un metal y los más reactivos serian los dos elementos restantes ya que pertenecen al grupo de los halógenos. Entre estos dos últimos el más reactivo será el flúor pues tiene una capa de valencia (periodo 2) de menor tamaño que el yodo (periodo 5)
C) HIERRO < CINC < POTASIO
El potasio es el que mayor radio atómico posee al estar situado más a la izquierda del sistema periódico. El de menor radio atómico debería ser el cinc si la regla se cumpliera en todos los casos, pero en los elementos de transición situados a la derecha el volumen aumenta ligeramente y produce algunas excepciones, como es precisamente este caso
PROBLEMA 5
Co
59
32 27 59 º
27 º
27 º
= − = − =
= =
= =
Z A neutrones de
n
Z electrones de
n
Z protones de
n
2 201 + Hg
( )
121 80 201 º 78 2 80 º 80 º = − = − = = + − = − = = = Z A neutrones de n q Z electrones de n Z protones de n 10 14 2 6 10 2 6 10 2 6 2 6 2 2 5 4 6 5 4 5 4 3 4 3 3 2 21s s p s p s d p s d p s f d
Th 232 142 90 232 º 90 º 90 º = − = − = = = = = Z A neutrones de n Z electrones de n Z protones de n 2 2 6 10 14 2 6 10 2 6 10 2 6 2 6 2 2 5 7 6 5 4 6 5 4 5 4 3 4 3 3 2 2
1s s p s p s d p s d p s f d p s f
3 75 − As
( )
42 33 75 º 36 3 33 º 33 º = − = − = = − − = − = = = Z A neutrones de n q Z electrones de n Z protones de n 3 10 2 6 2 6 2 2 4 3 4 3 3 2 21s s p s p s d p
PROBLEMA 6
a) Ordenación con respecto del radio atómico
BERILIO < ESTRONCIO CARBONO < LITIO YODO < PLATA
b) El átomo corresponde al elemento nº 37 de la tabla periódica que es el Rubidio. El nº de partículas que lo constituyen y su estructura electrónica son
48 37 85 º 37 º 37 º = − = − = = = = = Z A neutrones de n Z electrones de n Z protones de n 1 6 10 2 6 2 6 2 2 5 4 3 4 3 3 2 2
1s s p s p s d p s
Su capa de valencia es la que tiene aquellas órbitas con el nº cuántico principal más elevado, es decir la 5s . La valencia principal será +1 1
PROBLEMA 7
14
N
79Se
128Te
2- 197Au
3+ 238U
protones7
34
52
79
92
electrones
7
34
54
76
92
neutrones
7
45
76
118
146
Estructura electrónica
1s22s22p3 1s22s22p63s2 3p64s23d104p4
1s22s22p63s2 3p64s23d104p6 5s24d105p6
1s22s22p63s2 3p64s23d104p6 5s24d105p66s2 4f145d6
1s22s22p63s2 3p64s23d104p6 5s24d105p66s2 4f145d106p67s2 5f4
PROBLEMA 8
a) Dibujo orientativo de la órbita
El nº cuántico principal es n=4 con lo cual dicha órbita está en el cuarto nivel. En el dibujo se han representado de forma esquemática en líneas de puntos las órbitas s de los cuatro primeros niveles. El resto no las dibujo para que el esquema resulte mas claro. Al ser el numero cuántico secundario u orbital l =2 la órbita es una elipse bastante excéntrica, tal y como se indica
b) Radio medio
El radio medio se puede calcular utilizando la fórmula de Böhr rn =0'53⋅n2 r4 =0'53⋅42 = 8'48Å
c) Energía aproximada de la órbita
Podemos utilizar también aquí de forma aproximada la fórmula 132'6 n En =−
4 =− 2 = 4
6 ' 13
PROBLEMA 9
1 3 2 2
4 2 2
1s s p s
Corresponde al Oxígeno ya que posee en total 8 electrones
Es una estructura posible pero excitada, ya que un electrón de la órbita 2p ha saltado a una órbita superior 4s absorbiendo energía
2 3 2
2 2
1s s p
Correspondería al nitrógeno, pero es una estructura imposible al existir tres electrones en la órbita 2s, que como es sabido solo puede ser ocupada por dos
5 10 2 6 2 6 2 2
4 3 4 3 3 2 2
1s s p s p s d p
Corresponde al bromo al contar en total con 35 electrones y es una estructura fundamental
5 7 2 6 2 6 2 2
4 3 4 3 3 2 2
1s s p s p s d p
Corresponde al germanio pues en total hay 32 electrones. Es una estructura excitada energéticamente pues tres electrones de la órbita 3d han saltado a la órbita superior 4p
12 1 6 2 6 2 2
3 4 3 3 2 2
1s s p s p s d
Correspondería al galio al tener en total 31 electrones, pero es una estructura prohibida al contener 12 electrones las órbitas 3d, que en realidad solo pueden albergar 10 electrones como máximo
10 1 6 10 2 6 2 6 2 2
4 5 4 3 4 3 3 2 2
1s s p s p s d p s d
Corresponde a la plata al tener en total 47 electrones. Puede parecer a primera vista una estructura excitada donde un electrón de la órbita 4s ha pasado a la 3d que es más energética, pero en realidad es una estructura fundamental que constituye una de las excepciones a las reglas de llenado de los átomos poli-electrónicos
PROBLEMA 10
Al yodo le corresponderá el valor más alto (1’33 Å) ya que es el elemento situado más abajo de los tres y por tanto su capa de valencia está más alejada del núcleo.
Los dos elementos restantes están en el mismo periodo y por tanto el que se sitúa a la izquierda, es decir el fósforo tendrá mayor radio de los dos (1’10 Å).
El valor restante (0’99 Å) se lo asignamos al cloro de manera que queda finalmente
Elemento Radio Atómico (Å) yodo 1’33
PROBLEMA 11
• Al tener 52 electrones se trata del elemento nº 52 que es el teluro
• Su estructura electrónica es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s24d105p4
• La capa de valencia está formada por las órbitas ocupadas más externas, es decir cuyo nº cuántico principal es mayor. En este caso es la 5p4 , que contiene cuatro electrones y por tanto su valencia principal es ─2, pues tiene tendencia a capturar dos electrones para que su estructura electrónica cumpla la regla del octeto
