EXAMEN I DE QUÍMICA de 2º Bto. A 1ª Evaluación Viernes,

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1 IES MARIANO BAQUERO MURCIA Dpto. de Física y Química EXAMEN I DE QUÍMICA de 2º Bto. A 1ª Evaluación Viernes, NOMBRE: NOTA: 1.- (2,00 puntos) a) El electrón de un átomo de hidrógeno, que se encuentra en su nivel fundamental, absorbe un fotón. En qué se invierte esa energía? Supón que el electrón se encuentra ahora en el tercer nivel de energía, de cuántas formas diferentes puede volver a caer al estado fundamental? En qué zona del espectro se encontrarían los fotones emitidos al caer según cada una de ellas? b) Es posible que el electrón del átomo de hidrógeno en su estado fundamental absorba un fotón de 1, m de longitud de onda? Razona la respuesta. Dato: h = 6, J s;b=13,6 ev;1 ev = 1, J. 2.- (2,00 puntos) Dados los elementos A, B y C, de números atómicos 17 y 28 y 38, respectivamente, se pide para cada uno de ellos: a) Sus configuraciones electrónicas normal y en notación simplificada. b) Una posible combinación de números cuánticos para su electrón diferenciador. c) La clase de elemento que es: representativo, de transición o de transición interna. Razona qué elementos son. 3.- (2,00 puntos) Dados los elementos F, Na, Cs y Ne, justifica cuál de ellos tiene: a) mayor radio atómico. b) mayor afinidad electrónica. 4.- (2,00 puntos) a) Asigna razonadamente los siguientes valores de electronegatividad, según la escala de Pauling: 0, 7; 1, 8; 2, 5 y 3, 5 a los elementos O, C, Fe y Cs. b) Las sucesivas energías de ionización para el Be, Z = 4, expresadas en kj/mol son: 899, 1757, y Escribe las ecuaciones químicas que representan los sucesivos procesos de ionización y justifica el salto energético tan brusco al pasar de la segunda a la tercera energía de ionización. 5.- (2,00 puntos) a) Enuncia los postulados de Bohr. b) Define electronegatividad. c) Calcula la longitud de onda de un electrón que se mueve a 100 m/s, sabiendo que su masa vale 9, kg. d) Razona la veracidad o falsedad de las siguientes proposiciones: I. Los isótopos 23 y 24 del sodio tienen propiedades químicas parecidas. II. II. Las especies F y F tienen propiedades químicas parecidas. El isótopo 24 del sodio tiene mayor número másico que el isótopo 23, luego su radio atómico también será mayor. Dato: h = 6, J s.

