Examen ud. 2 Sistema periódico

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1 Examen ud. 2 Sistema periódico Elija 1 de las 2 primeras cuestiones. 1. Dado los elementos de números atómicos 19, 23 y 48. a) Cuántos electrones desapareados tiene el de mayor número atómico? (0,5 puntos) b) Explique si el elemento químico de Z=30 pertenece al mismo periodo y/o al mismo grupo que los elementos anteriores. Z=48 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 Ese elemento químico tiene todos los orbitales llenos, por lo que no va a tener ningún electrón desapareado. Para determinar el periodo y grupo de un elemento lo hacemos a través de la configuración electrónica: el electrón diferenciador nos va a indicar el grupo, y el mayor número cuántico principal que aparezca en la configuración el periodo. Las configuraciones de los elementos son: Z=19 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 Z=23 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 3 Z=48 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 Z=30 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 El periodo del elemento problema es el 4 (por el 4 del 4s 2 ) y el grupo el 12 (el último electrón que entra es el décimo del orbital 3d 10 ). Atendiendo a lo anterior, y siguiendo un razonamiento análogo para el resto de los elementos químicos,podemos decir, que se encuentra en el mismo grupo que el elemento de Z=48 (termina en 4d 10 ) y en el mismo grupo que el de Z=19 y Z=23 (en los dos el número cuántico principal más grande es el 4,como en el elemento que nos ocupa) 2. Clasificación periódica de Mendeleiev. Importancia y deficiencias. (2 puntos) La base del sistema periódico actual surge en 1869, cuando Mendeléiev y Meyer, sin conocer uno el trabajo del otro, prepararon una clasificación de los elementos conocidos, basada en la variación periódica de algunas propiedades químicas o físicas que se producían con la variación de la masa atómica. La tabla de Mendeléiev constaba inicialmente de once filas horizontales (periodos) y ocho columnas verticales (grupos) que, aunque en líneas generales era aceptable, presentaba los elementos bastante mezclados entre sí. Uno de los mayores éxitos de Mendeleiev fue que dejó algunos huecos en la tabla periódica que pertenecían a elementos que no se habían descubierto y predijo las masas y propiedades de los mismos. El descubrimiento pocos años después del galio, el escandio y el germanio, y la comprobación de que sus propiedades coincidían con las pronosticadas por Mendeléiev, fueron la confirmación de esta clasificación periódica. No obstante, presentaba algunos defectos: El hidrógeno no tenía un lugar adecuado, pues por sus propiedades físicas o químicas podría ir con los halógenos o con los alcalinos.

2 Algunas parejas de elementos debían colocarse en orden inverso al de sus masas atómicas crecientes si se pretendía mantener la correspondencia de propiedades en su columna (por ejemplo: cobalto-níquel) No se había previsto sitio en la tabla para los lantánidos ni para los actínidos. No existía una separación clara entre metales y no metales. 3. a) Defina radio atómico. (0,5 puntos) b) Cuál de las siguientes especies químicas tiene menor radio: Mn 7+ (Z=25), Ca 2+ (Z=20); Ar (Z=18); S 2- (Z=16); Cl (Z=17)? a) Para definir el radio atómico lo tenemos que hacer en función de si el elemento es metal o no metal: Se considera radio atómico de los metales a la mitad de su distancia internuclear. El radio atómico de los no metales se considera como la mitad de la longitud de enlace molecular. b) Para determinar la especie de menor radio, hacemos la configuración electrónica de cada una: Mn 7+ (Z=25) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Ca 2+ (Z=20) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Ar (Z=18) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 S 2- (Z=16) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Cl - (Z=17) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 Como los iones y el átomo son isoelectrónicos, para determinar cúal tiene menor radio nos fijamos en el número de protones en el núcleo. Aquella que tenga más protones, va a tener mayor carga nuclear efectiva y por lo tanto va a atraer a los electrones con más fiuerza hacia el núcleo, generando una contracción de la nube electrónica y por lo tanto, un menor radio. De todos, el que menos radio tiene es el Mn a) Nombre los principios en los que se basa a la hora de realizar la configuración electrónica de un elemento cualquiera. (0,5 puntos) b) A excepción del mercurio, los únicos elementos de los metales de transición que presentan estados de oxidación +1 son el Cu (Z=29), Ag (Z=47) y Au (Z=79) Explique por qué. a) Principio de exclusión de Pauli, principio de máxima multiplicidad de Hund, llenado de orbitales en orden creciente de energía. b) Los 3 elementos químicos pertenecen al mismo grupo, el 11 y sus configuraciones electrónicas son: Cu (Z=29) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 Ag (Z=47) [Kr] 5s 2 4d 9 Au (Z=79) [Xe] 6s 2 5d 9 El estado de oxidación +1 se justifica teniendo en cuenta que la configuración electrónica anterior no es la verdadera que tiene el elemento, puesto que promocionando un electrón del último orbital s ocupado (ns) al último orbital d ocupado [(n-1)d] el elemento químico obtiene una configuración electrónica más estable que la anterior, al tener todos los orbitales llenos a excepción de uno que está semilleno. A partir de esta configuración es fácil deducir

