Estructura de la materia y Sistema Periódico

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1 Estructura de la materia y Sistema Periódico 1 - Respecto el número cuántico «n» que aparece en el modelo atómico de Bohr indicar de manera razonada cuáles de las siguientes frases son correctas y cuáles incorrectas: 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 se deben a tránsitos del electrón desde una órbita a otra de n mayor. d) Cuando el electrón pasa a tener n = el átomo se ha ionizado. 2 - Al arder, ciertos metales emiten luz de un color específico. Históricamente, se han utilizado «los colores a la llama» para determinar qué elementos se hallan presentes en una muestra. Las longitudes de onda características para algunos elementos son: K = 766,5 nm; Li = 670,8 nm; Ba = 455,4 nm; Tl = 535,0 nm; Na = 589,6 nm; Fe = 372,0 nm. a) Qué elemento emite la luz de mayor energía? b) Al arder, una muestra de una sustancia desconocida emite luz de frecuencia 6, s -1. Cuál de los elementos dados es probable que contenga? 3 - El potencial de ionización del sodio es 8, J/átomo. Con qué frecuencia luminosa deberíamos bombardear dicho átomo para que comenzara a emitir electrones con energía cinética 3, J? Datos: h = 6, J.s a) 1, s -1 b) 8, s -1 c) 2, s -1 d) 8, s Teniendo en cuenta la hipótesis de L. De Broglie, cuál es la longitud de onda asociada a un electrón que se mueve a 5, m/s? Datos: me = 9, Kg; h = 6, J.s a) 8, m b) 1, m c) 3, m d) 2, m 5 - a) Establezca cuáles de las siguientes series de números cuánticos serían posibles y cuáles imposibles para especificar el estado de un electrón en un átomo: Serie n l m s I ½ II ½ III ½ IV ½ V ½ b) Diga en qué tipo de orbital atómico estarían situados los que son posibles. 6 - a) De las siguientes secuencias de iones, razone cuál se corresponde con la ordenación en función de sus radios iónicos: I) Be 2+ < Li + < F < N 3 II) Li + < Be 2+ < N 3 < F. b) Ordene de mayor a menor los radios de los elementos de que proceden.

2 7 - a) Defina los diferentes números cuánticos, indicando con qué letra se representan y los valores que pueden tomar. b) Enuncie el Principio de Exclusión de Pauli. c) A partir de los números cuánticos, deduzca el número máximo de electrones que pueden tener los orbitales 3p y los orbitales 3d. d) Indique en qué orbitales se encuentran los electrones definidos por las siguientes combinaciones de números cuánticos: (1,0,0,½) y (4,1,0, ½). 8 - Dados los elementos de números atómicos: 19, 23 y 48: a) Escriba la configuración electrónica en el estado fundamental de estos elementos. b) Explique si el elemento de número atómico 30 pertenece al mismo período y/o mismo grupo que los elementos anteriores. c) Qué característica común presentan en su configuración electrónica los elementos de un mismo grupo?. 9 - Considere los elementos: Be (Z = 4), O (Z = 8), Ar (Z = 18) y Zn (Z = 30). a) Según el Principio de Máxima Multiplicidad o Regla de Hund, cuántos electrones desapareados presenta cada elemento en la configuración electrónica de su estado fundamental? b) En función de sus potenciales de ionización y afinidades electrónicas, indique los iones más estables que pueden formar y escriba sus configuraciones electrónicas Justifique qué especie de cada una de las parejas (átomos o iones) siguientes tiene mayor volumen: a) ( Fe, Kr ) b) ( Fe, K ) c) ( Fe, C ) d) ( Fe, Fe 3+ ) 11 - Dados los elementos de números atómicos: 17, 20 y 35 indique: a) Sus configuraciones electrónicas, así como el grupo y el periodo al que pertenecen, identificando los elementos b) La variación de los radios atómicos c) La variación de las electronegatividades d) Los posibles tipos de enlace que formarán 12 - Ordene de mayor a menor a los elementos Be, F, N y Li en función de su: a) Potencial de ionización b) Afinidad electrónica c) Radio atómico d) Electronegatividad Justifique el orden en cada caso 13 - Dada la siguiente tabla de elementos Elementos A B C D E Nº de electrones Nº de protones Nº de neutrones Justifique: a) Cuales de las especies son átomos neutros b) Cuales son iones, cual es su carga y si es la más habitual para esos elementos c) Cuales son isótopos d) Cuales son metales y cuales no metales

