INTERPRETACIÓN CUÁNTICA DEL ÁTOMO

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1 CUESTIONES INTERPRETACIÓN CUÁNTICA DEL ÁTOMO 1. a) Define correctamente la primera energía de ionización de un metal M. b) Dibuja cualitativamente los valores aproximados de la primera energía de ionización ( EH 1 ) de los elementos representados en las dos gráficas siguientes: EI 1 EI 1 Li Be B C N O F Ne Li Na K Rb Cs c) Qué energía de enlace debe ser mayor: la del H-H en el H 2 o la del N-N en la N 2? Explicar por qué? (CV-94) Solución:a)es la mínima energía necesaria para que un átomo neutro de un elemento X, en estado gaseoso y en su estado electrónico fundamental, ceda un electrón de su nivel más externo y dé lugar a un ion positivo X + también en su estado gaseoso y en su estado electrónico fundamental b)de Li a Ne iría aumentando excepto EI(B)<EI(Be) y EI(O)<EI(N) c)es mayor la del hidrógeno por tratarse de un triple enlace. 2. Dibuja con cuidado un esquema del Sistema Periódico y sobre él, haz unas líneas que delimiten las zonas siguientes. a) Elementos metálicos. b) Elementos que forman moléculas diatómicas. c) Elementos que en condiciones normales el gas se encuentra como átomos sin combinar. d) Elementos que forman moléculas poliatómicas gigantes. e) para los elementos de los apartados a), b), c) la relación entre la posición de estos elementos en el Sistema Periódico y la configuración electrónica. (CV-94) Solución: b) H 2, F 2, Cl 2, F 2, Br 2, I 2, N 2, O 2, c) gases nobles; d) S 4, S 8, P 4, C, Si. 3. a) Da una definición de orbital atómico. b) Qué significado tiene decir que una magnitud está cuantizada? Pon un ejemplo c) Qué es la electronegatividad? Indicar cualitativamente como varía esta propiedad en el Sistema Periódico y como influye en el tipo de enlace que forman los elementos químicos al combinarse? (CV-95) Solución. a) zona del espacio donde la probabilidad de encontrar el electrón es máxima; b) no puede tomar cualquiera valor. Por ejemplo en el modelo atómico de Bohr el radio de la órbita, c) la medida de la atracción de un átomo a otro a quien está unido. Aumenta hacia a la derecha (excepto los gases nobles) en un período y hacia a arriba en una familia. 4. a) Cómo se puede representar gráficamente un orbital atómico? Dibuja dos orbitales atómicos distintos al hidrógeno b) Escribe los números cuánticos que corresponderían a un electrón alojado en los orbitales atómicos dibujados en el apartado anterior. c) Escribe la configuración electrónica del ion sulfuro S 2 - y del átomo de cinc. Datos: Números atómicos: S:16 Zn:30 (CV-95) Solución: a) estado fundamental: un orbital s esférico del 1 er nivel y estado excitado cualquiera otro; b) estado fundamental: (1,0,0,+1/2); c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 y 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10.

