SGUICTC050TC33-A17V1 Guía: Tabla periódica y propiedades periódicas
Ítem Alternativa Habilidad Dificultad estimada 1 D Reconocimiento Media 2 E Reconocimiento Fácil 3 B Reconocimiento Fácil 4 E Comprensión Media 5 C Comprensión Media 6 C Aplicación Media 7 A ASE Media 8 C ASE Difícil 9 A Comprensión Fácil 10 B Comprensión Media 11 B Comprensión Media 12 C Comprensión Difícil 13 E ASE Fácil 14 C ASE Media 15 B ASE Difícil 16 A Reconocimiento Fácil 17 C Comprensión Difícil 18 C Comprensión Fácil 19 E ASE Difícil 20 C ASE Media 21 D Comprensión Media 22 B Comprensión Media 23 B Comprensión Fácil 24 C Reconocimiento Media 25 A Comprensión Media
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). 1 3 2 4 5
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 los átomos neutros, 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 (alternativa A incorrecta). Contiene electrones en el nivel 5, por lo tanto, pertenece a ese periodo (alternativa B incorrecta). 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 (alternativa D incorrecta) y pertenece al grupo VIIA de los halógenos (alternativa C correcta; D incorrecta). Concretamente, la configuración corresponde al yodo (I), cuyo número atómico es 53. 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 (alternativa B incorrecta), 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 (alternativa A correcta) y de los periodos 2, 3, 4, 5 y 6 (alternativa D incorrecta). Todos ellos pertenecen al bloque p y son, por tanto, elementos representativos (alternativa C incorrecta). El siguiente código hace referencia al estado físico de los elementos a temperatura y presión normales: Según esto, se puede ver que dentro del fragmento seleccionado hay varios elementos gaseosos (nitrógeno, oxígeno, flúor y cloro), pero quedan fuera otros (hidrógeno y gases nobles; alternativa E incorrecta). 8 C Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos.
El potencial o energía de ionización (P.I.) 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, excepto hidrógeno). A partir de esto, 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 (alternativa A incorrecta). Si bien el P.I. en los gases nobles disminuye de arriba hacia abajo, no podemos afirmar que lo hacen de manera directamente proporcional al número atómico (alternativa D incorrecta). En un periodo se observan grandes diferencias en los valores de P.I., por ejemplo, el litio (Li) y el neón (Ne) están situados en el periodo 2 y presentan una gran diferencia en sus valores, al igual que Na y Ar (alternativa B incorrecta). Dentro del grupo IA, el H presenta una notoria diferencia de P.I. con respecto a los demás elementos. Si bien entre los demás (Li, Na, K, Rb) no existen grandes diferencias, tampoco se puede afirmar que tengan el mismo valor de P.I. (alternativa E incorrecta). Exceptuando al H, los elementos del grupo IA tienen los valores más bajos de P.I. de todo el sistema periódico, pero a pesar de que el valor del H no es de los más bajos, sí es menor que el del He, que es el otro elemento que se encuentra en el periodo 1. Por lo tanto, se puede afirmar correctamente que dentro de cada periodo, los elementos del grupo IA son los que tienen menor P.I (alternativa C correcta). 9 A 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. ( )
10 B La imagen muestra la posición de los elementos nitrógeno (N), boro (B) y oxígeno (O) en la tabla periódica. RADIO 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. 11 B 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 estos llevarán valores positivos. 12 C El calcio (Ca) y el berilio (Be) pertenecen al mismo grupo (IIA alcalinotérreos), tal como se observa en la figura:
ENERGÍA 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 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 es el que necesita mayor cantidad de energía para ello. 13 E 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 de mayor tamaño, el del bromo (2). 15 B 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, pero este no sigue el mismo patrón en todos los grupos y no se puede afirmar que sea directamente proporcional al número atómico (opción I incorrecta). En tanto que en un mismo grupo hay una disminución menos marcada (ejemplo: F, Cl, Br, I y At). Este comportamiento corresponde a la variación de la electronegatividad, propiedad que mide la atracción de un átomo sobre los electrones de enlace. Como los gases nobles no forman enlaces, no se les puede asignar un valor de electronegatividad (opción II correcta). 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 (opción III incorrecta), 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:
