Estructura atómica – PAU PAU- Ejercicios resueltos 2015-Modelo Pregunta B1. El uranio es un elemento con Z = 92. En la naturaleza se encuentra mayoritariamente como 235 pequeña cantidad de U, que es el que se emplea en reactores nucleares. 238 235 a) Explique la diferencia entre las configuraciones electrónicas del U y el U. 235 b) Calcule el número de neutrones en un núcleo de U. 235 c) Escriba la configuración electrónica del U. 235 d) Escriba los números cuánticos posibles para para los electrones más externos del U. a) No existen diferencias: el configuración electrónica.
238
U y el
238
U, con una
235
U son isótopos y varía su configuración nuclear, pero no su
b) Como Z=92 y A=235, y A=Z+n, el número de neutrones es n=235-92=143. c) Utilizando el diagrama de Möeller
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f 14 5d10 6p6 7s2 5f
4
(Si se reconociera que es una excepción y se pusiera terminada en 7s 2 5f 3 6d1 también sería correcto)
d) Utilizamos la configuración electrónica asociada al diagrama de Möeller, y asumiendo que electrón más externo hace referencia al último colocado según la regla de construcción, no al de la capa con n mayor. 4
Para 5f → n=5; l=3; m=±3, ±2,±1,0; s=±1/2 (Se podría indicar m=0 si se indica que se asume que los orbitales se llenan con valor de m creciente) (También es válida otra configuración electrónica, terminada en 6d 1, dando los números asociados: n=6; l=2; m=±2,±1,0; s=±1/2) (Se podría indicar m=-2 si se indica que se asume que los orbitales se llenan con valor de m creciente)
2014-Junio Pregunta A1. Considere los elementos de números atómicos 3 y 18: a) Escriba sus configuraciones electrónicas e identifíquelos con su nombre y símbolo. b) Justifique cuál tiene el primer potencial de ionización mayor. 2
1
a) Z=3, 1s 2s , Litio, Símbolo Li, grupo alcalinos (grupo 1), segundo periodo. 2 2 6 2 6 Z=18, 1s 2s 2p 3s 3p , Argón, Símbolo Ar, grupo gases nobles (grupo 18), tercer periodo. b) El primer potencial de ionización es la energía a aportar para extraer el electrón más externo. El Litio (Z=3) está más a la izquierda en periodo y tendrá un radio atómico mayor que el Neón (el gas noble del mismo periodo que el litio) y el Neón está más arriba en grupo que el Argón (Z=18), así que el Argón tendrá un radio atómico mayor que el Neón. Por ello, podemos estimar que el radio atómico del Lito será mayor que el del Argón y su energía de ionización será menor ya que será más fácil extraer el electrón más externo. Además del radio atómico está el factor asociado a la configuración electrónica; para Z=18 ya tiene configuración de gas noble por lo que tendrá un potencial de ionización mayor que Z=3, que es un metal y tendrá tendencia a ceder su electrón más externo consiguiendo así configuración electrónica de gas noble, Helio.
Ejercicios Química – Estructura Atómica PAU Comunidad de Madrid 2000-2013
1
2014-Septiembre Pregunta A1. Considere las cuatro configuraciones electrónicas siguientes: 2
2
7
2
3
2
2
6
2
6
2
5
2
2
6
2
(A) 1s 2s 2p , (B) 1s 2s , (C) 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d , y (D) 1s 2s 2p 3s . a) Razone cuál(es) no cumple(n) el principio de exclusión de Pauli. b) Indique el grupo y el periodo de los elementos a los que pertenecen las configuraciones que sí lo cumplen e indique su carácter metálico o no metálico. c) Escriba las posibles combinaciones de números cuánticos para un electrón situado en un orbital 3d. d) Justifique cuál será el ion más estable estable del elemento D. a) Las configuraciones A y B no cumplen el principio de exclusión de Pauli. A: Hay 7 electrones en orbitales 2p (n=2, l=1), donde solamente hay 6 valores distintos de los restantes números cuánticos (m=-1,0,+1; s=+1/2 y -1/2) , por lo que solamente puede haber 6 electrones. Un séptimo electrón tendría los mismos números cuánticos que alguno de los 6 anteriores e incumpliría el principio de exclusión de Pauli. B: Hay 3 electrones en orbital 2s (n=2, l=0), donde solamente hay 2 valores distintos de los restantes números cuánticos (m=0; s=+1/2 y -1/2) , por lo que solamente puede haber 2 electrones. Un tercer electrón en esa capa y orbitaly tendría los mismos números cuánticos que alguno de los 2 anteriores del misma capa y orbital e incumpliría el principio de exclusión de Pauli. b) C: Z=25, Manganeso, Mn, Grupo 7 (en metales de transición), Periodo 4. Carácter metálico. D: Z=12, Magnesio, Mg, Grupo 2 (alcalino térreos), Periodo 3. Carácter metálico. c) Un orbital 3d está definido por números cuánticos n=3 y l=2. Las combinaciones posibles de números cuánticos son las asociadas a los valores posibles de m, desde -l hasta +l (-2,-1,0,1,2) y los valores posibles de s=-1/2 y +1/2. Esto hace que haya un total de 10 posibles combinaciones, que son las siguientes (no se indican en el orden de llenado)
m
-2
-2
-1
-1
0
0
1
1
2
2
s
½
+½
½
+½
½
+½
½
+½
½
+½
+2
d) El ión más estable del elemento D = Mg será Mg , ya que así consigue configuración electrónica del gas noble más próximo que es Neón.
