BIBLIOTECA DEL PROFESORADO SOLUCIONARIO. Química BACHILLERATO SERIE INVESTIGA

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1 BAILLERATO SOLUIONARIO Química SERIE INVESTIGA BIBLIOTEA DEL PROFESORADO

2 BIBLIOTEA DEL PROFESORADO Química SERIE INVESTIGA SOLUIONARIO El Solucioario Química, del proyecto Saber hacer, para.º curso de Bachillerato, es ua obra colectiva cocebida, diseñada y creada e el Departameto de Edicioes Educativas de Satillaa Educació, S. L., dirigido por Teresa Grece Ruiz. E su elaboració ha participado el siguiete equipo: Raúl arreras Soriao ristia Guardia Villarroel Aa Isabel Meédez urtado Virgiia Muñoz eballos Gema Pedraz del Río Beatriz Simó Aloso BAILLERATO EDIIÓN Raúl arreras Soriao EDITOR EJEUTIVO David Sáchez Gómez DIREIÓN DEL PROYETO Atoio Bradi Ferádez

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4 Ídice Química SERIE INVESTIGA SOLUIONARIO 1 Estructura atómica de la materia... 5 Sistema periódico... 7 Elace químico Elace covalete iética química Equilibrio químico Reaccioes ácido-base Reaccioes de trasferecia de electroes Química orgáica Aplicacioes de la química orgáica... 9 Aexos I Formulació iorgáica II Formulació orgáica... 1 omplemetos Tablas... 0 Sistema periódico de los elemetos...

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6 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1 Estructura atómica de la materia 1 Estructura atómica de la materia 5

7 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 1 Estructura atómica de la materia 6

8 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Estructura atómica de la materia 1 PARA OMENZAR (págia 7) Ivestiga quié descubrió e 1898 el átomo del radio y qué cosecuecias tuvo el descubrimieto de este elemeto. El radio fue descubierto por la cietífica polaca Marie urie, pioera e sus estudios sobre la radiactividad atural. El 1 de diciembre de 1898, Marie, juto a su marido Pierre urie, descubrió u uevo elemeto, el radio, a partir del mieral uraita, lo que supuso u hito e la historia de la química. Al pricipio se empleó e la fabricació de pituras lumiiscetes, medicametos, cremas, etc. Si embargo, al costatarse diversas muertes de persoas expuestas al radio, los cietíficos se diero cueta del alto riesgo que etrañaba para la salud. Etre sus umerosas aplicacioes actuales destaca su uso e medicia para el tratamieto del cácer. El 1911 Marie urie recibió el premio Nobel de Química «por el descubrimieto del radio y el poloio, el aislamieto del radio y el estudio de la aturaleza y compuestos de este destacable elemeto químico». El método cietífico propoe modelos teóricos que se ha de cotrastar co la experiecia. Qué feómeos pusiero e cuestió el modelo Bohr-Sommerfeld? El primer postulado del modelo Bohr-Sommerfield dice que «el electró gira alrededor del úcleo si emitir eergía». Esta afirmació cotradecía la teoría electromagética que afirma que cualquier carga eléctrica acelerada ha de emitir eergía e forma de radiació electromagética. El modelo, además, solo permitía explicar el átomo de hidrógeo y o explicaba átomos co más de u electró. El acimieto de la mecáica-cuática y su aplicació al átomo hizo isuficiete el modelo Bohr-Sommerfield. Así, el descubrimieto del efecto fotoeléctrico, que puso de maifiesto que la luz, cosiderada hasta etoces exclusivamete ua oda, se podía comportar bajo determiadas codicioes como ua partícula; y el pricipio de idetermiació de eiseberg, que establecía que o se podía determiar a la vez la posició y la velocidad de u electró, o se podía explicar co el modelo Bohr-Sommerfield. La isuficiecia de este modelo dio lugar a diversos modelos atómicos posteriores que icorporaba ua explicació a estos feómeos. ATIVIDADES (págia 10) 1. Idica el úmero de protoes, electroes y eutroes e Ba. Al leer el símbolo, idetificamos el úmero atómico, Z 56, que idica el úmero de protoes e el úcleo; y el úmero másico, A 18, que idica el úmero total de partículas e el úcleo. Al o idicarse carga e el símbolo el átomo es eutro, por lo que el úmero de electroes es igual al de protoes. Número de protoes, p : Z 56. Número de electroes, e : Z 56. Número de eutroes, : N A Z Por tato, la especie preseta 56 protoes, 56 electroes y 8 eutroes.. Escribe u símbolo adecuado para la especie co 5 protoes, 54 electroes y 78 eutroes. Al teer 5 protoes su úmero atómico es Z 5. Usa la tabla para localizar el elemeto. Es el yodo, I. ay más electroes que protoes. Esto idica que es u aió co carga: q p e El úmero másico es la suma de protoes y eutroes: A Z N El símbolo más adecuado es: 11 5 I. 1 Estructura atómica de la materia 7

9 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO. 4. U io egativo tiee carga, siedo su úmero total de electroes 6, y su úmero másico, 75. alcula su úmero de protoes y de eutroes. Al ser u io egativo co carga tiee u exceso de electroes. Por tato: Número de protoes, p : Z. Z e q 6 alculamos el úmero de protoes y de eutroes a partir de Z y A 75: Por tato, la especie preseta protoes y 4 eutroes. A Z N N A Z 75 4 El litio de masa atómica 6,941 u posee dos isótopos aturales, litio-6 y litio-7, co masas atómicas 6,0151 y 7,01601 u, respectivamete. uál de ellos tiee mayor abudacia atural? A simple vista podemos comprobar que el valor de la masa atómica, 6,941 u, está más cercao al valor del isótopo litio-7, y que este será el que se ecuetre e mayor abudacia. alcula uméricamete las abudacias aturales de ambos isótopos de la siguiete maera. Llamamos x a la abudacia de 6 Li, la abudacia del 7 Li será 100 x (la suma de ambas es 100). Sustituye los valores e la ecuació para el cálculo de la masa atómica: Multiplica ambos miembros por 100: x (Li) 6,941 6,0151 7, x M ,1 6,0151 x7, x Resuelve la ecuació. La abudacia de 6 Li es: x 7,49 %. La abudacia del otro isótopo 7 Li es: 100 x 100 7,49 9,51 %. El isótopo más abudate es el litio-7. ATIVIDAD (págia 1) 5. otesta breve y razoadamete las siguietes pregutas: a) ómo se llegó a la coclusió de que casi toda la masa de u átomo estaba e el cetro del mismo? b) ómo se descubriero los eutroes? c) ómo se distribuye los electroes e el modelo de Thomso? d) Por qué es ecesaria la existecia de eutroes e el úcleo atómico? a) Mediate el experimeto de la lámia de oro. Al bombardear dicha lámia co partículas alfa, la mayoría pasaba si igú problema, idicado que la mayor parte del átomo estaba vacío. Por otro lado, que algua de las partículas rebotara idicaba la presecia e el átomo de ua zoa muy pequeña dode se ecotraba la mayor parte de la masa del átomo y la carga positiva. b) Fuero descubiertos por E. hadwick e 19, tras detectar su presecia la radiació emitida después de bombardear berilio co partículas alfa. c) E el modelo de Thomso los electroes se ecuetra embebidos detro de la masa positiva. d) El úcleo atómico está formado por partículas cargadas positivamete que, al ser del mismo sigo, produce fuerzas de repulsió etre sí. Los eutroes, al teer masa similar a los protoes, compesa dichas repulsioes. 1 Estructura atómica de la materia 8