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 íntima 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 presión de vapor de un líquido iguala a la presión atmosférica, por lo que este pasa al estado gaseoso. A una presión determinada, este proceso ocurrirá a una temperatura constante, independientemente de la cantidad de calor aplicado (alternativa A incorrecta). Si se aumenta la presión atmosférica sobre un líquido, el punto de ebullición aumenta, puesto que debe incrementarse aún más el valor de su presión de vapor para alcanzar el valor de la presión externa (alternativa C correcta). 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 (alternativa B incorrecta). Si la presión de vapor del líquido es mayor que la
atmosférica, el líquido ya ebulló, pero esto no implica un aumento o disminución del punto de ebullición (alternativa D incorrecta). Si algún factor hace aumentar la presión de vapor de un líquido a una presión determinada, el punto de ebullición será menor, ya que deberá aplicarse menos calor al líquido para que logre igualar la presión externa (alternativa E incorrecta). 18 C El esquema completo con los cambios de estado correspondientes es el siguiente: 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; en tanto, el punto de ebullición se entiende 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 0 C (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 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). 21 D Habilidad de pensamiento científico: Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos. Como lo indica el enunciado, cuando los elementos poseen igual número de niveles de energía, pertenecen al mismo período (fila en un sistema periódico). Con las configuraciones de los elementos X, W y R, podemos observar que los tres ocupan los primeros dos niveles energéticos, lo que indica que todos pertenecen al período 2 (alternativa D correcta; B incorrecta). X = 1s 2 2s 2 ; W = [He] 2s 2 2p 1 ; R = 1s 2 2s 2 2p 6 Cuando los átomos tienen el mismo número de electrones en el último nivel, pertenecen a un mismo grupo (columnas) del sistema periódico. Por lo tanto, para determinar el grupo debemos fijarnos en la configuración más externa: Para X = 1s 2 2s 2 2 electrones Para W = [He] 2s 2 2p 1 3 electrones Para R = 1s 2 2s 2 2p 6 8 electrones Como todos los átomos tienen distinto número de electrones en su último nivel, se puede deducir que todos pertenecen a distintos grupos del sistema periódico (alternativas A y C incorrectas). W y R se diferencian en 5 electrones de valencia, por lo
tanto, se encuentran en grupos no adyacentes. De hecho, W se encuentra en el grupo IIIA y R, en el grupo VIIIA (alternativa E incorrecta). 22 B Todos los elementos pertenecientes a un mismo grupo presentarán diferentes radios atómicos, ya que, a medida que se desciende en un grupo en el sistema periódico, el número atómico (Z) aumenta, esto hace que los electrones ocupen más niveles energéticos, agrandando así el radio. El número de electrones de valencia, el tipo de orbital ocupado por el último electrón y su número cuántico magnético son iguales para todos los elementos del grupo, ya que todos tienen la misma configuración electrónica del último nivel energético. 23 B El potencial de ionización y la electroafinidad aumentan desde abajo hacia arriba en un grupo, y de izquierda a derecha en un período. El radio atómico aumenta en un grupo de arriba hacia abajo y en un periodo, de derecha a izquierda. La variación del radio iónico no puede determinarse en un sistema periódico, ya que dependerá de los electrones ganados o perdidos que tenga un ion. En general, el radio iónico puede establecerse según la siguiente relación: radio catión < radio átomo neutro < radio anión Por último, el número atómico aumenta de arriba hacia abajo en un grupo, y de izquierda a derecha en un periodo. 24 C La electronegatividad es la capacidad de un átomo en una molécula para atraer hacia sí el par de electrones de enlace. Cuando la diferencia en los valores de electronegatividad entre dos átomos es muy grande, estos no comparten un par electrónico, sino que forman uniones electrostáticas fuertes, como el caso de la sal cloruro de sodio (NaCl), conformado por iones positivos y negativos.
25 A Los elementos de un grupo se caracterizan por presentar la misma configuración electrónica para su nivel energético más externo (alternativa A correcta), como por ejemplo: Grupo IA ns 1 Grupo IIA ns 2 Grupo IIIA ns 2 np 1 El radio atómico aumenta de arriba hacia abajo en un grupo, por lo tanto, a medida que se incrementa el número atómico (Z), aumenta también el radio atómico (alternativa B incorrecta). El volumen atómico es una propiedad asociada al tamaño, por lo que también aumenta de arriba hacia abajo en un grupo (alternativa C incorrecta). La electronegatividad y el potencial de ionización en un grupo aumentan de abajo hacia arriba, a medida que disminuye Z (alternativas D y E incorrectas).