3 14 - a) Indique los posibles números cuánticos correspondientes al electrón cuya notación es 3 d 7. Escriba la configuración electrónica del elemento y nómbrelo b) Escriba las configuraciones electrónicas de los iones potasio y cloruro Serian isoelectrónicos? Razone la respuesta 15 - Considere las configuraciones electrónicas en el estado fundamental: 1ª) 1s 2 2s 2 2p 7 2ª) 1s 2 2s 3 3ª) 1s 2 2s 2 2p 5 4ª) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. a) Razone cuáles cumplen el Principio de Exclusión de Pauli. b) Deduzca el estado de oxidación más probable de los elementos cuya configuración sea correcta Indique razonadamente si son ciertas o falsas cada una de las siguientes afirmaciones: a) Dos iones de carga +1 de los isótopos 23 y 24 del sodio (Z = 11) tienen el mismo comportamiento químico. b) El ión de carga 2 del isótopo 16 del oxígeno (Z = 8) presenta la misma reactividad que el ión de carga 1 del isótopo 18 del oxígeno. c) La masa atómica aproximada del cloro es 35,5, siendo éste un valor promedio ponderado entre las masas de los isótopos 35 y 37, de porcentajes de abundancia: 75 % y 25 %, respectivamente. d) Los isótopos 16 y 18 del oxígeno se diferencian en el número de electrones que poseen Teniendo en cuenta los elementos: Z = 7, Z = 13 y Z = 15, conteste razonadamente: a) Cuáles pertenecen al mismo período?. b) Cuáles pertenecen al mismo grupo?. c) Cuál es el orden decreciente de radio atómico?. d) De los elementos: Z = 13 y Z = 15, cuál tiene el primer potencial de ionización mayor? Explique razonadamente por qué se producen los siguientes hechos: a) El elemento con Z = 25 posee más estados de oxidación estables que el elemento con Z = 19. b) Los elementos con Z = 10, Z = 18 y Z = 36 forman pocos compuestos. c) El estado de oxidación más estable del elemento Z = 37 es: +1. d) El estado de oxidación: 2 es menos estable que el: +1 para el elemento Z = Las energías de ionización sucesivas para el berilio (Z = 4), dadas en ev, son: E 1 = 9,3; E 2 = 18; E 3 = 153,4; a) Defina primera energía de ionización y represente el proceso mediante la ecuación química correspondiente. b) Justifique el valor tan alto de la tercera energía de ionización Dado el elemento A (Z = 17), justifique cuál o cuáles de los siguientes elementos: B (Z = 19), C (Z = 35) y D (Z = 11): a) Se encuentran en su mismo período. b) Se encuentran en su mismo grupo. c) Son más electronegativos. d) Tienen menor energía de ionización.

4 21 - Considere los elementos con números atómicos: 4, 11, 17 y 33. a) Escriba la configuración electrónica señalando los electrones de la capa de valencia. b) Indique a qué grupo del Sistema Periódico pertenece cada elemento y si son metales o no metales. c) Cuál es el elemento más electronegativo y cuál el menos electronegativo?. d) Qué estados de oxidación serán los más frecuentes para cada elemento?. 22- Dados los elementos A, B y C de números atómicos 6, 11 y 17 respectivamente, indique: a) La configuración electrónica de cada uno de ellos b) Su situación en la tabla periódica (grupo y periodo) c) El orden decreciente de electronegatividad d) Los formulas de los compuestos formados por C con cada uno de los otros dos, A y B, y el tipo de enlace que presentan al unirse 23.- La configuración electrónica del último nivel energético de un elemento es 4s 2 4p 3. De acuerdo con este dato: a) Deduce la situación de dicho elemento en la tabla periódica. b) Escribe los valores posibles de los números cuánticos para su último electrón. c) Deduce cuántos protones tiene un átomo de dicho elemento. d) Deduce los estados de oxidación más probables de este elemento Para el elemento alcalino del tercer período y para el segundo elemento del grupo de los halógenos: a) Escriba sus configuraciones electrónicas. b) Escriba los cuatro números cuánticos del último electrón de cada elemento. c) Qué elemento de los dos indicados tendrá la primera energía de ionización menor?. Razone la respuesta. d) Cuál es el elemento que presenta mayor tendencia a perder electrones?. Razone la respuesta Dadas las siguientes configuraciones electrónicas de los niveles de energía más externos, identifique el grupo de la Tabla Periódica al que pertenecen. Indique el símbolo, el número atómico y el período del primer elemento de dicho grupo. a) ns 2 np 4 b) ns 2 c) ns 2 np 1 d) ns 2 np Dados los elementos: Na, C, Si y Ne : a) Escriba sus configuraciones electrónicas. b) Cuántos electrones desapareados presenta cada uno en su estado fundamental?. c) Ordénelos de menor a mayor primer potencial de ionización. Justifique la respuesta. d) Ordénelos de menor a mayor tamaño atómico. Justifique la respuesta Dados los siguientes elementos: F, P, Cl y Na : a) Indique su posición (período y grupo) en el Sistema Periódico. b) Determine sus números atómicos y escriba sus configuraciones electrónicas. c) Ordene razonadamente los elementos de menor a mayor radio atómico. d) Ordene razonadamente los elementos en función de su primera energía de ionización.