10 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 15) 6. La radiació de logitud de oda 4,4 m es la logitud de oda más larga que produce la fotodisociació del O. uál es la eergía del fotó? Y la de u mol de fotoes? Datos: h 6, J s; c 10 8 m s 1 ; N A 6,0 10 partículas mol 1. La eergía de u fotó viee determiada por la ecuació de Plack: c E h f h Sustituye los datos para u solo fotó: E 8 10 m s 6,66 10 J s 9 4,4 10 m 19 8,00 10 J 4 Para calcular la eergía de 1 mol de fotoes utiliza el úmero de Avogadro: E 8, J fotó 6, 010 fotoes 4, J mol 4,94 10 J mol 1 mol Determia la eergía ciética y la velocidad de los electroes arracados de u metal cuado sobre él icide luz de frecuecia 4, z. La frecuecia umbral del metal es de 1, z. Datos: h 6, J s; m e 9, kg. alcula la eergía ciética de los electroes arracados a partir de la eergía de la radiació icidete: E E E E E E h f h f h f f Sustituye los datos y opera: E 4 6,66 10 J s ,1 10 1,1 10 s 1,99 10 J De la expresió de la eergía ciética obteemos la velocidad de salida. Sustituye los valores y opera: 18 1 Ec 1, 9910 J m Ec mv v,08810, m 9,1110 kg s 6 6 m s ATIVIDADES (págia 17) 8. E el espectro del hidrógeo se detecta ua líea a 1880 m. Es ua líea de la serie de Balmer? Justifícalo. Segú la ecuació de Rydberg: R 1 Teiedo e cueta que para ser ua líea de la serie de Balmer, 1, despeja y sustituye los datos: R 1 R ,09710 m 1 7 1,09710 m m m, Se trata de u valor o etero y, además. Podemos cocluir que 1880 m o es ua líea de la serie de Balmer. 1 1 Estructura atómica de la materia 9

11 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 9. La lámpara de vapor de mercurio emite ua luz de color ligeramete azul-verdoso. Estos colores procede de radiacioes de logitudes de oda 448 Å (azul) y 5461 Å (verde). alcula la eergía de u fotó de cada ua de estas radiacioes. Datos: 1 Å m; c 10 8 m s 1 ; h 6, J s. alcula las eergías de u fotó de las radiacioes de color verde y azul a través de la ecuació de Plack: c E h f h Sustituye los datos: 4 E azul 6,6610 J s 4 E verde 6,6610 J s 10 s m 8 m 19 4,5710 J 10 s m 19,64 10 J 8 m La radiació de mayor logitud de oda correspode co meor eergía, ya que ambas magitudes so iversamete proporcioales. ATIVIDADES (págia 19) ay u ivel de eergía para el átomo de hidrógeo, E,6910 J? Acude a las tablas para calcular el valor de la costate A: 9 Nm 4 k m e e , , kg 1,60 10 A h 6,66110 kg 4 18, J A Aplica la ecuació E, despeja, sustituye los valores y opera: 18 A, J 9 0 E,6910 J omo el valor de es u úmero etero, sí hay u ivel de eergía co ese valor e el átomo de hidrógeo. 11. Explica el modelo atómico de Bohr y sus pricipales limitacioes. El modelo atómico de Bohr se basa e tres postulados: 1. er postulado. El electró gira alrededor del úcleo e órbitas circulares si emitir eergía.. o postulado. Solo so posibles las órbitas e las que el electró tiee u mometo agular que es múltiplo etero de h/π.. er postulado. La eergía liberada al pasar u electró desde ua órbita a otra de meor eergía se emite e forma de u fotó, cuya frecuecia se obtiee co la ecuació de Plack. Estos fotoes, producidos por los saltos eergéticos, so los resposables de los espectros de emisió. Las pricipales limitacioes del modelo atómico de Bohr so dos: Auque el modelo de Bohr justifica la fórmula de Balmer y explica la estructura de la corteza del átomo de hidrógeo, o es capaz de explicar los espectros de elemetos co más de u electró. Tampoco explica que cuado observamos ciertas líeas del espectro de hidrógeo co aparatos de gra resolució se ve que está formadas por grupos de líeas muy jutas, y que alguas se desdobla al someterlas a u campo magético. La presecia de estas líeas desdobladas e los espectros idica la existecia de subiveles de eergía. 1 Estructura atómica de la materia 10

12 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES (págia 1) 1. U coche de carreras, icluido el piloto, tiee ua masa de 605 kg. uál es la logitud de oda asociada a él si e ua carrera adquirió ua velocidad de 0 km/h? Dato: h 6, J s. E primer lugar expresa el valor de la velocidad e uidades del SI: v 0 km h 10 m 1 km 1h 88,8 ms 600 s 1 Aplica la ecuació de De Broglie: 4 h 6,66 10 J s 1 mv 605 kg88,8 ms 8 1, 10 m 1. A qué velocidad debe acelerarse u haz de protoes para poseer ua logitud de oda de De Broglie de 0,0 pm? Datos: h 6, J s; m p 1, kg. Despeja la velocidad de la ecuació de De Broglie y sustituye los datos: 4 h h 6,66 10 J s v 1, m s 7 1 m v m 1,67 10 kg 0, 0 10 m 4 1 ATIVIDAD (págia ) 14. Qué diferecia hay etre órbita de Bohr y orbital atómico? El modelo atómico de Bohr viola el pricipio de idetermiació de eiseberg, de qué maera? E ua órbita de Bohr se cooce co precisió dóde se ecuetra u electró. Si embargo, e u orbital atómico o. Por eso se defie como la regió del espacio alrededor del úcleo e la que es máxima la probabilidad de ecotrar u electró co ua eergía determiada. El modelo atómico de Bohr viola el pricipio de idetermiació de eiseberg porque segú este modelo sí que es posible determiar a la vez la posició y la velocidad de u determiado electró. Segú este pricipio o podemos coocer simultáeamete la posició y la velocidad de u electró. ATIVIDADES (págia 4) Para u átomo e su estado fudametal, razoa sobre la veracidad o falsedad de las siguietes afirmacioes: a) El úmero máximo de electroes co úmero cuático es 6. b) E el subivel p solo puede haber electroes. c) Si e los orbitales d se sitúa 6 electroes, o habrá iguo desapareado. a) Falso. El máximo úmero de electroes de cualquier ivel, es. Por tato, para, el úmero de electroes es 18 ( e el subivel s, 6 e el subivel p y 10 e el subivel d). b) Falso. El subivel p está compuesto por tres orbitales p (p x, p y y p z), e cada uo de los cuales puede haber electroes. Etoces, e total e el subivel p puede haber 6 electroes. c) Falso. Los orbitales d tiee los siguietes úmeros cuáticos magéticos posibles m l [, 1, 0, 1, ]. Existe, por tato, cico posibles orbitales d e los que podría etrar 5 electroes desapareados. El sexto electró que etra ha de aparearse e cualquiera de los cico orbitales. Queda, por tato, 4 electroes desapareados. Dados los siguietes grupos de valores de úmeros cuáticos, idica cuáles so posibles y cuáles o. a) (,,, 1) b) (4, 0, 1, 1) c) (,, 1, 1) d) (, 1, 0, 0) a) Sí es posible. b) No es posible. Al ser l 0, el úico valor posible para m l es 0. No puede ser m l 1. 1 Estructura atómica de la materia 11