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2
2014-Junio Pregunta B1. Considere un elemento X del grupo de los alcalinotérreos y un elemento Y del grupo de los halógenos. Conteste razonadamente a las siguientes preguntas: a) Si X e Y se encuentran en el mismo periodo, ¿cuál tiene mayor radio atómico? b) Si X e Y se encuentran en el mismo periodo, ¿cuál tiene mayor afinidad electrónica? c) Si X se encuentra en el periodo siguiente a Y, ¿qué iones de ambos elementos tienen la misma configuración electrónica? d) ¿Cuál de los dos iones del apartado c) tiene mayor radio atómico? a) Dentro del mismo periodo, el radio atómico decrece según aumenta Z, ya que estando los electrones externos en el mismo nivel (mismo n), la carga del núcleo aumenta y son más atraídos, por lo que tendrá mayor radio atómico X que Y ya que dentro del mismo periodo X tiene menor Z que Y. b) Como X e Y están dentro del mismo periodo e Y tiene mayor Z tendrá menor radio atómico, por lo que tendrá Y menor afinidad electrónica, ya que ésta es la tendencia a captar un electrón medida como la energía liberada al captarlo, siendo esa energía liberada por convenio negativa, por lo que cuanto más energía se libere (el elemento que tiene mayor tendencia a captar electrones es el Flúor y tiene un valor muy negativo). Por lo tanto X tendrá mayor afinidad electrónica (posiblemente en un metal sea positiva, hay que aportar energía para que capte el electrón) que Y (que la tendrá negativa, ya que libera energía al captar un electrón) c) Llamamos N+1 al periodo de X y N al periodo de Y. Como Y es un halógeno, su configuración electrónica terminará en ...Np 6 Y el ión Y tendrá configuración electrónica ...Np .
5
6
2
2+
Como X es un alcalinotérreo, su configuración electrónica terminará en ...Np (N+1)s , y el ión X tendrá 6 configuración electrónica ...Np . -
2+
d) Ambos iones Y e X serán isoelectrónicos, pero X tendrá mayor Z, por lo que los electrones estarán 2+ más atraídos y el radio atómico de X será menor.
2014-Modelo Pregunta A1. Cuando una muestra de átomos del elemento con Z = 19 se irradia con luz ultravioleta, se produce la emisión de electrones, formándose iones con carga +1. a) Escriba la configuración electrónica del átomo, indicando su grupo y periodo. b) Razone si el segundo potencial de ionización de estos átomos será mayor o menor que el primero. c) Calcule la velocidad de los electrones emitidos si se utiliza radiación con λ = 200 nm, sabiendo que el −1 valor del primer potencial de ionización es 418,8 kJ·mol . −31 −34 8 −1 23 −1 Datos. me = 9,11×10 kg; h = 6,626×10 J·s; c = 3×10 m·s ; NA = 6,022×10 mol . 2
2
6
2
6
1
a) K, Z=19, 1s 2s 2p 3s 3p 4s , grupo alcalinos (grupo 1), cuarto periodo. b) El primer potencial de ionización es la energía a aportar para extraer el electrón más externo; en este + caso se formaría un ión K con configuración electrónica de gas noble (Ar). Extraer un segundo electrón supondría extraerlo de una capa más interna (3 en lugar de 4) y además se perdería la configuración de gas noble, por lo que el segundo potencial de ionización será mayor que el primero. c) Para cada fotón Eradiación incidente= h·f = h·c/λ = 6,626·10 -34·3·108/200·10-9= 9,94·10 -19 J Para cada electrón Eprimer potencial ionización = 418,8 kJ·mol-1 = 418,8·10 3/6,022·10 23 = 6,95·10 -19 J Como se conserva la energía, la energía incidente se emplea en la ionización y en Ec del electrón.
Ecelectrón = Eradiación incidente - Eprimer potencial ionización = 9,94·10-19 - 6,95·10-19 =2,99·10-19 J
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3
2013-Septiembre Pregunta A1. Se tienen los elementos de números atómicos 12, 17 y 18. Indique razonadamente: a) La configuración electrónica de cada uno de ellos. b) Los números cuánticos del último electrón de cada uno de ellos. c) ¿Qué ion es el más estable para cada uno de ellos? ¿Por qué? d) Escriba los elementos del enunciado en orden creciente de primer potencial de ionización, justificando su respuesta. 2
2
6
2
2
2
6
2
5
a) Mg, Z=12, 1s 2s 2p 3s , grupo alcalinotérreos (grupo 2), tercer periodo Cl, Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p , 2 2 6 2 6 grupo halógenos (grupo 17), tercer periodo Ar, Z=18, 1s 2s 2p 3s 3p , grupo gases nobles (grupo 18), tercer periodo b) Los números cuánticos (n, l, m l , s) del último electrón colocado según la regla de aufbau serían Z=12; orbital 3s: (3, 0, 0, ±½) Z=17 y 18 ; orbital 3p: (3, 1, −1, ±½ ) ó (3, 1, 0, ±½ ) ó (3, 1, 1, ± ½ ) c) El ión más estable será el que tenga la configuración de gas noble más próximo: 2+
Mg que tras ceder dos electrones tiene configuración electrónica de Ne Cl que tras captar un electrón tiene configuración electrónica de Ar Ar no forma iones estables porque ya tiene configuración electrónica de gas noble. d) El primer potencial de ionización es la energía a aportar para extraer el electrón más externo. Esa energía será mayor cuanto menor sea el radio atómico, que es menor para elementos más a la derecha dentro del mismo periodo, y es menor para elementos más abajo dentro del mismo grupo. El mayor potencial lo tendrá Ar, el siguiente Cl, y el menor Mg.
