LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO

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1 4 LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO El cobre se presenta en forma de dos isótopos estables: 3 9Cu y 5 9Cu, que aparecen en la naturaleza con una abundancia de 9, % y 30,9 %, respectivamente. a) Qué diferencia existe entre ellos? b) Calcula la masa atómica del cobre. a) Un átomo se representa mediante la notación: A X, siendo = número atómico y A = número másico. representa el número de protones que el átomo tiene en el núcleo. A representa la suma del número de protones y el número de neutrones que hay en el núcleo: A = + N. Un elemento químico puede estar constituido por especies atómicas diferentes, llamadas isótopos, que son átomos con el mismo número atómico y distinto número másico. 3 9 Cu " N = 3-9 = 34 neutrones 5 9 Cu " N = 5-9 = 3 neutrones Por tanto, los dos isótopos se diferencian en el número de neutrones que tienen en el núcleo. b) La masa atómica de un elemento depende de la proporción en que se presentan sus isótopos en la naturaleza y viene dada por la media ponderada de las masas de dichos isótopos, es decir: 3? 9, + 5? 30,9 m Cu = " 00 " m Cu = 3, u Este valor de la masa atómica es el que encontramos en la tabla periódica para cada elemento. El uranio se presenta en forma de tres isótopos: 34 9 U (0,0057 %); U (0,7 %); U (99,7 %) a) En qué se diferencian estos isótopos? b) Cuál es la masa atómica del uranio natural? Sol.: 37,97 Se conocen dos isótopos del elemento cloro: 35 7 Cl y 3 7 7Cl, que existen en la naturaleza en la proporción 3 a. Calcula la masa atómica del cloro. Sol.: 35,5 3 Se conocen dos isótopos de la plata: el isótopo 07 Ag aparece en la naturaleza en una proporción del 5 %. Sabiendo que la masa atómica de la plata es 07,88. Cuál es el número másico del otro isótopo? Sol.: 09 4 Indica cuáles de las siguientes especies atómicas son isótopos: X; 8Y; 4 ; 9 9U; 4 8V 5 Completa la siguiente tabla para los isótopos del hidrógeno: Protio Deuterio Tritio Representación H H 3 H A de protones de electrones de neutrones Existen tres isótopos del oxígeno: O (99,7 %); 7 O (0,04 %) 8 O (0,0 %) Calcula la masa atómica del oxígeno. Sol.:, Observa los siguientes átomos: 0 5 B; 5B; 5B; 4 7N; 8O; C; 7C Agrupa los átomos anteriores según: a) Sean isótopos. b) Tengan el mismo número másico. c) Tengan el mismo número de neutrones. Prof. Ricard Guillem Página 0 de 8

2 4 LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO Completa la tabla: Especie atómica A protones neutrones electrones S - 8 Na + 3 Ca Un ion negativo o anión es un átomo que ha ganado electrones: número de protones < número de electrones Tiene carga neta negativa. Un ion positivo o catión es un átomo que ha perdido electrones: número de protones < número de electrones Tiene carga neta positiva. Así, en la tabla aparecen: S + e - " S - El anión tendrá electrones más que protones. Na " Na + + e - El catión tendrá electrón menos que protones. Ca " Ca + + e - El catión tendrá electrones menos que protones. La última capa electrónica de un ion debe estar completa con 8 electrones. Con todos estos datos completamos la tabla del enunciado: Especie atómica A protones neutrones electrones S Na Ca Completa la siguiente tabla: Símbolo del ion Br - Al 3+ O - N 3- Tipo de ion de e - ganados de e - perdidos Completa la siguiente tabla: Especie atómica Li + Se - Sr + N de protones 38 de electrones 3 3 Escribe el símbolo del ion que se forma y determina si son aniones o cationes cuando: a) El hidrógeno pierde un electrón. b) El hidrógeno gana un electrón. c) El cloro gana un electrón. d) El calcio pierde dos electrones. 