13 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) No es posible. Al ser, los valores posibles para l so 0 y 1. No puede ser l. d) No es posible. El úmero cuático secudario l ha de teer u valor positivo. Además, el úmero cuático de espí para u electró es u úmero fraccioario, m s [1, 1], o puede ser cero. 17. Escribe el valor de los úmeros cuáticos, l y m l para los orbitales del subivel 5d. Idica, de forma razoada, el úmero máximo de electroes que puede ocupar el citado subivel. Para u orbital 5d: El úmero cuático pricipal, 5. omo se trata de u orbital tipo d, el úmero cuático secudario, l. Los valores posibles del úmero cuático magético so, m l [, 1, 0, 1, ]. ay 5 orbitales posibles e el subivel 5d. E cada uo de los orbitales puede alojarse dos electroes. Por eso, el úmero máximo de electroes que puede ocupar el subivel es 10. ATIVIDADES (págia 7) 18. a) Justifica, de los siguietes elemetos o ioes: F, Ar y Na, cuáles so isoelectróicos. b) Eucia el pricipio de Pauli y po u ejemplo. c) Eucia la regla de ud y po u ejemplo para su aplicació. a) osulta e la tabla periódica el úmero atómico de cada elemeto y, teiedo e cueta la carga ióica, halla el úmero de electroes: F (Z 9): 1s s p 5 Su carga eléctrica se debe a que tiee u electró más F (Z 9): 1s s p 6. Tiee 10 electroes e total. Ar (Z 18): 1s s p 6 s p 6 Tiee 18 electroes e total. Na (Z 11): 1s s p 6 s 1 Su carga eléctrica se debe a que tiee u electró meos Na (Z 11): 1s s p 6. Tiee 10 electroes e total. Por tato, el F y el Na so isoelectróicos. b) El pricipio de exclusió de Pauli establece que: «Dos electroes de u mismo átomo o puede teer los cuatro úmeros cuáticos iguales». Así, por ejemplo, si e cada uo de los cico orbitales d que existe o puede haber más de dos electroes, el total de electroes e los orbitales d será de 10. c) El pricipio de máxima multiplicidad de ud establece que: «Los electroes que etra e orbitales degeerados lo hace ocupado el mayor úmero posible de ellos, de tal forma que los electroes se coloque lo más desapareados posible, mietras pueda». Por ejemplo, e el caso del carboo, co Z 6, los electroes se situará de la siguiete forma: 1 1 1s s pxpy Así ocupa los dos orbitales p y está lo más desapareados posible. 19. Escribe las cofiguracioes electróicas e su estado fudametal de: itrógeo, argó, magesio, hierro, io hierro(ii) e io hierro(iii). Idica e idetifica los electroes desapareados que existe e cada uo de los átomos e ioes ateriores N( Z 7): 1s s p p p p. El itrógeo preseta tres electroes desapareados e los orbitales del subivel p. x y z 1 Estructura atómica de la materia 1

14 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 6 Ar( Z 8): 1s s p. El argó o preseta electroes desapareados. 6 Mg( Z 1): 1s s p s. El magesio o preseta electroes desapareados. Fe( Z 6): 1s s p s p 4s d d d d d d x y xz z yz xy orbitales del subivel d. Fe ( 6): 1s s p s p 4s d d d d d d Z x y xz z yz xy. El hierro preseta cuatro electroes desapareados e los. El catió hierro() ha perdido los dos electroes más exteros, e este caso los del subivel 4s, quedado la cofiguració electróica idicada. Al igual que e el caso del átomo eutro, tambié preseta cuatro electroes desapareados. Fe ( 6): 1s s p s p 4s d d d d d d Z x y xz z yz xy. El catió hierro() ha perdido los tres electroes más exteros quedado la cofiguració electróica idicada. E este caso habrá cico electroes desapareados, y los orbitales e el subivel d aparece semilleos, lo que le coferirá ua estabilidad adicioal. 0. a) Idica, justificado brevemete la respuesta, cuáles de las siguietes desigacioes de orbitales atómicos o so posibles: 9s 1p 4d 0s 1/s b) Idica, justificado brevemete la respuesta, cuáles de las siguietes cofiguracioes electróicas correspode a u elemeto e su estado fudametal: 1s s 1 s 1 1s s s 1s s p 5 s 1 1s s p 6 s p 6 d 4s a) Teiedo e cueta las combiacioes posibles de úmeros cuáticos, razoa e cada caso: El orbital 9s sí es posible. Se ecuetra e el ivel eergético ( 9) y perteece al subivel (l 0). El orbital 1 p es imposible. E el ivel eergético ( 1) o existe el subivel (l 1). Úicamete existe el subivel (l 0) al que le correspode la simbología 1s. El orbital 4d sí es posible. Se ecuetra e el ivel eergético ( 4) subivel (l ). El orbital 0s es imposible. No existe el ivel eergético ( 0). El orbital 1/s es imposible. Los úmeros cuáticos pricipales so úmeros aturales, el 1/ es fraccioario. b) La cofiguració electróica de u átomo es fudametal cuado los electroes se ubica e los orbitales de meor eergía. Así teemos que: La cofiguració electróica 1s s 1 es fudametal por teer situado los electroes e los iveles de meor eergía posible. Esta cofiguració s 1 o es la fudametal del átomo de hidrógeo, sio ua excitada e la que el úico electró e lugar de ocupar el ivel de meor eergía del átomo de hidrógeo, 1s 1, ha sido promocioado a este orbital s. La cofiguració 1s s s o es la cofiguració electróica fudametal, sio la excitada del átomo de carboo cuyos dos electroes del subivel p ha promocioado al orbital s. La cofiguració electróica 1s s p 5 s 1 o es la fudametal. Esta es la cofiguració electróica excitada e la que u electró que debía ocupar el subivel p ha sido promocioado al s. Esta estructura excitada perteece al gas oble eó. La cofiguració electróica 1s s p 6 s p 6 d 4s sí es fudametal por ecotrarse los electroes ocupado los orbitales de meor eergía. Esta estructura fudametal perteece al átomo de vaadio. 1. uál es el úmero máximo de electroes que puede haber e los orbitales d? Y e los 5p? Razoa la respuesta. El pricipio de exclusió de Pauli dice que: «Dos electroes de u mismo átomo o puede teer los cuatro úmeros cuáticos iguales». Por tato, e u mismo subivel, co u mismo valor de m l, o puede haber más de dos electroes y estos o puede teer el mismo valor e los cuatro úmeros cuáticos, difereciádose al meos e el valor de m s. 1 Estructura atómica de la materia 1

