ESTRUCTURA ATÓMICA. Utilizando el siguiente esquema vamos a configurar los electrones de los átomos e iones del ejercicio:

Transcripción

1 ESTRUCTURA ATÓMICA 1.- Escriba la configuración electrónica de los siguientes iones o elementos: 8 O -2, 9 F - y 10 Ne, e indique el período y grupo de los elementos correspondientes. Utilizando el siguiente esquema vamos a configurar los electrones de los átomos e iones del ejercicio: 8O = 1s 2 2s 2 2p 4 Período: 2 Grupo: 6A o 16 9F = 1s 2 2s 2 2p 5 Período: 2 Grupo: 7A o 17 10Ne = 1s 2 2s 2 2p 6 Período: 2 Grupo: 8A o 18 En este caso los iones son aniones, lo cual significa que ganaron electrones en el caso del oxígeno gano 2 electrones por lo que se deben configurar 10, en el caso del fluor gano 1 y configuro 10 electrones 8O -2 = 1s 2 2s 2 2p 6 9F - = 1s 2 2s 2 2p 6 El O -2, el F - y el Ne tienen la misma configuración electrónica, 1s 2 2s 2 2p 6, por lo que son isoelectrónicos. 2.- En función de la configuración electrónica del átomo de oxígeno: a) Escribir las configuraciones electrónicas de las siguientes especies: O - O -2 O + O +2 b) Cuáles de esas especies tienen menor radio? a) 8O = 1s 2 2s 2 2p 4 O - = 1s 2 2s 2 2p 5 O + = 1s 2 2s 2 2p 3 O -2 = 1s 2 2s 2 2p 6 O +2 = 1s 2 2s 2 2p 2 b) La especie de menor radio es el O +2. Todas las especies del problema son iones del elemento oxígeno, por lo tanto todas tienen 8 protones en el núcleo y por esto, en todas, la atracción que ejerce la carga nuclear sobre los electrones de la configuración electrónica es la misma. Por lo tanto, aquella especie que tenga menos electrones en su configuración va a ser la que tenga menor radio. 3.- a) Dar la configuración electrónica para el elemento Z = 20 b) Cuál es su ubicación en la tabla periódica? c) Cuántos electrones desapareados posee? d) Cuáles son los números cuánticos del último electrón? a) Para el elemento con número atómico, Z = 20, la configuración electrónica es: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 b) Período: 4 Grupo: 2A o 2 Guía de Parciales Resueltos 16

2 c) Para saber cuántos electrones desapareados posee, debemos construir el diagrama de cajas. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 No tiene ningún electrón desapareado. d) -1/2 4 s 2 +1/2 n = 4 (número cuántico principal) ml = 0 l = 0 (número cuántico secundario) ms = -1/2 4.- Indicar en cuántos electrones del Fe (Z=26) se cumple que: a) n = 4 l = 1 ml = 0 b) n = 3 l = 2 c) n = 3 l = 2 ml = -1 d) Cuántos electrones desapareados posee? Primero realizamos la configuración electrónica para el hierro (Fe) 26Fe = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 a) Los números cuánticos de este inciso nos indican que en nivel de energía 4, en un orbital p (l = 1), en orbital p (ml = 0) debemos fijarnos si hay electrones: n = 4 Nivel de energía 4. l = 1 Orbitales p. p x p y p z ml = 0 4p ml Al observar la configuración del hierro detectamos que no hay electrones en orbitales 4p. b) Para los siguientes números cuánticos n = 3 Nivel de energía 3. l = 2 Orbitales d. Hay 6 electrones en orbitales 3 d c) n = 3 Nivel de energía 3 l = 2 Orbitales d. ml = -1 ml Hay un solo electrón con esos tres números cuánticos con ms = 1/2 d) El Fe posee 4 electrones desapareados, ubicados en los orbitales 3d 5.- Dar la configuración electrónica de los siguientes elementos: Z = 3, 11, 19 y 37. a) Encuentra alguna analogía entre ellos. b) Escribir el valor de los cuatro números cuánticos para el electrón número 15 del elemento con Z = 19. Z = 3 1s 2 2s 1 Z = 11 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Z = 19 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 Z = 37 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 1 a) Observando la configuración electrónica de los elementos dados, podemos observar que el último electrón se localiza en un orbital s. Generalizando el último electrón se ubica en un orbital ns 1, por lo que estos elementos pertenecen al mismo grupo, el grupo 1A o 1, denominado metales alcalinos. Guía de Parciales Resueltos 17

