SOLUCIONARIO Guía Técnico Profesional

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1 SOLUCIONARIO Guía Técnico Profesional Teoría atómica III: tabla periódica y propiedades periódicas SGUICTC003TC33-A16V1

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

3 EJERCICIOS PSU Ítem Alternativa Defensa 1 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. 2 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). 3 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)

4 4 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 5 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 4. 6 C El elemento cuya configuración electrónica se presenta, tiene incompleto el subnivel p, por lo que se trata de un elemento representativo. Contiene electrones en el nivel 5, por lo tanto, pertenece a ese periodo. Su configuración de la capa más externa es 5s 2 5p 5, de manera que se puede afirmar que tiene 7 electrones en su último nivel energético y pertenece al grupo VIIA (halógenos). Concretamente, la configuración corresponde al yodo (I), cuyo número atómico es 53.

5 7 A El fragmento seleccionado comprende los elementos no metálicos (no metales y metaloides) de la tabla periódica. Estos, se caracterizan por ser, en general, malos conductores de la electricidad y del calor, a diferencia de los metales. Tal como se puede ver en la figura anterior (que comprende los elementos representativos), están incluidos elementos de los grupos IIIA, IVA, VA, VIA y VIIA y de los periodos 2, 3, 4, 5 y 6. Todos ellos pertenecen al bloque p. El siguiente código hace referencia al estado físico de los elementos a temperatura y presión normales:

6 8 9 C A Según eso, se puede ver que dentro del fragmento seleccionado hay varios elementos gaseosos (nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro), pero quedan fuera otros (hidrógeno y gases nobles). 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. 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. ( )

7 TAMAÑO ENERGÍA TAMAÑO ENERGÍA TAMAÑO Por lo tanto, la única opción correcta es la I. 10 B La imagen muestra la posición de los elementos nitrógeno (N), boro (B) y oxígeno (O) en la tabla periódica. TAMAÑO 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 B C 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. El calcio (Ca) y el berilio (Be) pertenecen al mismo grupo (IIA alcalinotérreos), tal como se observa en la figura:

8 ENERGÍA 13 E 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. La electronegatividad aumenta en el sistema periódico como se muestra a continuación: Por lo que el cloro (Cl), situado en la parte superior derecha (grupo VIIA) es el que presenta mayor valor de electronegatividad. 14 C La representación de los modelos atómicos de los 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

9 de mayor tamaño el del bromo (2). 15 D En el gráfico se puede observar que los gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) presentan un valor igual a 0 para la propiedad considerada. Dentro de un periodo (por ejemplo, desde Li hasta F) se produce un fuerte incremento, mientras que en un mismo grupo, hay una ligera disminución (ejemplo: F, Cl, Br, I, At). Este comportamiento corresponde a la variación de la electronegatividad, propiedad que mide la atracción de un átomo sobre los electrones de enlace (los gases nobles no forman enlaces). Aunque el potencial de ionización (energía que debemos suministrar a un átomo para arrancarle un electrón) también aumenta de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba, el gráfico no coincide con el comportamiento de esta propiedad, porque en el caso de los gases nobles el potencial de ionización es el más alto dentro de cada periodo, como se muestra en el siguiente gráfico:

10 16 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 transformación intima de la materia en cuanto a la naturaleza de las sustancias, sino solamente de su estado. 17 C El punto de ebullición corresponde a la temperatura a la cual la pr esión 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 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). 18 C El esquema completo con los cambios de estado correspondientes es el siguiente:

11 19 E La tabla periódica del ejercicio, diferencia los elementos según su estado físico a 1 atm y 0 ºC (condiciones normales de presión y temperatura). En la siguiente imagen, más completa, el blanco (letra X en el ejercicio) corresponde al estado sólido, el rojo (Y), al estado gaseoso y el azul (Z), al líquido. 20 C El punto de fusión se define como la temperatura a la cual una sustancia pasa del estado sólido al estado líquido y el punto de ebullición como la temperatura a la que se produce el cambio de líquido a gaseoso. Por lo tanto, en condiciones normales de presión y temperatura (0 C y 1 atm), el litio se encuentra en estado sólido, ya que su punto de fusión es superior a 0 C (alternativa A incorrecta). A esa misma temperatura, el hidrógeno y el cloro, se encontrarán en estado gaseoso, ya que tanto su temperatura de fusión como la de ebullición son inferiores a esa temperatura (alternativa C correcta). La alternativa B es incorrecta, ya que a una temperatura de 25 ºC, tanto el bromo como el mercurio se encontrarían en estado líquido, ya que

12 su punto de fusión es inferior a esta temperatura y el de ebullición es superior. Por encima de 1342 C todos los elementos de la tabla se encontrarán en estado gaseoso, ya que ese es el mayor de los puntos de ebullición (alternativa D incorrecta). De modo análogo, como -259 C es el menor de los puntos de fusión que se muestran en la tabla, a temperaturas inferiores a ese valor, todos estos elementos se encontrarán en estado sólido (alternativa E incorrecta).