15 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Por tato, si e cada uo de los cico orbitales d que existe o puede haber más de dos electroes, el total de electroes e los orbitales d será como máximo 10. Para los tres orbitales 5p, el razoamieto es aálogo, por lo que el úmero máximo de electroes e estos orbitales será como máximo 6. ATIVIDADES FINALES (págia 4) Magitudes atómicas.. Determia el úmero de protoes, eutroes y electroes e el io 8 Ra. 88 Al leer el símbolo, idetificamos el úmero atómico, Z 88, que idica el úmero de protoes e el úcleo. El úmero másico, A 8, que idica el úmero total de partículas e el úcleo. La carga idica u catió. Al átomo eutro se le extrajero electroes. Número de protoes, p : Z 88. Número de electroes, e : Z q Número de eutroes, : N A Z Por tato, la especie preseta 88 protoes, 86 electroes y 140 eutroes. uál de las siguietes especies: Mg, r, o, l, S, Th y Sr a) tiee igual úmero de protoes que de eutroes? b) tiee igual úmero de eutroes y electroes? c) tiee u úmero de eutroes igual al úmero de protoes más la mitad del úmero de electroes? alla el úmero de protoes, eutroes y electroes de cada especie. Orgaiza los resultados e ua tabla: Especie Z Protoes Z Neutroes Z A Electroes Z q 4 1Mg r o l S Th Sr a) Al revisar la tabla, vemos que la especie que cumple este requisito es: 4 1 Mg. b) Tras observar la tabla, la especie que cumple este requisito es: 5 17 l. c) E este caso, tras hacer los cálculos apropiados, vemos que la especie que cumple este requisito es: 5 90 Th. 1 Estructura atómica de la materia 14

16 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO 4. El cromo tiee cuatro isótopos aturales. Sus masas y porcetajes de abudacia atural so: 49,9461 u, 4,5 %; 51,9405 u, 8,79 %; 5,9407 u, 9,50 % y 5,989 u,,6 %. alcula la masa atómica media poderada del cromo. Utiliza la fórmula de la media poderal y sustituye los datos: abudacia isótopo-1 (%) abudacia isótopo- (%) Masa atómica M(isótopo-1) M(isótopo-1) ,5 8,79 9,50,6 M(r) 49, ,9405 5,9407 5,989 51, La masa atómica del cromo es 51,9959 u. 5. osiderado los siguietes datos: Razoa si es verdadero o falso que los átomos I y II: a) So isótopos. b) Perteece al mismo elemeto. c) Tiee el mismo úmero atómico. Tras revisar las opcioes, o hay igua verdadera. Átomo Protoes Neutroes Electroes I II a) Falsa. So elemetos co distito úmero de protoes, o puede ser isótopos. No ocupa la misma posició e la tabla periódica. b) Falsa. Para perteecer al mismo elemeto debería teer el mismo úmero atómico y o es así. c) Falsa. El úmero atómico viee dado por el úmero de protoes Uo de los isótopos del hierro es 56 6Fe. E alguos compuestos, como la hemoglobia de la sagre, el hierro se ecuetra co estado de oxidació. alcula el úmero de protoes, electroes y eutroes de este isótopo e la hemoglobia. Al leer el símbolo, idetificamos el úmero atómico, Z 6, que idica el úmero de protoes e el úcleo. El úmero másico, A 56, que idica el úmero total de partículas e el úcleo. La carga idica u catió. Al átomo eutro se le extrajero electroes. Número de protoes, p : Z 6. Número de electroes, e : Z q 6 4. Número de eutroes, : N A Z Por tato, la especie preseta 6 protoes, 4 electroes y 0 eutroes. El silicio tiee u isótopo mayoritario, 8 Si (7,976 9 u) co ua abudacia del 9,1 %; y dos mioritarios, 9 Si (8, u) y 0 Si (9,97 76 u). uál es el porcetaje de abudacia atural de los dos isótopos mioritarios? Dato: M(Si) 8, u. Si cosideramos que el isótopo 9 Si tiee ua abudacia x; etoces el isótopo 0 Si tedrá ua abudacia: y 100 9,1 x 7,79 x 1 Estructura atómica de la materia 15

17 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Utiliza la fórmula de la media poderal y sustituye los datos: abudacia isótopo-1 (%) abudacia isótopo- (%) Masa atómica M(isótopo-1) M(isótopo-1) ,1 x y M(Si) 8, ,9769 8, , Resuelve el sistema de ecuacioes: x = 4,71 % y,08 % Por tato, la abudacia de los isótopos mioritarios es: 9 Si del 4,71 %. 0 Si del,08 % Idica justificado la respuesta, qué relació existe etre las especies químicas de cada ua de las parejas: a) 108 Rh y 108 Ag b) 76 Kr y 75 Kr c) 54 o y 54 o a) Distitos elemetos co el mismo úmero másico (so isóbaros). b) Mismo elemeto co distito úmero másico (so isótopos). c) Mismo elemeto y mismo úmero másico (isóbaros) co distita carga: so dos ioes distitos de u mismo elemeto. Idica razoadamete si so ciertas o falsas cada ua de las siguietes afirmacioes: a) Dos ioes de carga 1 de los isótopos y 4 del sodio (Z 11) tiee el mismo comportamieto químico. b) La masa atómica aproximada del cloro es 5,5, siedo este u valor promedio poderado etre las masas de los isótopos 5 y 7, de porcetajes de abudacia 75 y 5 %, respectivamete. c) Los isótopos 16 y 18 del oxígeo se diferecia e el úmero de electroes que posee. a) Verdadera. El comportamieto químico depede de la distribució de electroes e la capa más extera de la corteza. Dos isótopos ioizados co la misma carga y co el mismo úmero atómico tiee la misma distribució de electroes e la capa más extera. A pesar de teer diferete catidad de partículas e el úcleo y presetar ua reactividad química aáloga. b) Verdadera. El razoamieto se hace co el cálculo: 75 5 M(l) 5 7 5, c) Falsa. Al ser isótopos, se diferecia e el úmero de eutroes que posee, o e el úmero de electroes. Orígees de la teoría cuática 0. Ua operadora de telefoía móvil (sistema 4G) usa la frecuecia de 1800 Mz. Las frecuecias de la luz visible varía etre 4, 10 8 Mz (rojo) y 7, Mz (violeta). uátos fotoes del sistema 4G cotiee la misma eergía de u solo fotó de luz violeta? Pasa los datos de las frecuecias a uidades del SI: f violeta 4G f 6 10 z 1800 Mz 1 Mz 8 7,5 10 Mz 6 10 z 1 Mz ,810 z 1,8 10 s ,510 z 7,5 10 s Teiedo e cueta la expresió de la eergía de u cuato e fució de la frecuecia es E h f 1 Estructura atómica de la materia 16