2013-Junio Pregunta A1. Considere los elementos de números atómicos 9 y 11: a) Identifíquelos con nombre y símbolo, y escriba sus configuraciones electrónicas. b) Justifique cuál tiene mayor el segundo potencial de ionización. c) Justifique cuál es más electronegativo. 2
2
5
a) F, Z=9, 1s 2s 2p , grupo halógenos (grupo 17), segundo periodo 2 2 6 1 Na, Z=11, 1s 2s 2p 3s , grupo alcalinos (grupo 1), tercer periodo b) El enunciado indica segundo potencial de ionización. Si preguntase por el primero, claramente sería mayor el del F que el del Na (valores reales primer potencial ionización: F 1681 kJ/mol y Na 495,8 kJ/mol) +
Sin embargo, tras la primera ionización, Na pasa a Na y tiene configuración de gas noble (Ne), mientras + que F pasaría a F y tendría configuración electrónica como el oxígeno. +
Será más costoso energéticamente ionizar Na que ya tiene configuración de gas noble con el octeto + completo que el F , por lo que el Na tiene mayor el segundo potencial de ionización (valores reales segundo potencial ionización: F 3374,2 kJ/mol y Na 4562 kJ/mol) c) El más electronegativo será el F ya que el Na tiene carácter metálico y más tendencia a ceder electrones que F que es un no metal y tiene tendencia a captarlos (F más a la derecha y más arriba en la tabla periódica)
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4
2012-Junio Pregunta A1. Considere los elementos de números atómicos Z = 7, 9, 11 y 16. a) Escriba sus configuraciones electrónicas, el nombre, el símbolo y el grupo del Sistema Periódico al que pertenecen. b) Justifique cuál tendrá mayor y cuál tendrá menor primer potencial de ionización. d) Escriba la configuración electrónica del anión más estable del elemento de Z = 16, e indique el nombre y el símbolo del átomo isoelectrónico. 2
2
3
a) N, Z=7, 1s 2s 2p , grupo nitrogenoideos (grupo 15), segundo periodo 2 2 5 F, Z=9, 1s 2s 2p , grupo halógenos (grupo 17), segundo periodo 2 2 6 1 Na, Z=11, 1s 2s 2p 3s , grupo alcalinos (grupo 1), tercer periodo 2 2 6 2 4 S, Z=16, 1s 2s 2p 3s 3p , grupo anfígenos (grupo 16), tercer periodo (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
b) El primer potencial de ionización es la energía a aportar para extraer el electrón más externo. Esa energía será mayor cuanto menor sea el radio atómico, que es menor para el F (Z=9), el elemento del segundo periodo con mayor número de electrones en su capa 2, por lo que están más atraídos por el núcleo. El S (Z=16) tiene su último electrón en la capa 3 y estará menos atraído por el nucleo por lo que tendrá menor potencial de ionización. -2
-2
2
2
6
2
6
c) El anión más estable será S , 16Z , 1s 2s 2p 3s 3p , ya que tiene configuración electrónica de gas noble: el átomo isoelectrónico es Z=18=Ar
2012-Septiembre Pregunta A1. Considere los elementos A (Z = 11), B (Z = 17), C (Z = 12) y D (Z = 10). a) Escriba sus configuraciones electrónicas e identifique los cuatro elementos. 2
2
6
1
a) A=Na, Z=11, 1s 2s 2p 3s , grupo alcalinos (grupo 1), tercer periodo 2 2 6 2 5 B=Cl, Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p , grupo halógenos (grupo 17), tercer periodo 2 2 6 2 C=Mg, Z=12, 1s 2s 2p 3s , grupo alcalinotérreos (grupo 2), tercer periodo 2 2 6 D=Ne, Z=10, 1s 2s 2p , grupo gases nobles (grupo 18), segundo periodo
2012-Modelo Pregunta 1A. Considere los elementos H, O y F. a) Escriba sus configuraciones electrónicas e indique grupo y periodo de cada uno de ellos. 1
a) H, Z=1, 1s , grupo alcalinos (grupo 1), primer periodo 2 2 4 O, Z=8, 1s 2s 2p , grupo anfígenos (grupo 16), segundo periodo 2 2 5 F, Z=9, 1s 2s 2p , grupo halógenos (grupo 17), segundo periodo (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
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5
2013-Modelo Pregunta B1. Sean dos átomos X e Y. Los números cuánticos posibles para el último electrón de cada uno de ellos en su estado fundamental son: X = (4, 0, 0, ±1/2), Y = (3, 1, 0 ó ±1, ±1/2). Justifique: a) El periodo y los grupos posibles a los que pertenece cada uno de ellos. a) Cuál de ellos es más electronegativo. b) Cuál tiene menor radio atómico. a) X: n=4 implica cuarto periodo, l=0 implica orbital s, grupo 1 (alcalinos) ó 2 (alcalinotérreos) Potasio (K) ó Calcio (Ca) Y: n=3 implica tercer periodo, l=1 implica orbital p, grupo 13, 14, 15 16, 17 ó 18. (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
b) El más electronegativo será Y ya que X tendrá más carácter metálico y más tendencia a ceder electrones que Y, e Y en general más tendencia a captarlos (Y más a la derecha y más arriba en la tabla periódica). Realmente dentro de Y estaría un gas noble (Argón al ser el tercer periodo) del que de manera general se podría decir que no tiene electronegatividad al no formar compuestos. (Según la convención de IUPAC, se podrían considerar los gases nobles menos electronegativos que los alcalinos, por lo que la respuesta genérica de que Y es más electronegativo no sería válida NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY . IUPAC Recommendations 2005 IR-4.4.2.1 Electronegativity ...For this purpose, Table VI* is used as a guide. By convention, the later an element occurs when the table is traversed following the arrows, the more electropositive is the element .
En el año 2000 se consiguió el primer compuesto estable con Argón, HArF, se han conseguido compuestos con Kriptón y Xenón y y hay análisis sobre electronegatividades de gases nobles The Electronegativity of Noble Gases, Bing-Man Fung, 1965 . Se podría plantear que la tabla VI de IUPAC tuviera la columna de los gases nobles al inicio del recorrido, pero no tiene mayor importancia porque los compuestos de gases nobles son rarezas)
c) Tendrá menor radio atómico Y ya que es del tercer periodo mientras que Además Y está más a la derecha en la tabla periódica.
X es
del cuarto periodo.
