SOLUCIONARIO Guía Estándar Anual

Transcripción

1 SOLUCIONARIO Guía Estándar Anual Teoría atómica III: tabla periódica y propiedades periódicas SGUICES003CB33-A16V1

2 Ítem Alternativa Habilidad 1 B Reconocimiento 2 C Comprensión 3 E Reconocimiento 4 D Comprensión 5 A Comprensión 6 C ASE 7 C Reconocimiento 8 A Comprensión 9 E Comprensión 10 B Comprensión 11 E Reconocimiento 12 C ASE 13 C Comprensión 14 D Reconocimiento 15 B Comprensión 16 C Comprensión 17 D Reconocimiento 18 B Comprensión 19 E Comprensión 20 A Reconocimiento 21 B Comprensión 22 D Comprensión 23 E ASE 24 C Comprensión 25 E Reconocimiento

3 EJERCICIOS PSU Ítem Alternativa Defensa 1 B Los elementos químicos en el sistema periódico se clasifican según su: -Carácter físico-químico: metales, no metales, anfóteros y gases nobles. -Configuración electrónica: elementos representativos, que se encuentran en los extremos del sistema periódico (zonas 1, 3 y 4); elementos de transición, que se encuentran en la parte central del sistema periódico (zona 2); y elementos de transición interna (también denominados tierras raras), que se encuentran en la zona inferior del sistema periódico (zona 5) C El radio atómico varía en la tabla periódica de la siguiente manera: -Grupos: Aumenta de arriba hacia abajo. ( ) -Períodos: Aumenta de derecha a izquierda. ( ) En cambio, potencial de ionización y la

4 TAMAÑO ENERGÍA electronegatividad varían en la tabla periódica de la siguiente manera: - Grupos: Aumenta de abajo hacia arriba. ( ) - Períodos: Aumenta de izquierda a derecha. ( ) ENERGÍA TAMAÑO 3 E La energía de ionización o potencial de ionización se define como la energía necesaria para arrancar el electrón más externo a un átomo en estado gaseoso y fundamental. A continuación se presenta una gráfica donde se observa un aumento progresivo en esta propiedad en elementos de un mismo período y una disminución del P.I. entre elementos de un mismo grupo. La electroafinidad o afinidad electrónica corresponde a la energía desprendida cuando un átomo en estado

5 ENERGÍA gaseoso capta un electrón. Como la afinidad electrónica es una propiedad periódica relacionada con la energía, aumentará de izquierda a derecha en cada período y de abajo hacia arriba en cada grupo. ENERGÍA La electronegatividad es una medida de la capacidad de un átomo para atraer el par de electrones de un enlace. El enlace carbono-hidrógeno, es fundamental en química orgánica. Estos elementos poseen una diferencia de electronegatividad muy baja entre sí, por lo que los electrones de enlace, se ven atraídos de manera semejante entre sus átomos componentes. La imagen muestra una molécula de metano (CH 4 ), un hidrocarburo muy sencillo. Por lo tanto, las tres definiciones son las correctas y se ajustan a lo señalado. 4 D Todos los elementos pertenecientes a un mismo grupo, presentarán diferentes radios atómicos, ya que, a medida que se desciende en un grupo en el sistema periódico, el número atómico (Z) aumenta (opción II correcta) y lo mismo sucede con el radio atómico (opción III correcta) (Ver lámina en la defensa de la pregunta 2). El número de electrones de valencia, sin embargo, es igual para todos los elementos del grupo (opción I correcta), ya que todos tienen la misma configuración electrónica del último nivel energético.