18 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Siedo h 6,66 10 J s. alcula la eergía de u fotó del sistema 4G: Y la de u fotó de luz violeta: E 4 4G h f4g 6,6610 J s 1,810 s ,19 10 J E 4 violeta h fvioleta 6,66 10 J s 7,510 s ,97 10 J El úmero de fotoes del sistema 4G ecesarios para emitir la misma eergía que u fotó violeta es: N fotoes 4G E violeta E 4G 19 4,9710 J 4 1,1910 J 5 4,17 10 fotoes 4G 1. El espectro visible va de la logitud de oda 400 m hasta 700 m. La 1. a eergía de ioizació del litio es 5,40 ev. a) alcula la máxima eergía de la radiació visible. b) Razoa si esta radiació ioiza el litio o o. Datos: 1 J 1, ev; c 10 8 m s 1 ; h 6, J s. a) La radiació de mayor frecuecia será la de meor logitud de oda, 400 m, pues so magitudes e relació iversa. alcula su eergía co la ecuació de Plack: c E h f h Sustituye los valores y opera: E m 6,6610 J s 10 8 m s m 19 4,9710 J b) Primero expresa el valor de la eergía de ioizació e julios y compárala co el valor de la eergía de la luz de 400 m: E ioizació 19 1,610 J 5,40 ev 1 ev 19 8,64 10 J omo la eergía de los fotoes de 400 m es meor que la eergía de ioizació del litio, E400 m Eioizació, esta luz o es capaz de arracar u electró al litio. Orígees de la teoría cuática. Utiliza los postulados de Bohr e la descripció del átomo de hidrógeo para determiar: a) El radio de la sexta órbita de Bohr para el hidrógeo. b) La eergía del electró cuado está e esa órbita. Datos: a 5, m; A, J. a) E la sexta órbita, 6. Aplica la ecuació: r a 6 5, m 1, m b) Utiliza la expresió: 18 A,17 10 J 0 E 6,010 J 6 1 Estructura atómica de la materia 17

19 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES FINALES (págia 5). Qué valor de e la ecuació de Rydberg correspode a la líea de la serie de Balmer a 89 m? Segú la ecuació de Rydberg: R 1 Despeja de la ecuació la icógita pedida. La serie de Balmer es aquella e la que los electroes decae al estado 1. Sustituye los valores y opera: R 1,09710 m 8910 m 7 1 R 1 1,09710 m m 7, La serie de Lyma del espectro del hidrógeo puede represetarse por la ecuació: 1 1 f (dode,,...) 1 a) alcula las líeas de esta serie de logitudes de oda máxima y míima, e aómetros. b) uál es el valor de que correspode a la líea espectral a 95,0 m? c) ay algua líea a 108,5 m? Dato: 15,88 10 z. a) La logitud de oda máxima correspode al salto de meor eergía; es decir, del ivel 1 al ivel. La frecuecia de esta radiació es: 1 1 f,88 10 s, s 1 La logitud de oda correspodiete a esta frecuecia es: c f 10 m s , s 7 1,1610 m 11,6 m La logitud de oda míima correspoderá al salto de mayor eergía; es decir, del ivel 1 al ifiito. La frecuecia de esta radiació es: 1 1 f lím,88 10 s,88 10 s 1 La logitud de oda correspodiete a esta frecuecia es: c f 10 m s ,88 10 s 8 9,14 10 m 91,4 m b) alcula la frecuecia correspodiete a esta logitud de oda: f c 8 10 m s ,010 m 15 1, s Aplica la ecuació de Rydberg para la serie de Lyma y despeja. Sustituye los valores y opera: ,88 10 s f f,88, s 5,0 5 1 Estructura atómica de la materia 18

20 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Procede de la misma forma que e el apartado b): f c 8 10 m s ,510 m 15 1, s Sustituye este valor e la expresió aterior para calcular el valor de. Sustituye los valores y opera: ,88 10 s f f,88, s,507 Al o obteer u úmero etero podemos cocluir que o habrá igua líea a 108,5 m. 5. Si hacer cálculos detallados, idica cuál de las siguietes trasicioes electróicas requiere que u átomo de hidrógeo absorba mayor catidad de eergía: a) Desde 1 a c) Desde a 6 b) Desde a 5 d) Desde 9 a E el supuesto d) al pasar de u ivel de mayor eergía a otro de meor eergía se producirá ua emisió y o ua absorció. Para el resto de supuestos tedremos e cueta que: 1 1 E cte. 1 Por tato, el valor de la eergía depede del valor de la diferecia etre las fraccioes. az el cálculo para cada uo de los casos propuestos de absorció de eergía. a) 1 a : b) a 5: c) a 6: , , , Vemos que la trasició que ecesitará mayor eergía es la primera, desde 1 a : 0,75 0,1 0,08 6. Determia para el átomo de hidrógeo de Bohr: a) El radio de la órbita. b) Si existe ua órbita co u radio de 4,00 Å. (1 Å m). c) La eergía del ivel correspodiete a 5. d) Si existe u ivel de eergía de 5, J. Datos: a 5, m; A, J. a) Aplica la ecuació: r a 5, m 4, m 1 Estructura atómica de la materia 19

21 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) Utiliza la misma ecuació y despeja : 10 r 4,00 10 m,75 11 a 5, 10 m omo el valor de o es u úmero etero, o existe ua órbita co ese radio. c) Aplica la ecuació: 18 A,17 10 J 0 E 8,6810 J 5 A d) Aplica la ecuació E y despeja : 18 A,17 10 J 0,09 17 E 5,00 10 J omo el valor de o es u úmero etero, o existe ua órbita co ese ivel de eergía. 7. Sabiedo que la eergía que posee el electró de u átomo de hidrógeo e su estado fudametal es 1,65 ev, calcula: a) La frecuecia de la radiació ecesaria para ioizar el átomo de hidrógeo. b) La logitud de oda e m y la frecuecia de la radiació emitida cuado el electró pasa del ivel 4 al. Datos: h 6, J s; e 1, ; c 10 8 m s 1. E primer lugar expresa la eergía del electró de hidrógeo e julios: E0 1,65 ev 19 1,610 J 1 ev 18,18 10 J a) Para ioizar el átomo de hidrógeo hay que alejar el electró del úcleo. ay que icorporar eergía al sistema hasta que se aule, E E ioizació 0,18 10 J,18 10 J Utiliza la ecuació de Plack, despeja la frecuecia y sustituye los datos: E E h f f h b) Utiliza la expresió de Rydberg: 18,1810 J 4 6,6610 J s 15 1,910 s 15,910 z R 1 Sustituye y opera: ,09710 m, m 4,86 10 m 486 m 6 1 4, m alla la frecuecia correspodiete a la logitud de oda: f c m 7 4, sm 14 6,17 10 z 1 Estructura atómica de la materia 0