3 que el estado de oxidación +1 se obtiene al perder el electrón que se encuentra en el orbital ns. Ejemplificando todo lo anterior para el cobre: Cu (Z=29): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 10 ; Cu + 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d a) Defina energía de ionización. (0,5 puntos) b) En el Na, la segunda energía de ionización es diez veces mayor que la primera, mientras que en el magnesio es sólo el doble. Justifique estos valores experimentales. a) La energia de ionización es la energía mínima que hay que aplicar a un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental para arrancarle el electrón más externo, transformándolo en un catión gaseoso monopositivo. b) La tendencia habitual de la energía de ionización en un periodo es aumentar según lo hace el número atómico, porque en ese sentido aumenta la carga nuclear efectiva y por lo tanto los electrones (e - ) se sienten más atraídos por el núcleo y es más difícil arrancarlos del átomo. Esta tendencia no se cumple entre el sodio y el magnesio para la segunda energía de ionización por lo siguiente: Cuando el Na pierde el segundo e, pasa de tener una configuración electrónica muy estable (gas noble) a otra en la que el orbital 2p no está lleno, por lo que se inestabiliza el nuevo ion formado, respecto al de partida. Debido a eso, se necesita suministrarle una energía muy alta. En el caso del Mg, al perder el segundo e, adquiere una configuración de gas noble, muy estable, por lo que va a necesitar menos energía que en el caso del sodio al llegar a una situación de alta estabilidad. Las configuraciones electrónicas en las que se basa el razonamiento anterior son: Na (Z=11) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Na + 1s 2 2s 2 2p 6 Na 2+ 1s 2 2s 2 2p 5 Mg (Z=12) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 Mg + 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Mg 2+ 1s 2 2s 2 2p 6 6. Determine todos los posibles estados de oxidación del elemento químico con Z=7. Indique cuál es el más estable. (0,5 puntos) Para justificar los estados de oxidación, lo haremos a partir de la configuración electrónica del elemento. Aquellas transiciones electrónicas que pueden ocurrir son las que originen orbitales llenos o semillenos, pues se formarían iones estables. De todas ellas, la más estable es la de orbitales llenos y con configuración de gas noble, seguida de la de orbitales llenos y por último la de semillenos: z=7 1s 2 2s 2 2p 3 Si gana 3 electrones (e - ) adquiere configuración de gas noble (Ne). X 3-1s 2 2s 2 2p 6 Si pierde 5 e adquiere también configuración de gas noble (He). X 5+ 1s 2 Si pierde 3 e - se quedaría con los 2 orbitales s llenos. X 3+ 1s 2 2s 2 Si pierde 2 e del orbital 2s queda el orbital 1s lleno y el 2p semilleno. X 2+ 1s 2 2p 3 Si pierde 1 e del orbital 2s queda el orbital 1s lleno y el 2s y 2p semillenos. X + 1s 2 2s 1 2p 3 Si pierde 4 e 1 del orbital 2s y los 3 del 2p se obtiene también una situación estable X 4+ 1s 2 2s 1 No puede perder e del orbital 1s porque no forma parte de la capa de valencia del átomo.

4 De todos los estados de oxidación, el más estable es el que origina un anión con configuración electrónica de gas noble. De las dos posibilidades, X 3- y X 5+ elegimos la primera por implicar menor tránsito de electrones.

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