4 Completa: a) Na " e - b) + e - " O - c) N + " N 3- d) Be " Be + + Prof. Ricard Guillem Página de 8

3 4 LA MATERIA: PROPIEDADES ELÉCTRICAS Y EL ÁTOMO Dados los átomos: 3 S y 3 5 9K, determina: a) La estructura de su núcleo. c) Son metales o no metales? b) Su posición en la tabla periódica. d) Qué iones estables formarán? a) El núcleo atómico está formado por protones y neutrones, siendo: de protones = de neutrones = A - La estructura de los núcleos será: S: = ; A = 3. N. de protones = de neutrones = 3 - = K: = 9; A = 35. N. de protones = 9 de neutrones = 35-9 = b) La posición en la tabla periódica es: S: periodo 3 (3 capas electrónicas); grupo, familia del oxígeno. K: periodo 4 (4 capas electrónicas); grupo, alcalinos. c) En el caso del azufre: Es un no metal, ya que tiene electrones en la última capa y, por tanto, tiende a aceptar los dos que le faltan para completarla con 8 electrones. En el caso del potasio: Es un metal, ya que tiene un solo electrón en la última capa y, por tanto, tiende a perderlo dejando completa la capa anterior. d) El azufre formará: S + e - " S - El ion S - es estable porque tiene 8 electrones en su última capa. El potasio formará: K " K + + e - El ion K + es estable porque tiene 8 electrones en su última capa. Dado el elemento químico de número atómico 5 y número másico 3, determina: a) La constitución de su núcleo. b) El número de protones, neutrones y electrones que tiene el ion estable que forma. c) Su posición en la tabla periódica. Relaciona con flechas: = = 0 = 8 = 8 = 3 = 8 = 53 = 7 Cobalto Talio Yodo Kriptón Sodio Oxígeno Níquel Calcio 3 Dados los siguientes átomos: 3 Li; 8 9F Determina: a) Su posición en la tabla periódica. b) Si son metales o no son metales. c) Los iones estables que formarán. 4 Completa la siguiente tabla: Nombre Símbolo A Boro Hierro Bario Rubidio Cloro Plomo Neón Plata de protones de neutrones de electrones Prof. Ricard Guillem Página de 8

4 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS Completa la siguiente tabla: Especie atómica Símbolo Representación A Azufre 3 neutrones protones electrones Se Boro 5 5 Helio Si Un átomo se representa mediante la notación: A X. = atómico = de protones que un átomo tiene en el núcleo. A = másico = de protones + de neutrones que un átomo tiene en su núcleo. El número de neutrones que hay en el núcleo se determina mediante: N = A - Como todas las especies atómicas que aparecen son átomos neutros: de cargas positivas = de cargas negativas Por tanto: de protones = de electrones Los electrones se disponen en distintos niveles, según el modelo atómico de Bohr. Nivel : electrones. Nivel : 8 electrones. Nivel 3: 8 electrones. Hay que tener en cuenta que en el último nivel hay como máximo 8 electrones. Aplicando todos estos conceptos, completamos la tabla: Especie atómica Símbolo Representación A neutrones protones electrones Azufre S 3 S = Selenio Se Se = Boro B 0 5 B = Helio He 4 He = Silicio Si 8 4 Si = Completa la siguiente tabla: Completa la siguiente tabla: Átomo Calcio Flúor Símbolo P Al de protones de neutrones 0 0 de electrones A 9 7 Especie atómica Símbolo A de neutrones de protones de electrones Azufre Cl C 35 7 Prof. Ricard Guillem Página 3 de 8