3 b) Z = 19 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 12 e - 18 e - El electrón 15 se encuentra en el orbital 3p, el cual posee 6 electrones, para poder escribir los cuatro números cuánticos del electrón número 15 debemos recordar la Regla de Hund, la cual establece que la distribución electrónica más estable en los subniveles es la que tiene el mayor número de espines paralelos /2 3p 6 +1/2 ml n = 3 ml = 1 l = Dados los siguientes elementos: 19 K, 9 F, 33 As y 35 Br, ordenarlos: a) En orden creciente de electronegatividad. Justificar la respuesta b) En orden creciente de su radio atómico. Justificar la respuesta 19K = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 Período: 4 Grupo: 1A o 1 9F = 1s 2 2s 2 2p 5 Período: 2 Grupo: 7A o 17 33As = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 Período: 4 Grupo: 5A o 15 35Br = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 Período: 4 Grupo: 7A o 17 a) La electronegatividad se define como la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de un enlace químico. La electronegatividad es un concepto relativo, en el sentido que la misma solo se puede medir respecto de otros elementos. Por lo general la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha a través de un período y de abajo hacia arriba en un grupo. AUMENTA Electronegatividad Por lo tanto, el F tiene mayor electronegatividad, seguido del Br, el As y el K. K < As < Br < F b) Se define el tamaño de un átomo en términos de su radio atómico, que es la mitad de la distancia entre dos núcleos de dos átomos metálicos adyacentes. Se debe recordar que los radios atómicos se determinan, en gran medida, por la fuerza de atracción entre los electrones del nivel externo y el núcleo. A mayor carga nuclear efectiva, los electrones son atraídos con más fuerza por el núcleo mientras que su radio es menor. Es así que la variación del radio atómico a lo largo de un grupo y de un período es como indica la figura, el sentido de la flecha nos indica la dirección en el que el radio aumenta. AUMENTA Radio Atómico Por lo tanto, el F es el de menor radio atómico, seguido del Br, el As y el K. F < Br < As < K Guía de Parciales Resueltos 18

4 7.- El elemento T tiene configuración electrónica externa (CEE) 5s 2 5p 3 y el ion R -3 posee 18 electrones. a) Escribir la CEE de R b) Quién posee mayor Energía de ionización? Justificar Configuración electrónica externa de T = 5s 2 5p 3 Período = 5 Grupo 5 El anión R -3 contiene 18 electrones, esto quiere decir que el átomo neutro R contiene 15 electrones. 15R = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 Período = 3 Grupo = 5 Ambos elementos se ubican en el mismo grupo 5 La energía de ionización es la energía mínima (en kj/mol) necesaria para quitar un electrón de un átomo en estado gaseoso, en su estado fundamental (neutro). La misma varía en la tabla periódica de la siguiente manera AUMENTA Energía de ionización Los elementos en un mismo grupo tienen configuraciones electrónicas externas semejantes, en nuestro caso ns 2 np 3. Sin embargo, a medida que aumenta el número cuántico principal, n, de igual manera aumenta la distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al núcleo. Una mayor separación entre el electrón y el núcleo significa que hay menor atracción, por lo que resulta más fácil quitar un electrón al ir de un elemento a otro hacia abajo del grupo. Dicho de otra manera, en un mismo grupo, la energía de ionización disminuye al aumentar n debido a los efectos combinados del tamaño y de efecto pantalla. Es así que, el elemento R posee mayor energía de ionización que el elemento T. 8.- Indique cuál de las siguientes series de números cuánticos son posibles para describir el estado de un electrón en un átomo y en qué tipo de orbital estarán situados aquéllos que son posibles. a) (0, 0, 0, +1/2) b) (1, 1, 0, +1/2) c) (1, 0, 0, -1/2) e) (2, 1, -2, +1/2) f) (2, 1, -1, +1/2) a) (0, 0, 0, +1/2) n = 0 l = 0 ml = 0 Estos números cuánticos no son posibles, ya que el número cuántico principal, n, toma valores enteros mayores que 1. b) (1, 1, 0, +1/2) n = 1 l = 1 ml = 0 Para valores de n = 1, l solo puede tomar valores de l = 0, ya que los valores de l dependen del número cuántico principal, n. Para un cierto valor de n, l tiene todos los valores enteros desde 0 hasta (n-1). Para n = 1, sólo existe un posible valor de l; es decir, l = n-1 = 1-1 = 0. Por lo que estos números cuánticos no son posibles, porque para n = 1, sólo existe un único valor posible para l, y es l = 0 c) (1, 0, 0, -1/2) Guía de Parciales Resueltos 19