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6
2012-Modelo Pregunta 1B. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando la respuesta. -1 -1 a) Un fotón con frecuencia 2000 s tiene mayor longitud de onda que otro con frecuencia 1000 s . b) De acuerdo al modelo de Bohr, la energía de un electrón de un átomo de hidrógeno en el nivel n=1 es cuatro veces la energía del nivel n=2. c) Cuando un átomo emite radiación, sus electrones pasan a un nivel de energía inferior. d) Los números cuánticos (3, 1, 1, +1/2) corresponden a un electrón de la configuración electrónica fundamental del átomo de carbono.
a) Falso. Como λ=c/f, a mayor frecuencia menor longitud de onda 2
b) Verdadero. Según el modelo de Bohr, E=RH(1/n ), luego para n=2 es cuatro veces menor que para n=1 c) Verdadero. La energía se conserva, y al pasar el electrón a un nivel de energía inferior, la diferencia de energía es emitida como radiación. 2
2
2
d) Falso. Para el carbono, C, Z=6, la configuración electrónica fundamental es 1s 2s 2p , por lo que su número cuántico principal es n=2, no n=3
2011-Septiembre Pregunta 1A. Para los elementos A, B, C y D, de números atómicos 3, 10, 20 y 35, respectivamente: a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos. b) Indique su situación en la tabla periódica (periodo y grupo). c) Justifique si los siguientes números cuánticos pueden corresponder a los electrones más externos de alguno de ellos, indicando a cuál: (2,1,0,+1/2); (3,0,1,+1/2); (3,2,1,+1/2); (4,1,1,+1/2). d) Justifique cuál de estos elementos tiene la menor reactividad química. 2
1
2
2
6
a) A, Z=3, 1s 2s B, Z=10, 1s 2s 2p 2 2 6 2 6 2 C, Z=20, 1s 2s 2p 3s 3p 4s 2 2 6 2 6 2 10 5 D Z=35, 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p b) A, Li, Z=3, grupo alcalinos (grupo 1), segundo periodo B, Ne, Z=10, grupo gases nobles (grupo 18), segundo periodo C, Ca, Z=20, grupo alcalino térreos (grupo 2), cuarto periodo D, Br, Z=35, grupo halógenos (grupo 17), cuarto periodo (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
c) (2,1,0,+1/2) puede corresponder a Z=10 (3,0,1,+1/2) es una combinación imposible: si l=0, m no puede ser 1 (3,2,1,+1/2) no hay ningún elemento que tenga sus electrones más externos en n=3. Esa configuración corresponde a un electrón en un orbital 3d. (4,1,1,+1/2) puede corresponder a Z=35 d) B, ya que tiene configuración de gas noble (Neón)
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2011-Junio Pregunta 1A. Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando en cada caso su respuesta: 2 2 6 2 6 2 1 b) La configuración electrónica 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d corresponde al estado fundamental de un átomo. 2 2 7 1 c) La configuración electrónica 1s 2s 2p 3s es imposible. 2 2 6 1 1 2 2 5 1 2 d) Las configuraciones electrónicas 1s 2s 2p 3s 3p y 1s 2s 2p 2d 3s corresponden a dos estados posibles del mismo átomo. 2 2 6 2 6 2 1 e) La configuración electrónica 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d corresponde a un elemento alcalinotérreo. a) Verdadero. Los electrones están en niveles energéticos que corresponden al llenado según la regla de la construcción. b) Verdadero. Es imposible ya que en un nivel hay sólo tres orbitales p en los que como máximo puede haber 6 electrones, no 7. c) Falso. En la capa 2 no existen orbitales d. d) Falso. No corresponde a un elemento alcalinotérreo porque tendría sus dos últimos electrones en la capa s , pero lo tiene en capa d , por lo que es un metal de transición.
2011-Modelo Pregunta 1A. Para el segundo elemento alcalinotérreo y para el tercer elemento del grupo de los halógenos: a) Escriba su configuración electrónica. b) Escriba los cuatro números cuánticos de su último electrón. c) ¿Cuál de los dos elementos tendrá mayor afinidad electrónica, en valor absoluto? Justifique la respuesta. d) ¿Cuál de los dos elementos es más oxidante? Justifique la respuesta 2
2
6
2
a) Segundo elemento alcalinotérreo : Mg, Z=12, 1s 2s 2p 3s 2 2 6 2 6 2 10 5 Tercer elemento grupo de los halógenos: Br, Z=35, 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p b) Números cuánticos: ( n, l, ml , s) 2
3s : (3, 0 , 0, ±½ ) 5 4p : (4, 1, −1, ±½ ) ó (4, 1, 0, ±½ ) ó (4, 1, 1, ± ½ )
(Es válido cualquiera de los 3 )
c) El halógeno, Br, tiene mayor afinidad electrónica ya que tiene mayor tendencia a captar un electrón porque al captarlo forma un anión muy estable con configuración electrónica de gas noble (Kr) d) Ser más oxidante quiere decir que se reduce más fácilmente, y reducirse implica captar electrones, por lo que por lo indicado en apartado c será el halógeno, Br.