5 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS GRUPO Configuración electrónica s s d d d 3 d 4 d 5 d d 7 d 8 d 9 d 0 p p p 3 p 4 p 5 p ORBITALES PERIODO IA VIII A Observa el sistema periódico y contesta. S s p 3s 3p 4s 3d 4p 3 4,0 H Hidrógeno 3 Li Litio,9 9,0 4 Be Berilio 3,0 4,3 Na Mg Sodio Magnesio 39, 9 K Potasio II A 40, 0 Ca Calcio III B 45,0 Sc Escandio Número atómico IV B 47,9 Ti Titanio V B 50,9 3 V Vanadio 40, 0 Ca Calcio VI B 5,0 4 Cr Cromo VII B 54,9 5 Mn Manganeso Masa atómica (u) Símbolo Nombre 55,8 Fe Hierro VIII 58,9 7 Co Cobalto 58,7 8 Ni Níquel NO METALES METALES GASES NOBLES I B 3,5 9 Cu Cobre II B 5,4 30 n Cinc 5 III A IV A V A VI A VII A B Boro 7,0 3 Al Aluminio 9,7 3 Ga Galio 0,8,0 7 C Carbono 8, 4 Si Silicio 7, 3 Ge Germanio N Nitrógeno 3,0 5 P Fósforo 74,9 33 As Arsénico 4,0,0 8 9 O Oxígeno 3, S Azufre 79,0 34 Se Selenio F Flúor 9,0 35,5 7 Cl Cloro 79,9 35 Br Bromo 4,0 He Helio 0, 0 Ne Neón 39,9 8 Ar Argón 83,8 3 Kr Criptón 5s 4d 5p 5 85,5 37 Rb Rubidio 87, 38 Sr Estroncio 88,9 39 Y Itrio 9, 40 r Circonio 9,9 4 Nb Niobio 95,9 4 Mo Molibdeno (97,9) 43 Tc Tecnecio 0, 44 Ru Rutenio 0,9 45 Rh Rodio 0,4 4 Pd Paladio 07,9 47 Ag Plata,4 48 Cd Cadmio 4,8 49 In Indio 8,7 50 Sn Estaño,8 5 Sb Antimonio 7, 5 Te Teluro,9 53 I Yodo 3,3 54 Xe Xenón s 4f 5d p 3,9 55 Cs Cesio 37,3 5 Ba Bario 38,9 57 La Lantano 78,5 7 Hf Hafnio 80,9 73 Ta Tántalo 83,8 74 W Wolframio 8, 75 Re Renio 90, 7 Os Osmio 9, 77 Ir Iridio 95, 78 Pt Platino 97,0 79 Au Oro 00, 80 Hg Mercurio 04,4 8 Tl Talio 07, 8 Pb Plomo 09,0 83 Bi Bismuto (09,0) 84 Po Polonio (0,0) 85 At Astato (,0) 8 Rn Radón 7s 5f d 7p 7 (3) 87 Fr Francio () 88 Ra Radio (7) 89 Ac Actinio () 04 Rf Rutherfordio () 05 Db Dubnio () 0 Sg Seaborgio (4) 07 Bh Bohrio (77) 08 Hs Hassio (8) 09 Mt Meitnerio (7) 0 Ds Darmstadtio (7) Rg Roentgenio (85) Cn Copernicio (84) 3 Uut Ununtrio (89) 4 Uuq Ununquadio (88) 5 Uup Ununpentio (9) Uuh Ununhexio (94) 8 Uuo Ununoctio f f f 3 f 4 f 5 f f 7 f 8 f 9 f 0 f f f 3 f 4 LANTÁNIDOS F 40, 58 Ce Cerio 40,9 59 Pr Praseodimio 44, 0 Nd Neodimio (45) Pm Prometio 50,4 5,0 3 Sm Eu Samario Europio 57, 4 Gd Gadolinio 58,9 5 Tb Terbio,5 Dy Disprosio 4,9 7 Ho Holmio 7,3 8 Er Erbio 8,9 9 Tm Tulio 73,0 70 Yb Iterbio 75,0 7 Lu Lutecio ACTÍNIDOS F 7 3,0 90 Th Torio 3,0 9 Pa Protactinio 38,0 9 U Uranio (37) 93 Np Neptunio (44) (43) Pu Am Plutonio Americio (47) 9 Cm Curio (47) 97 Bk Berkelio (5) 98 Cf Californio (5) 99 Es Einstenio (57) 00 Fm Fermio (58) 0 Md Mendelevio (59) 0 No Nobelio () 03 Lr Laurencio a) Coloca los siguientes elementos en la tabla. Hierro: es un metal de transición. Oro: su número atómico es 79. Neón: es un gas noble. Sodio: forma iones con carga +. Cloro: forma iones con carga -. b) Señala tres elementos químicos que formen iones con carga +. c) Señala tres elementos químicos que formen iones con carga -. d) Indica dos elementos que tengan propiedades químicas parecidas al magnesio. a) El