2 5. a) En el modelo atómico de Bohr se habla de órbita del electrón y en el modelo atómico de la mecánica cuántica se habla de orbital. Qué diferencia hay entre ambos conceptos? b) Definir la energía de ionización. Cómo es la segunda energía de ionización con respecto a la primera (mayor, igual o menor)?: Justificar la respuesta. c) Los siguientes átomos e iones tienen todos 10 electrones: N 3 -, O 2-, F -, Ne, Na +, Mg 2 +. Ordénalos según el radio creciente. (CV-95) Solución: a) órbita se refiere al camino que seguía el electrón alrededor del núcleo y orbital a la zona de máxima probabilidad de encontrarlo; b) es la energía que se debe comunicar a un átomo en estado gaseoso y configuración fundamental para arrancarle el electrón más externo. La segunda energía de ionización es mayor debido a qué el segundo electrón se tendría de arrancar a una especia que ya tiene un déficit de electrones y por lo tanto está más fuertemente unido al átomo; c) Mg 2 + <Na + <Ne<F - <O 2 - <N 3-6. a) El comportamiento de un electrón perteneciente a un átomo de hidrógeno queda descrito por los siguientes números cuánticos: n =3 l =2 m =1 s =1/2 En cuál nivel energético y en cuál tipo de orbital se encuentra este electrón. b) La primera fila del Sistema Periódico tiene dos elementos químicos, la segunda y la tercera tienen ocho elementos y la cuarta y la quinta fila tienen dieciocho elementos. Da una explicación a estos hechos. (CV-95) Solución: a) En el 3 er nivel y en un orbital p; b) las filas o períodos corresponden al nivel energético y el número de elementos de cada fila es el número de electrones que caben en cada nivel. 7. A) Indicar cuál o cuáles de las frases siguientes son ciertas. A1)Según Bohr la fuerza que mantiene al electrón en la órbita se debe solamente a la atracción gravitatoria entre la partícula y el núcleo. A2) Por arrancar el electrón del átomo de hidrógeno, se consume la misma energía si este se encuentra en un orbital 1s que si se encuentra en un orbital 2p. A3) Los elementos químicos se ordenan en el sistema periódico según los pesos atómicos crecientes. B)Explicar por qué es verdadera o falsa cada frase del apartado anterior. Volver a escribir correctamente las que son falsas. (CV-96) Solución: A1) Falsa, según él era debida a la fuerza de atracción electrostática; A2) falsa, se consume menor energía al arrancar el situado en el orbital 2p, ya que se encuentra estado excitado y su estabilidad es menor y hay menos energía de atracción al núcleo; A3)falsa, se ordenan según el número atómico. 8. A) Un átomo X tiene la configuración electrónica siguiente: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 5s 1. Cuáles de las siguientes fórmulas son correctos. Razonar la respuesta. A1) X se encuentra estado fundamental. A2) X pertenece al grupo de los metales alcalinos. A3) X pertenece al 5 0 período del sistema periódico. A4) Si el electrón pasara desde el orbital 5s al 6s, se emitiría energía luminosa que daría lugar a una línea en el espectro de emisión. (CV-96) Solución: A1)Falso, el estado es excitado A2)Verdadero, estado fundamental tendría una configuración[ar ]4s 1 ; A3) Falso, pertenecería al 4t período; A4) Falso, en el salto que se describe se tendría que comunicar energía.

3 9. A)Indicar cuál o cuáles de las frases siguientes son verdaderas. A1) Las rayas del espectro de emisión del hidrógeno son debidas a tránsitos del electrón entre niveles de energía. A2) El ion óxido, O 2-, tiene un radio mayor que el átomo de oxígeno. A3)Según nos desplazamos de izquierda a derecha en una fila del sistema periódico disminuye la energía de ionización. B)Explicar por qué es verdadera o falsa cada frase del apartado anterior. Volverlas a escribir correctamente aquellas que sean falsas.(cv-96) Solución: A1) Verdadera, es el fundamento de un espectro de emisión; A2) Verdadera; el ion negativo sufre una expansión de volumen con respecto al átomo debida a la repulsión entre los electrones de la última capa; A3) Falso, aumenta. 10. A) de los elementos con átomos que ganan electrones con facilidad, se dice que son agentes oxidantes. Razonar cuál de los siguientes elementos es mejor agente oxidante : Na =11, F =9, Ba =56, Ne =10, O =9. B) Qué mejoras aporta el modelo de Bohr con respecto al modelo de Rutherford? Citar al menos dos. (CV-96) Solución: A) F>O>Ba>Na>Ne; B) El modelo de Bohr es capaz de explicar la estabilidad del átomo a partir de la introducción del concepto de órbitas cuantizadas. 11.A partir de estas configuraciones electrónicas: I) 1s 2 2s 2 2p 6 II) 1s 2 2s 2 III) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 Indicar: A que átomos corresponden. A que iones monopositivos corresponden. A que iones mononegativos corresponden (CV-97) Solución: Y) átomo: Ne; ion positivo: Na + ; ion negativo: F - ; II) Be,B +, Li; III) S, Cl +, P A) La configuración electrónica de valencia de un elemento es 4s 2 3d 10 4p 6. A qué período y familia del sistema periódico pertenece? Qué estado de oxidación negativo debe tener? B) Cuál o cuáles de las combinaciones siguientes de números cuánticos son válidas, para un electrón de un átomo de carbono en estado fundamental? Razonar la respuesta e indicar por qué las otras combinaciones no son válidas. (CV-97) n l m s B /2 B /2 B /2 B /2 Solución: 4t período y familia VIIIA o 18 (gas noble). Es estable y no forma iones; B) B1: no válida m 1, B2: no válida, no hay nivel de energía 3 para el carbono estado fundamental; B3: no válida, l 2; B4: no válida, m Dados los siguientes elementos: He, F, S, As y Sn. Indicar el que mejor corresponde a cada una de las siguientes propiedades: A) El más metálico. B) El de mayor radio C) El más electronegativo. Datos: Números atómicos: He =2, F =9, S =16, As =33, Sn =50. (CV-97) Solución: A) Sn; B) Sn; c) F.