2010-Septiembre-Fase General - Cuestión 1A. Considerando el elemento alcalinotérreo del tercer periodo y el segundo elemento del grupo de los halógenos: a) Escriba sus configuraciones electrónicas. b) Escriba los cuatro números cuánticos posibles para el último electrón de cada elemento. 2
2
6
2
a) Elemento alcalinotérreo del tercer periodo: Mg, Z=12, 1s 2s 2p 3s 2 2 6 2 5 Segundo elemento del grupo de los halógenos: Cl, Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p b) Números cuánticos: (n, l, ml , s) 2
3s : (3, 0 , 0, ±½ ) 5 3p : (3, 1, −1, ±½ ) ó (3, 1, 0, ±½ ) ó (3, 1, 1, ± ½ )
(Es válido cualquiera de los 3 )
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2010-Septiembre-Fase Específica - Cuestión 1B. Considerando los elementos Na, Mg, Si y Cl: a) Indique los números cuánticos del electrón más externo del Na. b) Ordene los elementos por orden creciente de radio atómico y justifique la respuesta. c) Ordene los elementos por orden creciente de su primer potencial de ionización y justifique la respuesta. + 2+ – d) Escriba la configuración electrónica de la especies Na , Mg , Si y Cl . 2
2
6
a) Na, Z=11,1s 2s 2p 3s
1 1
Números cuánticos (n, l, ml , s) : 3s : (3, 0 , 0, ±½ ) b) El radio atómico crece bajando en el mismo grupo, ya que los últimos electrones se colocan en capas más externas, y decrece hacia la derecha en el mismo periodo, ya que los últimos electrones se colocan en la misma capa pero son más atraidos por la carga del núcleo que se incrementa. Los cuatro elementos están en el tercer periodo, por lo tanto en orden de radio Cl
2
2
6
d) Na , Z=11,1s 2s 2p 2+ 2 2 6 Mg , Z=12, 1s 2s 2p 2 2 6 2 2 Si, Z=14, 1s 2s 2p 3s 2p 2 2 6 2 6 Cl , Z=17, 1s 2s 2p 3s 2p
2010-Junio-Coincidentes - Cuestión 1B. Dadas las siguientes configuraciones electrónicas de la última capa, identifique cada elemento, determine su número atómico e indique grupo y periodo al que pertenecen. 2 4 a) 2s 2p 2 b) 3s 2 1 c) 3s 3p 2 5 d) 3s 3p a) b) c) d)
2
2
4
Z=8, Oxígeno (O), 1s 2s 2p , grupo anfígenos (grupo 16), segundo periodo. 2 2 6 2 Z=12, Magnesio (Mg), 1s 2s 2p 3s , grupo alcalinotérreos (grupo 2), tercer periodo 2 1 Z=13, Aluminio (Al) 2, 3s 2 3p 6 , grupo térreos o boroideos (grupo 13), tercer periodo 2 5 Z=17, Cloro (Cl), 1s 2s 2p 3s 3p , grupo halógenos (grupo 17), tercer periodo.
(Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
2010-Junio-Fase General - Cuestión 1A. El elemento de número atómico 12 se combina fácilmente con el elemento de número atómico 17. Indique: a) La configuración electrónica de los dos elementos en su estado fundamental. b) El grupo y periodo al que pertenece cada uno. c) El nombre y símbolo de dichos elementos y del compuesto que pueden formar. 2
2
6
2
a) Z=12, 1s 2s 2p 3s 2 2 6 2 5 Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p b) Z=12, grupo alcalinotérreos, tercer periodo Z=17, grupo halógenos, tercer periodo c) Z=12 Magnesio (Mg), Z=17 Cloro (Cl). Compuesto MgCl2 Cloruro de magnesio
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2010-Modelo - Cuestión 1A. Para el conjunto de números cuánticos que aparecen en los siguientes apartados, explique si pueden corresponder a un orbital atómico y, en los casos afirmativos, indique de qué orbital se trata. a) n = 5, l = 2, m l = 2 b) n = 1, l = 0, m l = –1/2 c) n = 2, l = –1, ml = 1 d) n = 3, l = 1, m l = 0 a) Se corresponde a un electrón en un orbital 5d b) No es posible ya que ml puede tener valores entre -l y +l, y en este caso por los valores de n y l es un orbital 1s y ml debe valer 0. En los datos dados ml no es un número entero. c) No es posible ya que l puede tener valores entre 0 y n- 1, y en este caso l podría tener valores 0 ó 1. En los datos datos l es un número negativo. d) Se corresponde a un electrón en un orbital 3p
2009-Septiembre Cuestión 1. Considere los elementos A (Z = 12) y B (Z = 17). Conteste razonadamente: a) ¿Cuáles son las configuraciones electrónicas de A y de B? b) ¿Cuál es el grupo, el periodo, el nombre y el símbolo de cada uno de los elementos? c) ¿Cuál tendrá mayor su primera energía de ionización? 2
2
6
2
2
2
6
2
a) Z=12, 1s 2s 2p 3s Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p
5
b) Z=12, grupo alcalinotérreos, tercer periodo, Magnesio, Mg Z=17, grupo halógenos, tercer periodo, Cloro, Cl c) La energía de ionización (primer potencial de ionización) es la energía mínima a aportar para extraer un + electrón de un átomo en estado gaseoso en su estado fundamental X(g) + Ei → X(g) + e El potencial de ionización es mayor al aumentar el número atómico (hacia la derecha), ya que hay mayor número de protones en el núcleo. Los electrones siguen estando en la misma capa y están más atraídos por el nucleo, por lo tanto Ei(Cl) > Ei(Mg).