hierro está situado entre el manganeso y el cobre. El oro se encuentra entre el platino y el mercurio. El neón está a la derecha, bajo el helio. El sodio está en la primera columna, bajo el litio. El cloro está a la derecha, bajo el flúor. b) Por ejemplo, el berilio, el calcio y el magnesio. c) Por ejemplo, el flúor, el bromo y el yodo. d) El berilio y el calcio. Localiza en la tabla los siguientes elementos y ordénalos según el número de electrones que tienen sus átomos neutros. Cobre Arsénico Boro Silicio Platino Hidrógeno Oxígeno Carbono Nitrógeno Indica tres elementos que formen iones con carga -. 3 Con los siguientes elementos químicos, forma grupos de tres elementos agrupando aquellos que tienen propiedades químicas parecidas. Litio Arsénico Boro Galio Sodio Aluminio Xenón Nitrógeno Potasio Fósforo Neón Argón 4 Indica tres elementos que formen iones con carga +. Prof. Ricard Guillem Página 4 de 8

6 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS QUÍMICOS Observa los dibujos que representan diferentes sustancias químicas y responde. Helio Argón Ozono Cloruro de sodio Átomo de helio Átomo de argón Átomo de oxígeno Átomo de cloro Átomo de sodio Metano Diamante Óxido de cloro (III) Plata Átomo de carbono Átomo de hidrógeno Átomo de carbono Átomo de oxígeno Átomo de cloro Átomo de plata a) Qué sustancias son elementos? Cuáles son compuestos? b) Qué sustancias aparecen formando moléculas? c) Cuáles forman cristales? d) Cuáles corresponden a átomos aislados? e) Escribe la fórmula que representa a cada sustancia de los dibujos. a) Los elementos son el helio, el argón, el ozono, el diamante y la plata. Los compuestos son el cloruro de sodio, el metano y el óxido de cloro (III). b) Forman moléculas el ozono, el metano y el óxido de cloro (III). c) Forman cristales el cloruro de sodio, el diamante y la plata. d) El helio y el argón están formados por átomos aislados. e) Helio " He; Argón " Ar; Ozono " O 3 ; Cloruro de sodio " NaCl; Metano " CH 4 ; Diamante " C; Óxido de cloro (III) " Cl O 3 ; Plata " Ag. Asocia cada frase de la izquierda con la columna de la derecha correspondiente. Los átomos se ordenan en una estructura Átomos aislados tridimensional. Los gases nobles Moléculas se ordenan así. Están formados por Cristales unos cuantos átomos. Escribe cuántos átomos de cada elemento forman las siguientes moléculas: a) NO d) HNO 3 g) Cl b) CO e) ClO h) H SO 4 c) O 3 f) CO i) N Haz un esquema para representar las moléculas. Cuáles corresponden a elementos químicos? Cuáles corresponden a compuestos. Prof. Ricard Guillem Página 5 de 8

7 CAMBIOS QUÍMICOS En el proceso: Hidrógeno (gas) + nitrógeno (gas) " amoniaco (gas) a) Identifica los reactivos y los productos de la reacción. Escribe sus fórmulas. b) Escribe la ecuación química correspondiente y ajústala por el método de tanteo. c) Clasifica la reacción. Es una reacción de síntesis? Es una reacción de descomposición? d) Representa la reacción mediante un modelo de bolas. a) Reactivos: el hidrógeno y el nitrógeno son gases a temperatura ambiente: Hidrógeno: su fórmula es H. Nitrógeno: su fórmula es N. Productos: Amoniaco: su fórmula es NH 3. El N actúa con valencia 3 y el H actúa con valencia. b) La ecuación química correspondiente a este proceso será: H (g) + N (g) " NH 3 (g) Para ajustar la ecuación química colocaremos delante de la fórmula de cada una de las sustancias los coeficientes necesarios para que se cumpla la ley de conservación de la masa: el número de átomos que aparecen en el primer miembro debe de ser igual al número de átomos que aparecen en el segundo miembro. Igualamos el número de átomos de nitrógeno multiplicando por la molécula de amoniaco (cada coeficiente multiplica a todos los átomos de la molécula): H (g) + N (g) " NH 3 (g) A continuación igualamos el número de átomos de hidrógeno. Como hay moléculas de NH 3, tenemos en total átomos de H; por tanto, multiplicamos por 3 la molécula H del primer miembro: 3 H (g) + N (g) " NH 3 (g) De esta forma, la ecuación queda ajustada. c) Es una reacción de síntesis o de formación, en la que a partir de sus elementos (H y N ) se obtiene un compuesto (NH 3 ). d) Representamos la molécula H mediante: Representamos la molécula de N mediante: La reacción será: + " Escribe y ajusta las siguientes ecuaciones químicas: a) Cloro (g) + oxígeno (g) " óxido de cloro (g) b) Monóxido de carbono (g) + oxígeno (g) " " dióxido de carbono (g) Dado el proceso: Aluminio (s) + azufre (s) " sulfuro de aluminio (s) a) Identifica los reactivos y los productos de la reacción. b) Escribe la ecuación química ajustada. 3 Ajusta las siguientes ecuaciones químicas y nombra todas las sustancias implicadas: a) ns (s) + O (g) " SO (g) + no (s) b) Na (s) + H O (l) " NaOH (aq) + H (g) 4 Completa y ajusta las siguientes ecuaciones químicas: a) Cl + Mg " b) Cu + HCl " + H 5 Ajusta la ecuación química siguiente: Fe O 3 (s) + CO (g) " Fe (s) + CO (g) Prof. Ricard Guillem Página de 8

8 CAMBIOS QUÍMICOS Al reaccionar cloruro de hidrógeno con óxido de bario se produce cloruro de bario y agua: a) Escribe la ecuación química correspondiente a esta reacción y ajústala. b) Calcula la cantidad de cloruro de bario que se produce cuando reaccionan 0,5 g de óxido de bario con la cantidad necesaria de ácido. c) Si ponemos 7 g de cloruro de hidrógeno, qué cantidad de cloruro de bario se formará? a) A partir de las fórmulas de los reactivos y los productos escribimos la ecuación química correspondiente a esta reacción y la ajustamos: HCl + BaO " BaCl + H O Según la ecuación: mol de HCl reaccionan con mol de BaO y producen mol de BaCl y mol de H O. b) Identificamos las sustancias cuyos datos conocemos y las sustancias cuyos datos deseamos calcular. Disponemos de 0,5 g de BaO y deseamos conocer la masa de BaCl que se obtiene. Calculamos la cantidad de BaO en mol: M BaO = 37 + = 53 g/mol " m (g) " n = M (g/mol) = 0,5 g = 0,5 mol 53 g/mol Calculamos la cantidad de BaCl que se obtiene planteando la proporción adecuada: mol BaO 0,5 mol BaO = " mol BaCl x mol Ba Cl " x = 0,5 mol BaO? mol BaCl mol BaO = = 0,5 mol BaCl A partir de la cantidad de sustancia calculamos la masa: M BaCl = 08 g/mol " " m = n? M = 0,5 mol? 08 g/mol " " m = 3, g c) Ahora disponemos de 7 g de HCl y queremos calcular la masa de BaCl que se obtiene. Calculamos la cantidad de HCl en mol: M HCl = + 35,5 = 3,5 g/mol " m (g) " n = M (g/mol) = 7 g = 0,9 mol 3,5 g/mol Planteamos la proporción correspondiente a estas dos sustancias y calculamos la cantidad de HCl obtenida: mol HCl 0,9 mol HCl = " mol