5 28 - Para cada uno de los elementos con la siguiente configuración electrónica en los niveles de energía más externos: A = 2s 2 2p 4 B = 2s 2 C = 3s 2 3p 2 D = 3s 2 3p 5 a) Identifique el símbolo del elemento, el grupo y el período en la Tabla Periódica. b) Indique los estados de oxidación posibles para cada uno de esos elementos. c) Justifique cuál tendrá mayor radio atómico: A o B. d) Justifique cuál tendrá mayor electronegatividad: C o D La primera y segunda energía de ionización para el átomo A, cuya configuración electrónica es: 1s 2 2s 1, son: 520 kj mol 1 y kj mol 1, respectivamente. a) Indique qué elemento es A, así como el grupo y período a los que pertenece. b) Defina el término energía de ionización. Justifique la gran diferencia existente entre los valores de la primera y segunda energía de ionización del átomo A. c) Ordene las especies A, A + y A 2+ de menor a mayor tamaño. Justifique la respuesta. d) Qué elemento presenta la misma configuración electrónica que la especie iónica A +? Para el conjunto de números cuánticos que aparecen en los siguientes apartados, explique si pueden corresponder a un orbital atómico y, en los casos afirmativos, indique de qué orbital se trata: a) n = 5, l = 2, m l = 2. b) n = 1, l = 0, m l = ½. c) n = 2, l = 1, m l = 1. d) n = 3, l = 1, m l = a) Razona si para un electrón son posibles las siguientes series de números cuánticos: (0, 0, 0, -1/2); (1, 1, 0, +1/2); (2, 1, -1, +1/2); (3, 2, 1, -1/2). b) Indica a qué tipo de orbital corresponden los estados anteriores que sean posibles. c) Indica en cuál de ellos la energía es mayor El espectro visible corresponde a radiaciones de longitud de onda comprendidas entre 450 y 700 nm. a) Calcule la energía correspondiente a la radiación visible de mayor frecuencia. b) Razone si es o no posible conseguir la ionización del átomo de litio con dicha radiación. Datos: e = 1,6 x C, c = 3,0 x 10 8 m s 1,h = 6,63 x J s Primera energía de ionización del litio = 5,40 ev, 1 nm = 10 9 m Para ionizar un átomo de rubidio se requiere una radiación luminosa de 4,2 ev. a) Determine la frecuencia de la radiación utilizada. b) Si se dispone de luz naranja de 600 nm, se podría conseguir la ionización del rubidio con esta luz?. Datos: h = 6,63 x J s; c = 3,0 x 10 8 m s 1 ; 1 ev = 1,6 x J; 1 nm = 10 9 m Un electrón de un átomo de hidrógeno salta desde el estado excitado de un nivel de energía de número cuántico principal n = 3 a otro de n = 1. Calcule: a) La energía y la frecuencia de la radiación emitida, expresadas en kj mol 1 y en Hz respectivamente. b) Si la energía de la transición indicada incide sobre un átomo de rubidio y se arranca un electrón que sale con una velocidad de km s 1, cuál será la energía de ionización del rubidio?. Datos: R H = 2,18 x J; N A = 6,023 x átomos mol 1 ; h = 6,63 x J s m e = 9,11 x kg.