22 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Mecáica cuática 8. Si el trabajo de extracció de la superficie de u metal es E 0,07 ev: a) E qué rago de logitudes de oda del espectro visible puede utilizarse este material e células fotoeléctricas? Las logitudes de oda de la luz visible está compredidas etre 80 m y 775 m. b) alcula la velocidad de extracció de los electroes emitidos para ua logitud de oda de 400 m. Datos: h 6, J s; 1 ev 1, J; c 10 8 m s 1 ; m e 9, kg. a) Primero expresa el valor de la eergía umbral e julios. E0,07 ev 19 1,610 J 1 ev 19,1 10 J Para que puedas extraer electroes de este material ecesitas que la eergía de los fotoes que icide sobre él sea mayor que la eergía umbral: Despeja la logitud de oda y sustituye: hc E E E fotó 0 0 hc E 0 4 6,6610 J s 10 19,110 J 600 m 8 m s 7 6,0010 m Detro del espectro visible arracará electroes las radiacioes compredidas etre: 80 < < 600 m. b) Aplica las ecuacioes del efecto fotoeléctrico y despeja la velocidad: 1 hc hc 1 hc 1 1 h f h f0 mv mv v 0 m 0 Sustituye los datos coocidos y opera: v 4 6,6610 J s 10 8 m s 1 1 m ,1110 kg m m s v 6, 0 10 m s U haz de luz moocromática, de logitud de oda 450 m, icide sobre u metal cuya logitud de oda umbral, para el efecto fotoeléctrico, es de 61 m. Determia: a) La eergía de extracció de los electroes del metal. b) La eergía ciética máxima de los electroes que se arraca del metal. Datos: h 6, J s; c 10 8 m s 1. a) Utiliza la ecuació de Plack para ecotrar la eergía de extracció. Sustituye y opera: E h f h c 4 extracció 6,6610 J s 10 s m 8 m 19,510 J b) Utiliza las fórmulas del efecto fotoeléctrico: h c h c h f h f E E E E E 0 c extracció c c extracció 1 Estructura atómica de la materia 1

23 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sustituye los datos y opera: E c 4 6,6610 Js m 8 m s 19, J 1,1710 J 40. La frecuecia míima que ha de teer la luz para extraer electroes de u cierto metal es de 8, z. a) alla la eergía ciética máxima de los electroes que emite el metal cuado se ilumia co luz moocromática de 1, z y exprésala e ev. b) uál es la logitud de oda de De Broglie asociada a esos electroes? Datos: h 6, J s; 1 ev 1, J; e 1, ; m e 9, kg. a) Utiliza las ecuacioes del efecto fotoeléctrico y sustituye los datos: h f h f E E h f f 0 c c ,66 10 J s 19 1, 0,85 10 z, J Expresa la eergía ciética e ev: E 19, J 1 ev 19 1,610 J 1,86 ev La eergía ciética máxima de los electroes que emite el metal cuado se ilumia co luz moocromática es 1,86 ev. b) Para calcular la logitud de oda asociada utiliza la expresió de De Broglie: h mv oocidos los valores de masa del electró y la costate de Plack, despeja la velocidad de la expresió de la eergía ciética: 1 E Ec mv v m c Sustituye e la expresió de De Broglie, ordeala, sustituye los valores coocidos y opera: 4 h h h 6,66 10 J s m v 19 1 Ec Ec m, J 9,11 10 kg m m 10 9, 0 10 m 41. alcula la logitud de oda asociada a ua pelota de golf de 50 g de masa que se desplaza co ua velocidad de 500 km/h. Dato: h 6, J s. Expresa la velocidad e uidades del SI: v 500 km h 10 m 1h 1 km 600s 18,8 m s 1 Aplica la ecuació de De Broglie: 4 h 6,66 10 J s 1 m v 0, 050kg 18, 8m s 5 9,5 10 m 1 Estructura atómica de la materia

24 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO ATIVIDADES FINALES (págia 6) 4. Qué velocidad ha de teer u electró para que su logitud de oda de De Broglie sea 00 veces mayor a la correspodiete a u eutró co eergía ciética igual a 6 ev? Datos: h 6, J s; 1 ev 1, J; c 10 8 m s 1 ; e 1, ; m e 9, kg; m 1, kg. Primero expresa el valor de la eergía ciética e julios, uidades del sistema iteracioal. 19 1,610 J E 6 ev 1 ev 19 9,6 10 J De la expresió de la eergía ciética despeja la expresió de la velocidad del eutró: 1 E E m v v m La logitud de oda asociada al electró es 00 veces la logitud de oda asociada del eutró: 00 Utiliza la expresió de De Broglie para sustituir la logitud de oda asociada y ordea la expresió para despejar la velocidad pedida: e e h m v e 00 h m v v m v m e 00 e Sustituye la expresió de la velocidad del eutró despejada de la expresió de la eergía ciética y ordea la expresió resultate: v e E m m Em 00m 00m e e Sustituye los valores coocidos y opera: v ,610 J1,6710 kg e 1 009,1110 kg,1110 m s 5 1 E la colecció de datos ofrecidos hay iformació de sobra. Mecáica odulatoria. Números cuáticos 4. Idica razoadamete cuál de las siguietes combiacioes de úmeros cuáticos so correctas y, e su caso, el ombre del orbital que represeta los valores de y l, así como el úmero máximo de electroes que puede alojar los orbitales del subivel. a), l 0, m l 1, m s 1 b), l, m l 1, m s 1 c), l 1, m l 1, m s 1 d) 1, l 1, m l 0, m s 1 e) 4, l, m l, m s 1 a) Esta combiació de úmeros cuáticos es icorrecta. Si l 0, m l uca puede tomar el valor 1, sio el valor 0. b) Esta combiació de úmeros cuáticos es correcta, dado que los valores asigados está detro de los permitidos para cada úmero cuático. Segú los valores de y l, represeta a los 5 orbitales d. omo e cada orbital cabe como máximo electroes, el úmero total de electroes que puede alojar estos orbitales es Estructura atómica de la materia

25 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Esta combiació de úmeros cuáticos es correcta. Los valores asigados etra detro de los permitidos. Los valores de y l idica que represeta a los orbitales p. Es 6 el úmero total de electroes que cabe e ellos. d) Esta combiació de úmeros cuáticos es icorrecta, ya que l uca puede tomar u valor egativo. e) Esta combiació de úmeros cuáticos es correcta, por ecotrarse los valores asigados detro de los permitidos. De los valores de y l se deduce que represeta a los 7 orbitales 4f. E ellos cabe u total de 14 electroes. 44. Escribe las combiacioes de úmeros cuáticos correspodietes a los 6 electroes del subivel p. A u subivel p le correspode los úmeros cuáticos y l 1. omo los valores que puede tomar m l so [1, 0, 1], teemos las siguietes combiacioes posibles: (, 1, 1, 1) (, 1, 0, 1) (, 1, 1, 1) (, 1, 1, 1) (, 1, 0, 1) (, 1, 1, 1) ofiguració electróica 45. Aplica el pricipio de Pauli y la regla de ud e la descripció de las cofiguracioes electróicas e estado fudametal del itrógeo (Z 7) y del cobre (Z 9). Escribe la cofiguració electróica de cada uo de los elemetos ateriores teiedo e cueta los pricipios mecioados: N( Z 7):1s s p p p x y z u(z 9):1s s p s p 4s d osiderado las cofiguracioes electróicas de los átomos: A (1s s p 6 s 1 ) y B (1s s p 6 6p 1 ). Razoa si las siguietes afirmacioes so verdaderas o falsas: a) A y B represeta elemetos distitos. b) Se ecesita eergía para pasar de A a B. c) Se requiere ua meor eergía para arracar u electró de B que de A. a) Falsa. Represeta el mismo elemeto (el sodio), la primera e su estado fudametal y la seguda u estado excitado. b) Verdadera. Para promocioar electroes de u ivel eergético iferior a otro ivel eergético superior hay que aportar ua eergía igual a la diferecia eergética que hay etre ambos iveles. c) Verdadera. El electró más extero de la cofiguració excitada está más alejado del úcleo y, por tato, mucho meos atraído. Esto hace que se ecesite meos eergía para arracarlo e este estado que e la cofiguració fudametal. Dado el elemeto Z 19. a) Escribe su cofiguració electróica e estado fudametal. b) uáles so los valores posibles que puede tomar los úmeros cuáticos de su electró más extero e estado fudametal? c) Escribe ua cofiguració electróica del elemeto e estado excitado. a) Escribe la cofiguració electróica del elemeto e su estado fudametal: X( Z 19): 1s s p s p 4s b) El ivel más extero es el subivel 4s. A este le correspode los úmeros cuáticos 4 y l 0. omo m l solo puede tomar el valor 0, uicamete hay las siguietes combiacioes e su estado fudametal: (4, 0, 0, 1) (4, 0, 0, 1) 1 Estructura atómica de la materia 4