2009-Junio Cuestión 1. 2
1
La primera y segunda energía de ionización para el átomo A, cuya configuración electrónica es 1s 2s , son –1 520 y 7300 kJ·mol , respectivamente: a) Indique qué elemento es A, así como el grupo y periodo a los que pertenece. b) Defina el término energía de ionización. Justifique la gran diferencia existente entre los valores de la primera y la segunda energía de ionización del átomo A. + 2+ c) Ordene las especies A, A y A de menor a mayor tamaño. Justifique la respuesta. + d) ¿Qué elemento presenta la misma configuración electrónica que la especie iónica A ? a) Litio, Li, grupo alcalinos, segundo periodo. b) La energía de ionización es la energía mínima a aportar para extraer un electrón de un átomo en + estado gaseoso en su estado fundamental X(g) + Ei → X(g) + e 1
La primera energía de ionización es la necesaria para extraer el elecrón más externo 2s , mientras que la 2 segunda energía es la asociada a extraer un electrón más interno 1s , que estará mucho más atraido por el núcleo. Además la 2ª energía de ionización debe superar la estabilidad que tiene el ión Li+ que ya ha conseguido configuración electrónica de gas noble, como el Helio. c) Según se extraigan electrones la carga del núcleo atraerá más a los electrones restantes. + 2+ 2+ + A tiene 3 electrones, A dos y A sólo 1, por lo que en orden de tamaño será A < A < A. 2 d) El Helio, He, Z=2, 1s
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2008-Septiembre Cuestión 1. −
+
A las siguientes especies: X , Y y Z , les corresponden los números atómicos 17, 18 y 19, respectivamente. a) Escriba la configuración electrónica de cada una de ellas. b) Ordene razonadamente, de menor a mayor, las diferentes especies según su tamaño y su energía de ionización. − c) ¿Qué especies son X e Y? 2
2
6
2
6
a) Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 Z=18, 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 Z=19, 1s 2s 2p 3s 3p
b) Las tres especies tienen el mismo número de electrones pero distinto número de protones, por lo que las que tengan más protones atraerán más los electrones y tendrán radio más pequeño, por lo tanto en + orden de tamaño creciente Z < Y < X La energía de ionización es la energía mínima a aportar para extraer un electrón de un átomo en + estado gaseoso en su estado fundamental X(g) + Ei → X(g) + e . Las tres especies tienen configuración de gas noble y tendrán energía de ionización muy alta, estando esta relacionada de manera inversa con el tamaño: cuanto más pequeño sea el electrón más externo + estará más atraido, por lo tanto en orden de energía de ionización creciente X < Y < Z -
-
c) X es Cl (ión cloruro), Y es Ar (Argón)
2008-Junio Cuestión 1. Dados los elementos Na, C, Si y Ne: a) Escriba sus configuraciones electrónicas. b) ¿Cuántos electrones desapareados presenta cada uno en su estado fundamental? c) Ordénelos de menor a mayor primer potencial de ionización. Justifique la respuesta. d) Ordénelos de menor a mayor tamaño atómico. Justifique la respuesta. 2
2
6
1
a) Na, Z=11,1s 2s 2p 3s 2 2 2 C, Z=6, 1s 2s 2p 2 2 6 2 2 Si, Z=14, 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 Ne, Z=10, 1s 2s 2p b) Na: 1 electrón desapareado en el último orbital 3s C y S: 2 electrones desapareados en dos orbitales 2p Ne: ningún electrón desapareado. c) La energía de ionización (primer potencial de ionización) es la energía mínima a aportar para extraer un + electrón de un átomo en estado gaseoso en su estado fundamental X(g) + Ei → X(g) + e Disminuye al aumentar el número atómico en un grupo ya que los electrones están en capas más externas, y aumenta al aumentar el número atómico en un periodo ya que los electrones estando en la misma capa están más atraídos por la mayor carga del núcleo. Los gases nobles la tienen especialmente alta porque tienen una configuración electrónica estable. Na
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2008-Modelo Cuestión 1. Para cada uno de los elementos con la siguiente configuración electrónica en los niveles de energía más 2 4 2 2 2 2 5 externos: A=2s 2p ; B=2s ; C= 3s 3p ; D= 3s 3p a) Identifique el símbolo del elemento, el grupo y el periodo en la Tabla Periódica. b) Indique los estados de oxidación posibles para cada uno de esos elementos. c) Justifique cuál tendrá mayor radio atómico, A o B. d) Justifique cuál tendrá mayor electronegatividad, C o D. 2
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a) A=2s 2p : Z=8, Oxígeno, símbolo O, grupo anfígenos (grupo 16), segundo periodo 2 B=2s : Z=4, Berilio, símbolo Be, grupo alcalinotérreos (grupo 2), segundo periodo 2 2 C= 3s 3p : Z=14, Silicio, símbolo Si, grupo carbonoideos (grupo 14), tercer periodo 2 5 D= 3s 3p : Z=17, Cloro, símbolo Cl, grupo halógenos (grupo 17), tercer periodo (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
a) O: -2, -1, 0 (+2 excepcionalmente en OF2) Be: +2 y 0 Si: +4, +2 y 0 Cl: -1, 0, +1,+3,+5 y +7 b) Ambos están en el mismo periodo (el segundo), y el radio atómico disminuye al aumentar el número atómico en un periodo ya que los electrones estando en la misma capa están más atraidos por la mayor carga del núcleo, por lo tanto Radio(B=Berilio)>Radio(A=Oxígeno) c) La electronegatividad mide capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones cuando forma un enlace covalente. Ambos están en el mismo periodo (el tercero), y la electronegatividad aumenta al aumentar el número atómico en un periodo ya que los electrones estando en la misma capa están más atraidos por la mayor carga del núcleo, el radio es menor, y tiene mayor facilidad para atraer un electrón. Por lo tanto Electronegatividad((D=Cloro)>Electronegatividad(C=Silicio)
2008-Modelo Problema 1A. En el espectro del átomo hidrógeno hay una línea situada a 434,05 nm. -1 a) Calcule ΔE para la transición asociada a esa línea expresándola en kJ.mol . b) Si el nivel inferior correspondiente a esa transición es n=2 , determine cuál será el nivel superior. -34 23 -18 8 -1 Datos: h= 6,62.10 J.s ; NA= 6,023.10 ; RH= 2,180.10 J ; c=3.10 m.s a) La frecuencia del la emisión nos indica la energía asociada, que para un fotón sería:
Para un mol, multiplicamos por el número de Avogadro y tenemos …