4 14.A) Clasificar en orden creciente de radios, los iones siguientes, (justificarlo) O 2-,Na +, F -, Mg 2+ Números atómicos: O =8, Na =11, F =9, Mg =12. (CV-97) Solución: O 2- >F - >Na + >Mg 2+ ; las configuraciones electrónicas son iguales pero el número de protones en cada núcleo es distinto. En estas condiciones, cuando mayor es el nº de protones, más atracción hay sobre los electrones y menor será el radio iónico. 15.Dados 3 elementos químicos de números atómicos 19,35 y 36. Indicar: A) La configuración electrónica y el grupo del sistema periódico al que pertenece cada elemento. B) De los tres elementos cuál tiene mayor energía de ionización, cuál mayor afinidad electrónica y cuál mayor radio atómico. Razonar las respuestas. (CV-98) Solución:A)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 alcalinos 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 halógenos; 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 gas noble. B) mayor energía de ionización: C, tiene más carga nuclear y más electrones que están en el mismo nivel energético de B, por lo tanto será más difícil arrancarle un electrón. Mayor EA: B, es el elemento más electronegativo, por lo tanto liberará más energía al captar un electrón para formar un ion negativo. Mayor radio atómico: A, pertenecen todos al mismo período pero en A hay menos cargas y por lo tanto la fuerza de atracción entre electrones y protones será menor. 16. Con respecto al número cuántico n que aparece en el modelo atómico de Bohr, indicar de manera razonada cuáles son correctos y cuáles incorrectos. A) La energía del electrón en las órbitas está cuantizada y depende de n. B) El radio de las órbitas no depende de n C) Las rayas del espectro de emisión del hidrógeno son debidas a tránsitos del electrón de una órbita a un otra de n mayor. D) Cuando el electrón pasa a tener n = el átomo se ha ionizado. (CV-98) Solución: A) Verdadera, es uno de los postulados de Bohr; B) Falso, precisamente, el radio de las órbitas viene dado por n; C) Falso, son debidas a tránsitos de una órbita mayor a una menor; D) Verdadera, equivale a decir que el electrón se ha perdido. 17.B) Escribir la serie completa de los cuatro números cuánticos para uno de los electrones de valencia del átomo de azufre en el estado fundamental. (Número atómico del azufre 16) (CV-98) Solución: Por ejemplo (3,1,-1,+1/2) 18.Dadas las siguientes configuraciones electrónicas de dos átomos neutros: X: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Y: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 4s 1 Justificar la validez o falsedad de las siguientes afirmaciones: A) La configuración de Y corresponde a un átomo de K B) Para pasar de X a Y se necesita aportar energía C) El radio de X es igual al radio de Y (CV-99) Solución: A) Falsa, el potasio tiene 19e - ; B) Verdadera, Y es un estado excitado de X; C) Falsa, Y es mayor ya que tiene un electrón en un nivel superior.