5 n = 1 l = 0 ml = 0 ms = -1/2 Para valores de n = 1, l solo puede tomar valores de l = 0, ya que los valores de l dependen del número cuántico principal, n. Para un cierto valor de n, l tiene todos los valores enteros desde 0 hasta (n-1). Para n = 1, sólo existe un posible valor de l; es decir, l = n-1 = 1-1 = 0. El valor del número cuántico magnético, ml, depende del valor de l. Para cierto valor de l, existen (2l + 1) valores enteros de ml, es así que para l = 0, el valor de ml es 0 (ml = 0). El ms nos indica el giro del electrón en este caso en sentido el número cuántico de spin, que puede tomar dos valores, 1/2 y -1/2. Estos números cuánticos (1, 0, 0, -1/2) es posible. e) (2, 1, -2, +1/2) n = 2 l = 1 ml = -2 Para n = 2, existen l = 0 y l = 1 Para l = 1 le corresponden ml = (2 l + 1) = ( ) = 3, o tres valores de ml, es decir -1, 0, 1. Estos números no son posibles ya que para l = 1, le corresponde valores de ml de l 0 +l, es decir -1, 0, 1. f) (2, 1, -1, +1/2) n = 2 l = 1 ml = -1 Para n = 2, existen l = 0 y l = 1 Para l = 1 le corresponden ml = (2 l + 1) = ( ) = 3, o tres valores de ml, es decir -1, 0, 1. Estos números no son posibles ya que para l = 1, le corresponde valores de ml de l 0 +l, es decir -1, 0, 1. El ms nos indica el giro del electrón en este caso en sentido el número cuántico de spin, que puede tomar dos valores, 1/2 y -1/2. Estos números cuánticos (2, 1, -1, -1/2) son posibles. 9.- Indique cual de las siguientes configuraciones que corresponden a átomos neutros presenta menor energía de ionización. A = 1s 2 2s 2 2p 3 ; B = 1s 2 2s 2 2p 4 ; C = 1s 2 2s 2 2p 5 ; D = 1s 2 2s 2 2p 6 Analizando la configuración electrónica, determinamos período y grupo indicando la ubicación en la tabla periódica. A = 1s 2 2s 2 2p 3 corresponde Z= 7 Período 2 grupo 5 B = 1s 2 2s 2 2p 4 corresponde Z= 8 Período 2 grupo 6 C = 1s 2 2s 2 2p 5 corresponde Z = 9 Período 2 grupo 7 D = 1s 2 2s 2 2p 6 corresponde Z = 10 Período 2 grupo 8 Ahora podemos analizar el concepto de: energía de ionización La energía de ionización es la energía mínima (en kj/mol) necesaria para quitar un electrón de un átomo en estado gaseoso, en su estado fundamental (neutro). La Energía de ionización dependerá de tres factores: la distancia del electrón al núcleo, la carga nuclear y el efecto pantalla. Según esto la misma varía en la tabla periódica de la siguiente manera aumenta Energía de ionización Guía de Parciales Resueltos 20

6 Los elementos dados en el ejercicio se encuentran en el mismo período y la Energía de Ionización aumenta de izquierda a derecha. Este comportamiento se explica debido a que conforme avanzamos de izquierda a derecha, el electrón externo del átomo se encuentra menos alejado del núcleo y por tanto la fuerza con la cual es atraído se incrementa. En este sentido al permanecer n constante se incrementa la carga nuclear efectiva con lo que disminuye el radio atómico y se incrementa la energía de ionización. Los elementos se encuentran ordenados en la tabla periódica de la siguiente manera: A B C D. Por lo que, el elemento A ( A = 1s 2 2s 2 2p 3 corresponde Z= 7) posee MENOR energía de ionización que el elemento D Un elemento M forma un ion mononegativo (M -1 ). Este ión es isolelectrónico con el 13 Z +3. Escribir la configuración electrónica de Z. Debemos tener en cuenta el concepto de átomo isoeléctronico Un átomo puede perder o ganar electrones cuando se une a otros átomos al producirse una unión química. Lo importante es que en una unión química intervienen los electrones más externos (electrones de la capa de valencia) y se pueden ganar perder o compartir dichos electrones, permaneciendo el núcleo de los átomos inalterado. Esto es importante que tengas en cuentas ya que un ión positivo se forma al perder electrones; es decir que un catión tendrá menos electrones que el correspondiente átomo neutro, y un anión tendrá más electrones que el correspondiente átomo neutro. En este caso el problema indica que un elemento M forma un ion mononegativo (M -1 ) y que este ión es isolelectrónico con el 13 Z +3. (presentan igual iso configuración electrónica). Esto significa que el ión 13 Z +3, posee número atómico z=13, consecuentemente presenta 13 electrones en el átomo neutro, pero como se trata de un catión (como se indica en el subíndice +3) indica que ha perdido 3 electrones, por lo que se deben restar 3 electrones a los electrones totales. Es decir que para escribir la configuración electrónica de Z debemos tener en cuenta sólo 10 electrones. Siguiendo la Regla de Hund para llenar los orbitales electrónicos: La configuración electrónica para 13 Z +3, será: 1s 2 2s 2 2p 6 Como se pide de Z la misma es 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Guía de Parciales Resueltos 21

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