26 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO c) Escribe la cofiguració electróica del elemeto e su estado excitado: XZ ( 19): 1s s p s p d El electró que ocupaba el orbital 4s promocioa a u orbital d. Partículas subatómicas. El uiverso primigeio 48. otesta, razoadamete, si las siguietes afirmacioes so verdaderas o falsas: a) El fotó iterviee e las iteraccioes débiles etre quarks. b) Los gluoes permite la uió etre ucleoes y electroes. c) Los fermioes posee masa. d) Los eutroes está formados por u quark arriba y dos quarks abajo. a) Falsa. El fotó es la partícula mediadora e la iteracció electromagética. Las iteraccioes débiles etre quarks tiee lugar gracias a los bosoes. b) Falsa. Los gluoes solo iterviee etre quarks. c) Verdadera. Las partículas co catidad de materia so los fermioes. d) Verdadera. El eutró es u barió (formado por tres quarks). El eutró forma la materia ordiaria, así que debe participar los quarks arriba o abajo. Los tres quarks que se reúe para formarlo debe aular sus cargas etre sí. La combiació de 1 arriba () y dos abajo (1). 49. Busca iformació sobre la Orgaizació Europea para la Ivestigació Nuclear (ERN) y sobre los experimetos que se desarrolla e ella e la actualidad e relació co las partículas subatómicas. Respuesta abierta dode se debe destacar la importacia de las cofirmacioes experimetales que se ha dado al modelo estádar. Tambié debe hacerse meció a los últimos descubrimietos alrededor del bosó de iggs. 50. Establece ua líea del tiempo dode figure los hechos más relevates desde el istate iicial del big bag hasta la formació del sistema solar (hace milloes de años). Uiverso iicial. Quarks ligados formado hadroes (protoes y eutroes). Recombiació. Los electroes queda ligados a los úcleos formado átomos. Formació de las primeras galaxias y estrellas. Formació de sistemas plaetarios. Quarks y leptoes libres etre sí. Nucleosítesis. Protoes y eutroes se reúe e úcleos atómicos. Por atracció gravitatoria los átomos de hidrógeo y helio se reúe para formar las primeras ubes de gas. E las estrellas los átomos ligeros se fusioa para formar átomos más pesados. FÍSIA EN TU VIDA (págia 8) Qué propiedad diferecia a los rayos X de otras radiacioes electromagéticas? Los rayos X so ivisibles para el ojo humao y posee gra ivel de eergía. Esto hace que atraviese obstáculos co facilidad, propiedad que los diferecia de otras radiacioes electromagéticas. ómo se geera los rayos X? ompara la formació de rayos X co el efecto fotoeléctrico. Los rayos X se produce e tubos co filametos o tubos co gas. Se geera ua corriete de alto voltaje que se hace pasar por u filameto e el iterior de u tubo de cristal e el que se ha hecho el vacío. Los electroes que forma esta corriete so partículas co carga egativa, y se siete atraídos a gra velocidad hacia el polo positivo del geerador. Ates de llegar a él choca co ua pieza metálica y los átomos del metal icorpora estos electroes a su corteza. 1 Estructura atómica de la materia 5

27 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Por tato, existe trasicioes electróicas etre los electroes de la corriete y los electroes del metal que hace que se libere radiació electromagética. E el efecto fotoeléctrico la radiació electromagética proporcioa eergía ciética para que los electroes salte del metal. Mietras que e la formació de los rayos X la eergía ciética de los electroes provoca la emisió de radiació electromagética. Ivestiga y di por qué es prudete realizar pocas radiografías a iños o mujeres embarazadas. La exposició a rayos X e iños y mujeres embarazadas puede resultar perjudicial, puesto que los órgaos de los iños y de los fetos está e crecimieto y desarrollo, y los rayos X podría alterar el ADN y provocar mutacioes e las células. Además, a largo plazo podría provocar cácer. Por qué los radiólogos o los detistas se aleja de la máquia que geera los rayos X durate la descarga de rayos? Los radiólogos y detistas se aleja de la máquia de rayos X para separarse de la fuete. Estos grupos profesioales está expuestos co más frecuecia a los emisores de este tipo de radiació. A mayor distacia e icluso iterpoiedo barreras se reduce la probabilidad de que sufra algú tipo de alteració e su salud. 1 Estructura atómica de la materia 6

28 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sistema periódico Sistema periódico 7

29 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sistema periódico 8

30 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO Sistema periódico PARA OMENZAR (págia 9) Escoge alguo de los elemetos e la tabla periódica e ivestiga el orige de su ombre. El platio (Pt) es blaquecio y de aspecto muy parecido a la plata. uado e 1748 el español Atoio de Ulloa lo descubrió e ua expedició por Sudamérica lo llamó «platia», que quiere decir «parecido a la plata». Otros ejemplos so: Vaadio (V): e hoor a Vaadis, diosa escadiava de la belleza. ircoio (Zr): porque proviee pricipalmete del mieral semiprecioso circó. romo (r): debido a que sus compuestos so de colores vivos, se le puso este ombre usado el vocablo griego (jhromos), que sigifica color. afio (f): del latí afia, que es como los atiguos romaos llamaba a la ciudad de opehage (Diamarca). Podemos ecotrar más iformació sobre la procedecia del ombre de los elemetos químicos e estos elaces: ay elemetos coocidos desde la atigüedad y otros, la mayoría, descubiertos e los siglos XIX y XX. Ivestiga y ordea los elemetos por fecha de descubrimieto. E el siguiete elace ecotramos ua tabla co los elemetos químicos ordeados por la fecha de descubrimieto, desde la prehistoria hasta la actualidad: Podemos observar que etre los primeros elemetos descubiertos está el carboo (), el azufre (S) o el hierro (Fe). Y los últimos so el uupetio (Uup), el uuseptio (Uus) y el uuoctio (UUo). E total se cooce hoy e día 118 elemetos químicos. PRATIA (págia 40) 1. osidera los elemetos Be, O, d y Ar. a) Escribe las cofiguracioes electróicas de los átomos ateriores. b) uátos electroes desapareados preseta cada uo de esos átomos? c) Escribe las cofiguracioes electróicas de los ioes más estables que pueda formar. a) Escribe la cofiguració electróica de cada átomo: Be( Z 4): O( Z 8): d( Z 48): Ar( Z 18): 1s s. 4 1s s p. 10 [Kr] 4d 5s. 6 [Ne] s p. b) A partir de las cofiguracioes electróicas ateriores, determia el úmero de electroes desapareados que preseta cada uo de los átomos: Be: 0, está todos apareados e orbitales tipo s. Sistema periódico 9