6 35 - Si la energía de ionización del K gaseoso es de 418 kj mol 1 : a) Calcule la energía mínima que ha de tener un fotón para poder ionizar un átomo de K. b) Calcule la frecuencia asociada a esta radiación y, a la vista de la tabla, indique a qué región del espectro electromagnético pertenece. c) Podría ionizarse este átomo con luz de otra región espectral?. Razone la respuesta. En caso afirmativo, indique una zona del espectro que cumpla dicho requisito. Datos: h = 6,63 x J s c = 3 x 10 8 m s 1 N A = 6,023 x mol 1. λ x x Radi o Microondas Infrarrojo Visible Ultravioleta Rayos X Rayos γ 36 - Sabiendo que la energía que posee el electrón de un átomo de hidrógeno en su estado fundamental es 13,625 ev, calcule: a) La frecuencia de la radiación necesaria para ionizar el hidrógeno. b) La longitud de onda, en nm, y la frecuencia de la radiación emitida cuando el electrón pasa del nivel n = 4 al n = 2. Datos: h = 6,62 x J s; e = 1,6 x C; c = 3 x 10 8 m s 1 ; R H = 2, m En el espectro del átomo de hidrógeno hay una línea asociada a 434,05 nm. a) Calcule ΔE para la transición asociada a esa línea, expresándola en kj mol 1. b) Si el nivel inferior correspondiente a esa transición es: n = 2, determine cuál será el nivel superior. Datos: h = 6, J s : N A = 6, mol 1 : c = m s 1 : R H = 2, J.

7 1- Solución: a) Verdadera. b) Falsa. c) Falsa. d) Verdadera. 2 - Solución: a) La emitida por el hierro; b) El Ba. 3 - Solución: a) 4 - Solución: b). 5 - Solución: a) Posibles III y V, imposibles I, II y IV; b) 1s y 2 p 6 - Solución: a) La I); b) Li > Be > N > F. 7 - Solución: c) En los orbitales 3p puede haber seis electrones como máximo. En los orbitales 3d puede haber diez electrones como máximo. d) 1s y 4p. 8 - Solución: a) K (Z = 19): 1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 ; V (Z = 23): 1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 Cd (Z = 48):1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10. b) En el mismo grupo que el Cd, y en el mismo período que el K y el V. c) Los elementos del mismo grupo presentan una configuración electrónica de valencia similar y por tanto propiedades químicas semejantes. 9 - Solución: a) Be: ningún electrón desapareado; O: dos electrones desapareados; Ar: ningún electrón desapareado; Zn: ningún electrón desapareado; b) Be 2+ 1s 2 ; O 2 1s 2 2s 2 2p 6, no forma ion; Zn 2+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d Solución: a) Kr; b) K; c) Fe; d) Fe Solución: a) (Z = 17): 1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Cloro; grupo 17; periodo 3º (Z = 20): 1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 Calcio; grupo 2; periodo 4º (Z = 35):1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 Bromo; grupo 17 ; periodo 4º b) Ca > Br >Cl c) Cl > Br > Ca d) Cl y Br, combinados con elementos de igual o parecida electronegatividad formaran enlaces covalentes. Cuando se unan con elementos menos electronegativos el enlace será iónico El Ca, en su unión con otros átomos de Ca formará enlaces metálicos. Al unirse con átomos electronegativos, el enlace será iónico 12 - Solución: a) Potencial de ionización F > N > Be > Li b) Afinidad electrónica F > N > Be > Li, aunque realmente es F > Li > N > Be c) Radio atómico F < N < Be < Li d) Electronegatividad F > N > Be > Li 13 - Solución: a) A, B y E b) C y D; C -3 (N -3 ) y D 2+ (Mg 2+ ) c) A y B d) A, B y C son no metales, D y E metales 14 - Solución: a) ( 3, 2, (1,0, -1) (+ ½, - ½) ) 1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3 d 7 4s 2 cobalto cuyo Z = 27 b) K + 1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ; Cl - 1s 2 2 s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Son isoelectrónicos