6 5 A Los electrones de valencia corresponden a los electrones de la capa más externa (último nivel energético), también llamada capa de valencia. Por lo tanto, la única opción correcta, que presenta dos electrones de valencia, es la I, 1s 2 2s 2. 6 C Las opciones II y III presentan 4 electrones de valencia. El potencial o energía de ionización corresponde a la energía mínima necesaria para separar completamente el electrón más externo de un átomo en su estado fundamental y en estado gaseoso. El gráfico muestra la alta energía necesaria para separar un electrón de los gases nobles (grupo VIII) y la baja cantidad de energía que se requiere para retirar el último electrón de los elementos alcalinos (grupo IA). Se puede concluir que los gases nobles no pierden su electrón con facilidad, por lo que presentan una baja tendencia para formar iones positivos. No se puede determinar con la información del gráfico si presentan una alta o baja tendencia a ganar electrones, formando iones negativos. En un periodo se observan grandes diferencias en los valores de potencial de ionización, por ejemplo, el litio (Li) y el neón (Ne) están situados en el periodo 2 y presentan una gran diferencia en sus valores. Los elementos del grupo IA (Li, Na, K), presentan bajos valores de potencial de ionización, por lo que se puede afirmar que pierden con facilidad su último electrón para adquirir la configuración electrónica del gas noble anterior. 7 C La electronegatividad es la capacidad de un átomo en una molécula para atraer hacia sí el par de electrones de enlace. Cuando la diferencia en los valores de electronegatividad entre dos átomos es muy grande, estos no comparten un par electrónico, sino que forman uniones electrostáticas fuertes, como el caso de la sal cloruro de sodio (NaCl), conformado por iones positivos y negativos.

7 TAMAÑO ENERGÍA 8 A La electronegatividad es una propiedad vinculada con la energía, por lo que varía en la tabla periódica según se indica a continuación: En un grupo: aumenta de abajo hacia arriba. ( ) En un período: aumenta de izquierda a derecha. ( ) ENERGÍA TAMAÑO Por lo tanto, la única opción correcta es la I. 9 E La configuración electrónica dada, tiene 4 electrones en el nivel más externo, ubicados en los orbitales s y p, por lo tanto, corresponde a elementos del grupo IVA. En la siguiente imagen se muestra un segmento de la tabla periódica, correspondiente al grupo IVA, donde aparecen destacadas en amarillo las configuraciones electrónicas de átomo neutro, terminadas en ns 2 np 2

8 10 B El potencial de ionización aumenta desde abajo hacia arriba en un grupo y de izquierda a derecha en un período. El radio atómico (opción II) aumenta en un grupo de arriba hacia abajo y en un periodo de derecha a izquierda. La variación del radio iónico no puede determinarse en un sistema periódico, ya que dependerá de los electrones ganados o perdidos que tenga un ion. En general, el radio iónico puede establecerse según la siguiente relación: radio catión < radio átomo neutro < radio anión 11 E Los orbitales f caracterizan a los elementos de transición interna (lantánidos y actínidos). Estos se encuentran ubicados en la parte inferior de la tabla periódica, como una sección aparte (bloque f). 12 C La representación de los modelos atómicos de los

9 halógenos hace referencia a la propiedad periódica del radio atómico, la cual corresponde a la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos iguales enlazados entre sí. De esta forma, el radio atómico en un grupo aumenta con el número atómico (Z). Entonces, se puede prever que el modelo más pequeño será el del flúor (3), luego el del cloro (1) y el de mayor tamaño el del bromo (2). 13 C Dado que el mayor nivel de la configuración electrónica es el cuarto (4s 2 ), el periodo al que pertenece el elemento (que se trata del manganeso Mn, Z = 25) es el D Debido al desarrollo de la mecánica cuántica, se acepta que el orden de los elementos en el sistema periódico está relacionado con la estructura electrónica de los átomos, a partir de la cual se pueden predecir sus diferentes propiedades químicas. 15 B Los elementos de transición son aquellos cuyo último electrón se aloja en un orbital d. De las configuraciones que se muestran en las alternativas, solo la B termina en un orbital d. Las alternativas A, C y D corresponden a elementos representativos, porque tienen su último electrón en un orbital s o p. La alternativa E corresponde a un elemento de transición interna, ya que su último electrón se aloja en un orbital f. 16 C El punto de ebullición corresponde a la temperatura a la cual la presión de vapor un líquido iguala a la presión atmosférica, por lo que este pasa al estado gaseoso. En términos sencillos, la presión de vapor está relacionada con la tendencia de las moléculas a escapar