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3 Página 1 Soluciones del examen I de Química de 2º Bto. A 1ª eval.viernes, TRANSICIONES ELECTRÓNICAS EN EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO: a) En este apartado sabemos que: El electrón del átomo de hidrógeno se encuentra en el nivel fundamental (estado fundamental), esto es, se halla inicialmente en el primer nivel del átomo, n = 1. Por otro lado sabemos que absorbe un fotón, lo que quiere decir que la energía del fotón absorbido es la justa para que el electrón pase a un nivel superior - si esta energía no le llevara justo a un nivel de energía, el electrón no podría absorber el fotón-. La energía que absorbe le permite subir a un nivel de energía superior. E fotón n =? n = 1 Figura 1: Un electrón en el nivel fundamental del átomo de hidrógeno absorbe un fotón y sufre una transición a un nivel de energía superior. Si el electrón se encontrara en el tercer nivel del átomo, podría volver a caer al fundamental por dos vías diferentes: Podría caer directamente desde el tercer nivel al primero. De esta manera la energía perdida por el electrón se emitiría en forma de un fotón correspondiente a la zona ultravioleta del espectro (n = 3 n = 1), como se puede observar en la figura 2. Por otro lado podría caer pasando primero al segundo nivel, emitiendo un fotón visible (n = 3 n = 2) y después cayendo al primer nivel emitiendo un fotón ultravioleta (n = 2 n = 1). Nótese que por este camino emitiría dos fotones (ver figura 3). E E n = 3 n = 2 fotón visible n = 3 n = 2 fotón uv fotón uv n = 1 n = 1 Figura 2: Electrón que cae directamente desde el tercero al primer nivel, emitiendo un fotón ultravioleta. Figura 3: Electrón que cae en dos etapas. En la primera emite un fotón visible y en la última otro ultravioleta. Observación: Nótese que la energía de un electrón en un átomo de hidrógeno (o hidrogenoide), sólo depende del número cuántico principal. De esta manera, tanto el subnivel 3s y el 3p del tercer nivel (tanto en el modelo de Bohr-Sommerfeld, como en el mecanocuántico) tienen la misma energía en ausencia de campos magnéticos y, así, sólo debemos tener en cuenta el número cuántico principal. b) El electrón del átomo de hidrógeno en su estado fundamental, n = 1, podrá absorber un fotón de 1,533 m de longitud de onda, siempre que la energía del fotón sea justamente la necesaria para llevar al electrón a un nivel de energía superior Si el fotón llevara más o menos energía de la cuenta, el electrón no podría absorber el fotón (recuérdese que el fotón es indivisible, se absorbe toda su energía o no se absorbe ninguna. Como nos dan como dato la constante que nos da la energía de un nivel de energía n del átomo de hidrógeno, utilizaremos esta expresión: La energía que lleva un fotón de longitud de onda λ es: E n = b n 2 E fotón = hν = h c λ = 6, , = 1, J = 1, J Como el electrón en el estado fundamental tiene una energía positiva: E 1 = b n 2 = 13, = 13,6 ev 1 ev 1, J = 81 ev

4 Página 2 Soluciones del examen I de Química de 2º Bto. A 1ª eval.viernes, La energía del fotón se emplea en incrementar la energía del electrón desde la correspendiente al nivel 1 hasta la de un nivel desconocido n: E fotón = E = E n E 1 Despejamos E n : y sustituimos: E n = E fotón + E 1 E n = 81 + ( 13, 6) = 67,4 ev La energía del electrón sería no negativa E 0, lo que significa que el electrón se habría escapado del átomo y éste se habría ionizado (hemos superado la energía de ionización del elemento que es de 13,6 ev) y se convierte en un catión hidrógeno, H +. Ahora bien, la energía del electrón está cuantizada (no puede tener cualquier valor) en el átomo y su valor deberá corresponder a uno de los infinitos valores posibles En = b/n 2, pero cuando el electrón está libre puede tener cualquier energía. Así que no hay ningún impedimento y el electrón absorbe el fotón para escaparse del átomo. E (ev) 0 fotón de rayos X 13,6 n = 1 Figura 4: Los valores de energía permitidos para un electrón están limitados en el interior del átomo (valores de energía negativos). Cuando la energía del electrón es cero (línea roja) o positiva, el electrón ya se ha escapado del átomo y no tiene ninguna limitación, pudiendo absorber cualquier fotón que le haga tener una energía E 0. El electrón sí puede absorber al fotón porque la energía que ganaría sería suficiente para arrancarlo del átomo.