5 19.Señala justificadamente cuáles de las siguientes proposiciones son correctos y cuáles no: A) El número atómico de los iones K + es igual al del gas noble Ar. B) Los iones K + y los átomos del gas noble Ar son isótopos. C) El radio de los iones K + es igual al de los átomos de Ar. Datos: Números atómicos: Ar = 18; K = 19 (CV-99) Solución: A) falsa, el número atómico depende del número de protones del núcleo del elemento, no de la configuración electrónica. B) Falsa, los isótopos deben pertenecer al mismo elemento. C) Falsa, el radio del ion K + es mayor que el del átomo Ar, ya que aunque la configuración electrónica sea la misma, la carga nuclear es distinta. 20. A) La configuración electrónica del cromo, en el estado fundamental, es 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 4s 1 3d 5. Justificar la aparente anomalía existente dicha configuración. B) Cuál es el número máximo de electrones que puede haber en un mismo átomo con n =3? Qué principio determina este número? (CV-99) Solución: A) De esta manera se logra una configuración con los orbitales d semillenos. B) Principio de exclusión de Pauli, 2n 2 = = 18 electrones. 21. A) Definir los conceptos de afinidad electrónica y energía de ionización e indicar si existe alguna relación entre ellos. B)Indicar el valor que puede tomar el número cuántico m para: B.1) un orbital 2s B.2) un orbital 3d B.3) un orbital 4p (CV-99) Solución: A) Al aumentar el potencial de ionización, aumenta también la afinidad electrónica, con excepción de los gases nobles. B) B1: m =0; B2: m =-2,-1,0,-1,2; B3= -1, Dados los siguientes conjuntos de números cuánticos para el electrón en el átomo de hidrógeno, indicar las combinaciones que no sean posibles e indicar en cada caso el motivo: A) 2,2,1,+1/2 B) 4,0,2,-1/2 C) 1,0,0,+1/2 D) 3,-1,0,-1/2 (CV-00) Solución: A) No, l 2; B) No, m 2; C)Si; D) No; l Para los elementos plata y selenio, cuyos respectivos números atómicos son 47 y 34, indicar: A)Su situación en la sistema periódico (grupo y período) B)Los números cuánticos de los electrones desapareados. C)El estado de oxidación más probable en sus iones monoatómicos. (CV-00) Solución: A) Ag: período 5e; familia IB ó 11; Se: período 4t; familia VÍA ó 16. B) Ag (5,0,0,+1/2); Se (4,1,0,+1/2). C)Ag + ; Se Los elementos A, B, C y D tienen los números atómicos: 11, 15, 16 y 25. Responder razonadamente a las siguientes cuestiones: a)indicar el ion más estable que puede formar con cada uno de los elementos anteriores. (CV-01 b)escribir que estequiometría presentarán los compuestos más estables que forman A con C, B con D y B con C. Solución: a)a +, B 3-, C 2-, D 2+ ; b) A 2 C, D 3 B 2, B 2 C 3.

6 25. La configuración electrónica de un elemento A es; 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 5 explicar razonadamente, cuales de las afirmaciones siguientes son correctas: a)el Sb (Z=51 tiene una energía de ionización menor que el átomo A. b)el Sn (Z=50) tiene un radio atómico mayor que el átomo A. c)de la combinación del elemento A con el elemento de Z=35 se obtienen compuestos fundamentalmente iónicos. d)el elemento A es mas electronegativo que el elemento Z=15. Sol: a) Falso b)verdadero c)verdadero d)falso e)falso 26. Los elementos A,B,C y D tienen números atómicos 12, 14, 17 y 37 respectivamente. a)escribir la configuración electrónica de A 2+, B, C - y D. CV-05 b)indicar justificando la respuesta, si las siguientes proposiciones referidas a los elementos anteriores A, B, C y D son verdaderas o falsas: b 1 El elemento que tiene el radio atómico más pequeño es el B. b 2 El elemento D es el que tiene mayor energía de ionización I 1. b 3 El elemento C es el que tiene mayor afinidad electrónica. b 4 Cuando se combinan C y D se forma un compuesto molecular. Sol: a) A 2+ 1s 2 2s 2 2p 6, B 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2, C - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, D 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 1 b) Falso. Falso. Verdadero. Falso 27. Responder, justificando la respuesta, a las siguientes cuestiones: a)si la configuración electrónica de