8 15 - Solución: a) La 3ª (F) y 4ª (Na) b) F; estados de oxidación: 1. Na; estados de oxidación: Solución: a) Verdadera; b) Falsa; c) Verdadera; d) Falsa 17 - Solución: a) Al (Z = 13) y P (Z = 15) b) N (Z = 7) y P (Z = 15) c) Al (Z = 13) > P (Z = 15) > N (Z = 7) d) El P (Z = 15). 18 -Solución: a) El Mn (Z = 25) es un elemento de transición, + 2, +4, + 6, + 7. El K (Z = 19) es un alcalino + 1; b) Estos elementos son gases nobles; c) El Rb (Z = 37) es un metal alcalino; d) Su configuración electrónica es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1, su estado de oxidación estable es Solución: b) Be + P.I(1) Be e - Be + 1s 2 2s 1 ( ion poco estable ) Be + + P.I(2) Be e Be2+ 1s 2 ( ion estable ) Be 2+ + P.I(3) Be e Be 3+ 1s 1 ( ión inestable difícil de obtener) Solución: a) A y D pertenecen al 3º periodo b) A y C pertenecen al mismo grupo c) Ninguno d) Todos tienen menor energía de ionización 21 - Solución: a) Be(Z = 4): 1s 2 2s 2 Capa de valencia 2s 2 Na (Z = 11): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Capa de valencia 3s 1 Cl (Z = 17): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Capa de valencia 3s 2 3p 5 As (Z = 33) : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 Capa de valencia 4s 2 3d 10 4p 3 b) Be: grupo 2 (alcalinotérreos), metal Na: grupo 1 (alcalinos), metal Cl: grupo 17 (halógenos), no metal As: grupo 15 (nitrogenoideos), no metal c) Elemento más electronegativo: Cl ; elemento menos electronegativo: Na d) Be: +2; Na: +1; Cl: ±1, +3, +5, +7; As: ±3, Solución: a) A 1s 2 2s 2 2p 2 B 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 C 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 b) A Grupo 14, periodo 2 B Grupo 1, periodo 3 C Grupo 17, periodo 3 c) C > A > B d) AC 4 covalente, BC iónico ( También serian validos los compuestos orgánicos A 2C 6; A 3C 6 etc. que presentan enlace covalente 23.- Solución: a) Período 4, grupo 15 b) n = 4 l = 1 m = - 1, 0, 1 s = ± ½ c) 33 protones. d) - 3, + 3 y Solución: a) Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 y Cl:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 b) Na (3,0,0,±½) Cl (3,1, (+1, 0, -1), ±½) c) El sodio d) El sodio

9 25 - Solución. a) Grupo 16 (anfígenos), O (Z = 8, período: 2). b) Grupo 2 (alcalinotérreos), Be (Z = 4, período: 2). c) Grupo 13 (térreos), B (Z = 5, período: 2). d) Grupo 17 (halógenos), F (Z = 9, período: 2) Solución. a) Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 C: 1s 2 2s 2 2p 2 Si: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Ne: 1s 2 2s 2 2p 6. b) Un electrón desapareado, dos electrones desapareados, dos electrones desapareados y ninguno c) Na < Si < C < Ne. d) Ne < C < Si < Na Solución. a) F: 2º periodo, grupo 17 (halógenos);p: 3 er periodo, grupo 15 (nitrogenoideos); Cl: 3 er periodo, grupo 17 (halógenos); Na: 3 er periodo, grupo 1 (alcalinos) b) F: Z= 9, 1s 2 2s 2 2p 5 ; P: Z= 15, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 ; Cl: Z= 17, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ;Na: Z= 11, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 c) F < Cl < P < Na d) Na < P < Cl < F 28 -Solución. a) A: Oxigeno, grupo16 (anfígenos), período 2. B: Berilio, grupo 2 (alcalinotérreos), período 2. C: Silicio, grupo14(carbonoideos), período 3. D: Cloro, grupo 17 (halógenos), período 3. b) A: Oxigeno, estados de oxidación: 1, ±2. B: Berilio, estados de oxidación: +2. C: Silicio, estados de oxidación: +2, ±4. D: Cloro, estados de oxidación: ±1, +3, +5, +7. c) B (Berilio) d) D (Cloro) 29 - Solución. a) Li, grupo 1 (alcalinos) y período 2. c) Li 2+ < Li + < Li d) El átomo de helio Solución. a) orbitales 5d y d) orbitales 3p 31 - Solución: a) Son posibles la tercera y cuarta serie; b) p y d; c) 3 d 32 - Solución: a) 4, J. b) No es posible Solución. a) 1, Hz b) 3, J no se consigue ionizar el rubidio Solución. a) 1167 kj mol 1 ; 2,97 x Hz b) 397 kj. mol Solución a) 6,94 x J b) 1,05 x s 1 radiación ultravioleta. También podría ionizarse con rayos X y con rayos γ Solución: a) 3, Hz b) 486 nm; 6, s Solución: a) 276 kj mol 1 ; b) n = 5.

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