b) Para calcular el nivel superior recurriremos a
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2007-Junio Cuestión 1. Dados los siguientes elementos: F, P, Cl y Na, a) Indique su posición (periodo y grupo) en el sistema periódico. b) Determine sus números atómicos y escriba sus configuraciones electrónicas. c) Ordene razonadamente los elementos de menor a mayor radio atómico. d) Ordene razonadamente los elementos en función de su primera energía de ionización. a) F: grupo halógenos (grupo 17), segundo periodo P: grupo nitrogeneideos (grupo 15), tercer periodo Cl: grupo halógenos (grupo 17), tercer periodo Na: grupo alcalinos (grupo 1), tercer periodo (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS) 2
2
5
b) F: Z=9, 1s 2s 2p 2 2 6 2 3 P: Z=15, 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 5 Cl: Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 1 Na: Z=11, 1s 2s 2p 3s c) El radio atómico aumenta al aumentar el número atómico en un grupo ya que los electrones están en capas más externas, y disminuye al aumentar el número atómico en un periodo ya que los electrones estando en la misma capa están más atraidos por la mayor carga del núcleo. Por lo tanto F
2007-Modelo Cuestión 1. Dadas las siguientes configuraciones electrónicas de los niveles de energía más externos, identifique el grupo de la Tabla Periódica al que pertenecen. Indique el símbolo, el número atómico y el periodo del primer elemento de dicho grupo. a) b) c) d)
2
4
2
4
ns np 2 ns 2 1 ns np 2 5 ns np
a) ns np : grupo anfígenos (grupo 16). Oxígeno, símbolo O, Z=8, segundo periodo. 2
b) ns : grupo alcalinotérreos (grupo 2). Litio, símbolo Li, Z=3, segundo periodo 2
1
2
5:
c) ns np : grupo térreos (grupo 13). Boro, símbolo B, Z=5, segundo periodo d) ns np : grupo halógenos (grupo 17). Flúor, símbolo F, Z=9, segundo periodo (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
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2006-Septiembre Cuestión 1. 2
3
La configuración electrónica del último nivel energético de un elemento es 4s 4p . De acuerdo con este dato: a) Deduzca la situación de dicho elemento en la tabla periódica. b) Escriba los valores posibles de los números cuánticos para su último electrón. c) Deduzca cuántos protones tiene un átomo de dicho elemento. d) Deduzca los estados de oxidación más probables de este elemento. a) Es un elemento del grupo de los nitrogeneidoeos (grupo 15) ya que tiene sus tres últimos electrones en orbitales d, y es un elemento del cuarto periodo, ya que tiene sus últimos electrones en orbitales del nivel 4. Por lo tanto es el Arsénico (As) b) Números cuánticos: (n, l, ml, s) 3 4p : (4, 1, −1, ±½ ) ó (4, 1, 0, ±½ ) ó (4, 1, 1, ± ½ ) c) Como el elemento es neutro, el número de protones es el mismo que el de electrones, que podemos calcular con su configuración electrónica: 2
2
6
2
6
2
10
3
As: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p => Z=33, que es el número de protones. d) Los números de oxidación más probables serán 0, -3 (si capta tres electrones y consigue configuración electrónica de gas noble), +5 (si cede cinco electrones y consigue configuración electrónica de gas noble) y +3 (si cede 3 electrones y deja completa la capa s)
2006-Septiembre Problema 1B. Sabiendo que la energía que posee el electrón de un átomo de hidrógeno en su estado fundamental es 13,625 eV. calcule: a) La frecuencia de la radiación necesaria para ionizar el hidrógeno. b) La longitud de onda en nm y la frecuencia de la radiación emitida cuando el electrón pasa del nivel n = 4 al n = 2. Datos: h = 6,62·10 −34J·s; qe = 1,6·10 −19C; c = 3·10 8 m/s a)
b) La constante de Rydberg no se da explícitamente, hay que calcularla, sabiendo que los 13,625 eV es precisamente la diferencia de energía entre el nivel fundamental y el nivel de energía en el infinito, por que que es la constante de Rydberg.
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2006-Junio Cuestión 1. Sabiendo que el boro es el primer elemento del grupo trece del Sistema Periódico, conteste razonadamente si las siguientes afinaciones son verdaderas o falsas: a) La energía de ionización es la energía que desprende un átomo, en estado gaseoso, cuando se convierte en ión positivo. b) La energía de ionización del boro es superior a la del litio (Z = 3). c) La configuración electrónica del boro le permite establecer tres enlaces covalentes. d) El átomo de boro en el BH3 tiene un par de electrones de valencia. a) Falso. Es energía absorbida, no que se desprendida. La energí a de ionización (primer potencial de ionización) es la energía mínima a aportar para extraer un electrón de un átomo en estado gaseoso en su + estado fundamental X(g) + Ei → X(g) + e . b) Verdadero. La energía de ionización aumenta al aumentar el número atómico en un periodo ya que los electrones estando en la misma capa están más atraidos por la mayor carga del núcleo. Litio y Boro están en el mismo periodo, segundo periodo. c) Falso. Tiene cuatro electrones de valencia, electrones en la capa externa que pueden formar enlaces, y tiene todos sus electrones de valencia compartidos.
2006-Modelo Cuestión 1. Para el elemento alcalino del tercer periodo y para el segundo elemento del grupo de los halógenos: a) Escriba sus configuraciones electrónicas. b) Escriba los cuatro números cuánticos del último electrón de cada elemento. c) ¿Qué elemento de los dos indicados tendrá la primera energía de ionización menor? Razone la respuesta. d) ¿Cuál es el elemento que presenta mayor tendencia a perder electrones? Razone la respuesta 2
2
6
2
a) Na, Z=11 , 1s 2s 2p 3s 2 2 6 2 5 Cl, Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p b) Números cuánticos: (n, l, ml , s) 2 3s : (3, 0, 0, ±½ ) 5 3p : (3, 1, −1, ±½ ) ó (3, 1, 0, ±½ ) ó (3, 1, 1, ± ½ ) c) El sodio, ya que ambos son del tercer periodo y la energía de ionización disminuye al aumentar el número atómico dentro del mismo periodo, ya que los electrones están en la misma capa pero va aumentando la cantidad de protones en el núcleo. d) El sodio ya que tiene un único electrón de valencia y es relativamente sencillo quitárselo para formar un ión positivo y que tenga configuración electrónica de gas noble.