10 del líquido. Si se aumenta la presión sobre un líquido, el punto de ebullición aumenta (opción III correcta), puesto que debe incrementarse aún más el valor de su presión de vapor para alcanzar el valor de la presión externa. Por el contrario, si la presión atmosférica disminuye, la presión de vapor del líquido iguala la del ambiente a menor temperatura, por lo que el punto de ebullición disminuye (opción II correcta). La ebullición se produce a una temperatura y una presión constantes, independiente de la cantidad de calor aplicado (opción I incorrecta). 17 D En la tabla periódica los elementos se ordenan según un valor creciente del número atómico (Z). Por ello, también tenderán a ordenarse de acuerdo a su masa atómica, con algunas excepciones, pero este no es el criterio utilizado para construir la tabla periódica. 18 B Dado que el potencial de ionización es la energía necesaria para separar el último electrón del átomo, esta propiedad se puede relacionar con la formación de cationes. Dado que son energías que deben ser transferidas al átomo, se dice que el sistema incrementará su energía total y éstos llevarán valores positivos. 19 E Como la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha y desde abajo hacia arriba, el flúor (F) es el elemento más electronegativo del Sistema Periódico. La electronegatividad de los gases nobles es nula, por lo cual no se consideran valores para esta propiedad periódica. 20 A El punto de fusión de una sustancia se define como la temperatura a la que el sólido cambia a líquido. Como todos los cambios físicos, no involucra una

11 RADIO transformación intima de la materia en cuanto a la naturaleza de las sustancias, sino solamente de su estado. 21 B La imagen muestra la posición de los elementos nitrógeno (N), boro (B) y oxígeno (O) en la tabla periódica. RADIO Los tres pertenecen al mismo período (2). Sabiendo que el radio atómico aumenta de derecha a izquierda en un período, el orden correcto es O, N y B. 22 D Los elementos de un grupo se caracterizan, por presentar la misma configuración electrónica para su nivel energético más externo, como por ejemplo: Grupo IA ns 1 Grupo IIA ns 2 Grupo IIIA ns 2 np 1 El radio atómico aumenta de arriba hacia abajo en un grupo, por lo tanto, a medida que se incrementa el número atómico (Z), aumenta el radio atómico. El volumen atómico es una propiedad asociada al tamaño, por lo que también aumenta, de arriba hacia abajo en un grupo. 23 E La electronegatividad aumenta en el sistema periódico como se muestra a continuación:

12 ENERGÍA Por lo que el cloro (Cl), situado en la parte superior derecha (grupo VIIA) es el que presenta mayor valor de electronegatividad. 24 C El calcio (Ca) y el berilio (Be) pertenecen al mismo grupo (IIA alcalinotérreos), tal como se observa en la figura: La propiedad de ceder uno o más electrones está relacionada con el potencial de ionización. En un grupo, el potencial de ionización, aumenta de abajo hacia arriba, por lo que el calcio (Ca) presentará un potencial menor con respecto al berilio (Be), esto tiene como consecuencia el poder arrancar sus electrones al Ca con menor gasto energético, por lo que es el calcio el que cede con mayor facilidad sus electrones, formando cationes, y el berilio el que necesita mayor cantidad de energía para ello. 25 E El punto de ebullición corresponde a la temperatura a la cual un líquido iguala su presión de vapor al valor de la presión externa. La presión de vapor es la tendencia de escape de una sustancia del material del que forma parte, vaporizándose.

13 La figura muestra un líquido en un recipiente cerrado que posee una pequeña fracción de material en estado gaseoso (círculos en rojo). Los choques de las moléculas de gas contra las paredes del recipiente dan lugar a la presión de vapor. Una forma de aumentar la presión de vapor, es aumentar la temperatura del sistema. Si la presión atmosférica actúa como presión externa, y posee valores altos, el valor que la presión de vapor del líquido necesitará para alcanzar el punto de ebullición será alto también (como en el caso de un lugar geográfico bajo el nivel del mar, como el Valle del Jordán en Israel/Jordania), lo que determinará como consecuencia altas temperaturas para el punto de ebullición. Ocurrirá a la inversa en lugares con baja presión atmosférica (como en el caso de los altos sectores cordilleranos).