la capa de valencia de un elemento es 4s 2 3d 10 4p 3 indicar a que periodo y a que familia pertenece este elemento. Qué estado de oxidación puede tener?. CV-05 b) Cuál o cuales de las siguientes combinaciones son conjuntos validos de números cuánticos para un electrón de un átomo de carbono en su estado fundamental? Razonar la respuesta e indicar por qué no son validas el resto de combinaciones. CV-06 n l m l m s B /2 B /2 B /2 B /2 Solución: 4t período y familia VIIIA o 18 (gas noble). Es estable y no forma iones; B) B1: no válida m 1, B2: no válida, no hay nivel de energía 3 para el carbono estado fundamental; B3: no válida, l 2; B4: no válida, m Sean dos elementos A y B cuyos números atómicos son: Z(A) = 28; Z(B) = 35. Conteste las siguientes cuestiones: a) Escriba la configuración electrónica del estado fundamental de ambos elementos. b) Qué elemento espera que tenga un valor de su primera energía de ionización más elevado? c) Qué elemento tiene los átomos más pequeños?. Razone la respuesta. d) En caso de que los elementos A y B se pudieran combinar par formar un compuesto estable y neutro, cuál es la fórmula que cree más probable para este compuesto?. CV-07 Sol: a) Z(A) = 28 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 (Ni) Z(B) = 35 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 (Br) b)b>a c)b<a d) AB 2

7 29. Contestar razonadamente las siguientes cuestiones: a)considerar los elementos químicos siguientes: Ne, F, Na, Mg y O, y ordenarlos en orden creciente a su primera energía de ionización. b)indicar el ion más probable que formarían los elementos anteriormente citados. c)ordenar las especies iónicas del apartado anterior por orden creciente de sus correspondientes radios iónicos. Datos: Números atómicos (Z): O (Z=8); F(Z=9); Ne (Z=10); Na(Z=11); Mg(Z=12) Sol: a)ne>f>o>mg>na b)el Ne (gas noble) no formará iones F -, O =, Mg 2+, Na + c)o = >F - >Na + >Mg 2+ CV a)escriba la configuración electrónica de cada una de las siguienes especies en estado fundamental: Cl, P 3-, Al 3+. b)ordene los elementos químicos P, Na, Si, Mg, D, Ar, Cl, según su primera energía de ionización, razonando la respuesta. Datos: Números atómicos: P(15), Na(11), Si(14), Mg(12), S(16), Ar(18), Al(13), Cl(17) CV-08 Sol: a) Z(Cl) =17 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, Z(P 3- ) = 15 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, Z(Al 3+ ) = 13 1s 2 2s 2 2p 6 b)na<mg<al<si<p<s<cl<ar Al pasar de un elemento al siguiente Z aumenta en una unidad pero en cambio el efecto pantalla aumenta muy poco, pues los electrones diferenciales se introducen el mismo nivel energético. El resultado la carga nuclear efectiva aumenta lo cual se traduce en una fuerza de atracción del núcleo cada vez mayor, del núcleo sobre los electrones en consecuencia aumenta la energía de ionización. 31. Considere las siguientes especies químicas: SiH 4, PH 3, NH + 4 y H 2 S. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: a)dibuje la estructura de Lewis de cada una de las especies químicas propuestas. b)deduzca la geometría de cada una de las especies químicas anteriores. c)indique si las moléculas SiH 4, PH 3, y H 2 S son polares o no. CV-08 Sol: b)tetraédrica, pirámide trigonal, angular. c)no polar, no polar, polar. 32. Considerar los elementos con números atómicos 4, 11, 17, y 33. Razonar y justificar cada uno de los siguientes apartados: a)escribir la configuración electrónica, señalando los electrones de la capa de valencia. b)indicar a que grupo del sistema periódico pertenece cada elemento y si es o no, metal. c)ordenar de menor a mayor los elementos según su electronegatividad. d) Cuál será el estado de oxidación mas frecuente para cada elemento? CV-08 Sol: a) Z(Be) =4 1s 2 2s 2 2e -, Z (Na ) = 11 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1e -, Z(Cl)= 17 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 7e -, Z(As)= 33 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 5e - b)acalinoterreo (metal), alcalino(metal), Halógeno (no metal), nitrogenoideo (no metal). c) Na< Be< As< Cl d )Na +, Be 2+, As 3+ o As 3-, Cl -.