31 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO O: e su cofiguració electróica del subivel meos eergético ecotramos la distribució ay electroes desapareados. d: co todos los subiveles más exteros completos hay 0 electroes desapareados. Ar: co todos los subiveles más exteros completos hay 0 electroes desapareados. c) Las cofiguracioes electróicas de los ioes más estables a los que puede dar lugar so las siguietes: 1 1 pxpy p z. Be( Z 4): 1s s. Puede perder los dos electroes más exteros, así cosigue cofiguració electróica de gas oble. Quedaría Be ( Z 4): 1s. 4 O( Z 8): 1s s p. Puede gaar dos electroes que se aloja e el subivel más extero, así cosigue 6 cofiguració electróica de gas oble. Quedaría O ( Z 8): 1s s p. 10 d( Z 48): [Kr] 4d 5s. Puede perder los dos electroes más exteros, así cosigue cofiguració 10 electróica de gas oble. Quedaría d ( Z 48): [Kr] 4d. 6 Ar( Z 18): [Ne] s p. Es u gas oble, co la capa más extera ya estable o toma i gaa electroes, o forma ioes. ATIVIDAD (págia 44). ometa brevemete la orgaizació del sistema periódico actual. El sistema periódico actual está formado por 7 filas o periodos y 18 columas o grupos. E total, recoge 118 elemetos químicos. A la izquierda ecotramos los metales, y a la derecha los o metales, separados por ua serie de elemetos «frotera», que so los metaloides o semimetales. El grupo 18, situado más a la derecha, correspode co los gases obles. ATIVIDADES (págia 46). 4. A qué grupo perteece el elemeto X cuya especie X tiee 8 electroes e el ivel de valecia? Al poseer 8 electroes e su capa de valecia cuado se ecuetra co dos cargas egativas, os idica que e estado eutro preseta 6 electroes e dicha capa, lo cual se correspode co los elemetos del grupo 16 (O, S, Se, Te, Po). La cofiguració electróica del io X es [Ne] s p 6. a) uál es el úmero atómico y el símbolo de X? b) A qué grupo y periodo perteece ese elemeto? c) Razoa si este io posee electroes desapareados. a) El io preseta 18 electroes; al teer tres cargas egativas el io habrá captado tres electroes, luego e su estado eutro tiee 15 electroes. Su úmero atómico es Z 15. Este úmero atómico se correspode co el fósforo (P). b) E su estado eutro, el elemeto preseta 5 electroes e su capa de valecia y e el ivel. La cofiguració electróica de la corteza del elemeto eutro es 1s s p 6 s p. Por tato, perteece al grupo 15 y al periodo. c) Vista la cofiguració expuesta e el euciado, la distribució detallada de los electroes e cada orbital es: 1s s pxpy pz s pxpy pz Vemos que el io X o tiee electroes desapareados. 5. Dado el elemeto Z 19. a) Escribe la cofiguració electróica e estado fudametal. Sistema periódico 0

32 Química.⁰ Bachillerato. SOLUIONARIO b) uáles so los valores posibles que puede tomar los úmeros cuáticos de su electró más extero e estado fudametal? c) Idica a qué grupo y periodo perteece. a) Escribimos la cofiguració electróica del elemeto e su estado fudametal: XZ ( 19): 1s s p s p 4s :[Ar] 4s b) A u subivel 4s le correspode los úmeros cuáticos 4 y l 0. omo m l solo puede tomar el valor 0, teemos las siguietes combiacioes posibles e su estado fudametal: (4, 0, 0, 1) (4, 0, 0, 1) Este resultado o expresa que haya dos electroes co estos úmeros cuáticos. Expresa que hay u electró solo, y estas combiacioes de úmeros cuáticos so las dos posibilidades para ese electró. c) Al ser el último ivel de lleado el ivel 4, se trata de u elemeto del periodo 4. Su cofiguració del ivel de valecia es 4s 1, luego se trata de u elemeto del grupo 1. ATIVIDADES (págia 48) 6. alcula la carga uclear efectiva sobre el electró más extero de 1Al y 14Si. E primer lugar calcula la cofiguració electróica del alumiio, Al: 1s s p 6 s p 1. Los electroes del kerel so: 1s s p 6 ; e total, 10 electroes. Su apatallamieto es: Los dos electroes del subivel s ejerce u apatallamieto meor que 1, que o podemos cuatificar. Usaremos para el valor de este apatallamieto el símbolo a s. Su apatallamieto es: as as. La carga uclear efectiva sobre el electró más extero del alumiio obedece a la expresió es: Z* Z a 1 10 a s a s A cotiuació calcula la cofiguració electróica del silicio, Si: 1s s p 6 s p. Los electroes del kerel so: 1s s p 6 ; e total, 10 electroes. Su apatallamieto es: Los dos electroes del subivel s ejerce u apatallamieto meor que 1, que o podemos cuatificar. Usaremos para el valor de este apatallamieto el símbolo a. s Su apatallamieto es: as as. El úico electró del subivel p que ejerce u apatallamieto (sobre el último electró) meor que 1, que o podemos cuatificar. Usaremos para el valor de este apatallamieto el símbolo a p. Su apatallamieto es: 1 ap ap. La carga uclear efectiva será: Z* Z a a a s p 4as ap 7. Estudia cómo variará la carga uclear efectiva de: Na y S; y S; Ge y Br. Na y S so ambos elemetos del tercer periodo. Detro de u mismo periodo, el kerel es el mismo. Tiee e comú el apatallamieto del kerel. Al avazar e el periodo se va añadiedo u electró más, cada uo de ellos co u apatallamieto meor que 1. El efecto fial será u aumeto progresivo de la carga uclear efectiva sobre el electró más extero al moveros hacia la derecha del periodo. Z*(S) Z *(Na) y S so elemetos del grupo 14. Detro de u mismo grupo, como la cofiguració electróica de la capa de valecia es la misma, aumetará e la misma medida Z y el apatallamieto, de tal maera que la carga uclear efectiva o variará. Z*() Z *(S) Br y Ge so elemetos del cuarto periodo. La carga uclear efectiva aumeta hacia la izquierda del periodo. Sistema periódico 1

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