BaCl y " y = 0,9 mol HCl? mol BaCl = 0,095 mol mol HCl Calculamos la masa: m = n? M = 0,095 mol? 08 g/mol " " m = 9,7 g de BaCl En el conversor catalítico de un automóvil se produce la reacción: Monóxido de carbono (g) + oxígeno (g) " " dióxido de carbono (g) a) Escribe la ecuación química ajustada. b) Si reaccionan g de monóxido de carbono, cuánto dióxido de carbono aparece? c) Qué cantidad de oxígeno es necesaria? Sol.: b) 7 g CO ; c) 4 g O Dada la reacción: Óxido de hierro (II) (s) + hidrógeno (g) " " hierro (s) + agua (l) a) Escribe la reacción y ajústala. b) Calcula la masa de hierro que podría obtenerse al reaccionar 40 g de óxido de hierro (II). c) Calcula la cantidad de hidrógeno que será necesaria para que la reacción sea completa. Sol.: b) 3 g Fe; c), g H Prof. Ricard Guillem Página 7 de 8

9 CAMBIOS QUÍMICOS Calcula el volumen de hidrógeno que se desprende, en condiciones normales, al reaccionar,54 g de cinc con la cantidad suficiente de cloruro de hidrógeno según la reacción: n (s) + HCl (aq) " ncl (s) + H (g) En primer lugar ajustamos la ecuación: n (s) + HCl (aq) " ncl (s) + H (g) Calculamos la cantidad de sustancia en mol de n conocida: M n = 5 g/mol " m (g) " n = M (g/mol) =,54 g = 0, mol 5 g/mol Según la ecuación: mol de n produce mol de H. Planteamos la proporción correspondiente para calcular la cantidad de H obtenido: mol n mol H = 0, mol n " x = 0, mol H x Sabemos además que, en condiciones normales, mol de cualquier gas ocupa un volumen de,4 L. Calculamos el volumen: V = 0, mol?,4 L/mol =,4 L H Escribe y ajusta la reacción de combustión del azufre: Azufre (s) + oxígeno (g) " dióxido de azufre (g) Calcula: a) La cantidad de azufre necesaria para obtener L de dióxido de azufre en c.n. b) El volumen de oxígeno necesario. Sol.: a),8 g S; b) L O Dada la reacción: Óxido de hierro (II) + hidrógeno " " hierro + agua a) Escribe y ajusta la ecuación correspondiente. b) Calcula la masa de hierro que se obtendrá a partir de 50 g de óxido de hierro (II). c) Calcula el volumen de hidrógeno, medido en c.n., que se consume en la reacción. Sol.: b) 38,75 g Fe; c) 5,34 L H 3 Dada la ecuación química: Al (s) + S (s) " Al S 3 (s) Si reaccionan 7 g de Al con 0 g de S, determina: a) Que sustancia reaccionará completamente y cuál sobrará. b) Qué cantidad de sulfuro de aluminio se obtiene. Sol.: a) Sobrará S; b) 75 g Al S 3 4 En la reacción química representada por: Mg + HCl " MgCl + H a) Cuál es el volumen de hidrógeno (en c.n.) que se produce cuando reaccionan 0,54 mol de magnesio con exceso de ácido? b) Cuál es la masa de MgCl obtenida? Sol.: a) 3,45 L H ; b) 4,7 g MgCl 5 El amoniaco reacciona con el oxígeno, en c.n. de presión y temperatura, según la reacción: NH 3 (g) + O (g) " NO (g) + H O (g) Calcula: a) El volumen de amoniaco necesario para obtener 5 L de monóxido de nitrógeno. b) La cantidad de oxígeno necesaria. Sol.: a) 5 L NH 3 ; b) 8,75 L O Escribe la ecuación química ajustada correspondiente a la combustión del propano (C 3 H 8 ) con el oxígeno para dar dióxido de carbono y agua, y calcula: a) La cantidad de propano que se necesita para obtener L de dióxido de carbono. b) El volumen de propano que reacciona con 0,5 L de oxígeno. Sol.: a) 0,7 L C 3 H 8 ; b) 0, L C 3 H 8 Prof. Ricard Guillem Página 8 de 8