5 Página 3 Soluciones del examen I de Química de 2º Bto. A 1ª eval.viernes, CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y SISTEMA PERIÓDICO: a) Las configuraciones electrónicas de los elementos, A, B y C las calcularemos a partir del número atómico de la siguiente manera: El número atómico de un elemento es el número de protones que tiene y, como A, B y C son neutros, tendrán el mismo número de electrones. Este número de electrones es el que tenemos que distribuir en la corteza atómica. A Z = 17 p + = 17 neutro e = 17. Configuración electrónica normal y abreviada: [A] = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 = [N e] 3s 2 3p 5 B Z = 28 p + = 28 neutro e = 28. Configuración electrónica normal y abreviada: [B] = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 = [Ar] 4s 2 3d 8 C Z = 38 p + = 38 neutro e = 38. Configuración electrónica normal y abreviada: [C] = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 = [K r] 5s 2 b) Cuando se construye la configuración electrónica de un elemento mediante el método de auf bau, se parte de del elemento anterior, añadiéndole un protón al núcleo y un electrón a la corteza. Este último electrón se denomina electrón diferenciador. El electrón diferenciador en el caso del elemento A es el último que se ha añadido al subnivel 3p. Se puede localizar aplicando el principio de máxima multiplicidad de Hund. A continuación lo representamos de color rojo. Una posible combinación de números cuánticos puede ser: (3, 1, 0, 1/2) 3p En el caso de B, una posible combinación de números cuánticos para su electrón diferenciador puede ser (3, 2, 0, 1/2). A continuación lo representamos de color rojo. 3d Para C, una posible combinación de números cuánticos para su electrón diferenciador puede ser (5, 0, 0, 1/2). A continuación lo representamos de color rojo. 5s c) A es un elemento representativo porque su configuración electrónica termina en un subnivel p. Como tiene siete electrones de valencia, está en el grupo 17 (halógenos) y como su nivel de valencia es el tercero, se halla en el tercer periodo del Sistema Periódico. Se trata del segundo elemento de su grupo: cloro, Cl. B es un elemento de transición porque su configuración electrónica termina en un subnivel d. Al tener una configuración s 2 d 8, se encuentra en la décima columna y como el nivel de valencia es 4, por estar desplazado tres filas hacia abajo se trata del primer elemento de la columna 10: níquel, Ni. C es un elemento de representativo porque su configuración electrónica termina en un subnivel s. Se trata de un elemento del grupo 2 porque tiene dos electrones de valencia (no siendo el helio). Su nivel de valencia es el 5, se encuentra en el periodo 5 y es el cuarto elemento de su grupo: estroncio, Sr.

6 Página 4 Soluciones del examen I de Química de 2º Bto. A 1ª eval.viernes, CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y SISTEMA PERIÓDICO: Primero deduciremos la configuración electrónica de los elementos: Flúor, F Elemento representativo Grupo 17 (halógenos) Siete electrones de valencia s 2 p 5 Número de orden en su grupo: 1ª Periodo = 2 Nivel de valencia 2 [Cl] = 1s 2 2s 2 2p 5 Sodio, Na Elemento representativo Grupo 1 (alcalinos) Un electrón de valencia s 1 Número de orden en su grupo: 3ª Periodo = 3 Nivel de valencia 3 [Na] = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Cesio, Cs Elemento representativo Grupo 1 (alcalinos) Un electrón de valencia s 1 Número de orden en su grupo: 6ª Periodo = 6 Nivel de valencia 6 Gas noble que completa el quinto nivel: Xenón, Xe [Cs] = [Xe] 6s 1 Neón, Ne Elemento representativo Grupo 18 (gases nobles) ocho electrones de valencia s 2 p 6 Número de orden en su grupo: 2ª Periodo = 2 Nivel de valencia 2 [Ne] = 1s 2 2s 2 2p 6 Se observa que F y Ne se encuentran en el segudo periodo del Sistema Periódico, mientras que los demás, Na y Cs están en las filas tercera y sexta, respectivamente. a) Esta situación sugiere que los dos de menor radio atómico serán los del segundo periodo, mientras que los otros dos tendrán mayor tamaño. Vamos a comprobar esta intuición, razonando cómo afecta al radio atómico el pasar del flúor al neón: Propiedad Efecto F Ne Efecto en el radio atómico F Ne Carga nuclear aumenta disminuye Efecto de pantalla invariable Capa de valencia invariable ligero aumento por repulsión de electrones de valencia Como consecuencia, el de menor radio atómico es el neón, seguido del flúor Por otro lado comparamos los que están en el mismo grupo: Propiedad Efecto Na Cs Efecto en el radio atómico Na Cw Carga nuclear aumenta disminuye Efecto de pantalla aumenta aumenta Capa de valencia aumenta aumenta Así el de menor radio atómico será el sodio, seguido del cesio. Ahora comparamos el mayor del primer grupo con el menor del segundo: Propiedad Efecto F Na Efecto en el radio atómico F Ne Carga nuclear aumenta disminuye Efecto de pantalla aumenta aumenta Capa de valencia aumenta aumenta El radio del flúor es menor que el del sodio. Todo esto nos lleva a ordenarlos de menor a mayor radio atómico: Ne < F < Na < Cs