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2005-Modelo - Cuestión 1. Dados los elementos A, B Y C, de números atómicos 6, 11 Y 17 respectivamente, indique: a) La configuración electrónica de cada uno de ellos. b) Su situación en la tabla periódica (grupo y período). c) El orden decreciente de electronegatividad. 2
2
2
a) A, Z=6, 1s 2s 2p 2 2 6 1 B, Z=11, 1s 2s 2p 3s 2 2 6 2 5 C, Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p b) A, Carbono, grupo carbonoideos (grupo 14), segundo periodo B, Sodio, grupo alcalinos (grupo 1), tercer periodo C, Cloro, grupo halógenos (grupo 17), tercer periodo (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
c) La electronegatividad mide capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones cuando forma un enlace covalente. El sodio es el menos electronegativo, ya que tiene tendencia a ceder el electrón, y entre carbono y cloro, el cloro atraerá más los electrones ya que tiene tendencia a captar un electrón para conseguir configuración de gas noble. Por lo tanto C>A>B
2005-Modelo - Problema 2B. -1
Si la energía de ionización del K gaseoso es de 418 kJ·mol . a) Calcule la energía mínima que ha de tener un fotón para poder ionizar un átomo de K. b) Calcule la frecuencia asociada a esta radiación y, a la vista de la tabla, indique a qué región del espectro electromagnético pertenece. c) ¿Podría ionizarse este átomo con luz de otra región espectral? Razone la respuesta. En caso afirmativo, indique una zona del espectro que cumpla dicho requisito. Datos: h = 6,63·10−34J·s; c = 3,0·108m·s−1; Número de Avogadro = 6,023·1023mol−1 10-1
10-3
10-6
4·10-7
3·10-9
10-12
a) Si necesitamos 418000 J por cada mol, necesitaremos 418000/NA J por cada átomo, es decir 23
418000/6,023·10 =6,94·10
-19
J
b) La longitud de onda está dentro de la región espectral de rayos X, próxima al ultravioleta.
c) Sí podría ionizarse con luz más energética, lo que implica mayor frecuencia, que implica menor longitud de onda: como se pide en qué otra región espectral, sería solamente con rayos γ
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2004-Junio Cuestión 1. Considere los elementos con números atómicos 4, 11, 17 y 33: a) Escriba la configuración electrónica señalando los electrones de la capa de valencia. b) Indique a que grupo del sistema periódico pertenece cada elemento y si son metales o no metales. c) ¿Cuál es el elemento más electronegativo y cuál el menos electronegativo? d) ¿Qué estados de oxidación serán los más frecuentes para cada elemento? 2
a) Z=4, 1s22s2
Capa de valencia: 2s 6 2 5 2 5 2 2 Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p Capa de valencia: 3s 3p
2
2
6
1
1
Capa de valencia: 3s 10 3 2 10 3 2 6 2 6 2 2 Z=33, 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p Capa de valencia: 4s 3d 4p Z=11, 1s 2s 2p 3s
b) Z=4, Berilio (Be), grupo alcalinotérreos (grupo 2), segundo periodo, metal Z=11, Sodio (Na), grupo alcalinos (grupo 1), segundo periodo, metal Z=17, Cloro (Cl), grupo halógenos (grupo 17) tercer periodo, no metal Z=33, Arsénico (As), grupo nitrogenoideos (grupo 15), cuarto periodo, no metal (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
c) El más electronegativo será el Cl (Z=17), ya que como halógeno tendrá tendencia a captar un electrón para conseguir configuración de gas noble, y atraerá los electrones en los enlaces covalentes. El menos electronegativo será el Na (Z=11) ya que como alcalino tendrá tendencia a ceder un electrón para conseguir configuración de gas noble.
d) Z=4 : +2, 0
Z=11: +1, 0 Z=33: -3, 0, +3, +5
Z=17: -1, 0, +1, +3, +5 y +7
2002-Junio Cuestión 1. Indique razonadamente si son ciertas o falsas cada una de las siguientes afirmaciones: a) Dos iones de carga +1 de los isótopos 23 y 24 del sodio (Z=11) tienen el mismo comportamiento químico. b) El ión de carga -2 del isótopo 16 del oxígeno (Z=8) presenta la misma reactividad que el ión de carga - 1 del isótopo 18 del oxígeno. c) La masa atómica aproximada del cloro es 35,5, siendo este un valor promedio ponderado entre las masas de los isótopos 35 y 37, de porcentajes de abundancia 75% y 25%, respectivamente. d) Los isótopos 16 y 18 del oxígeno se diferencian en el número de electrones que poseen. a) Cierto. El comportamiento químico de una especie queda determinado por su configuración electrónica en la capa de valencia, no por la estructura de su núcleo, por lo que no es relevante si es un isótopo. Ambos + iones de Na tienen misma configuración electrónica y tendrán el mismo comportamiento químico. b) Falso. El comportamiento químico de una especie queda determinado por su configuración electrónica en la capa de valencia, no por la estructura de su núcleo, por lo que no es relevante si es un isótopo. Al 2tener distinta configuración electrónica y tendrán distinta reactividad: el ión O tiene configuración de gas noble mientras que el ión O no la tiene y necesita captar otro electrón para conseguirla. c) Cierto. La masa atómica de los elementos es una media ponderada del número másico de los isótopos que lo forman en función de su abundancia.
d) Falso. Dos isótopos se diferencian en el nº de neutrones en el núcleo, no en el nº de electrones.
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2004-Modelo Problema 1B. Un electrón de un átomo de hidrógeno salta desde el estado excitado de un nivel de energía de número cuántico principal n = 3 a otro de n = 1. Calcule: −1 a) La energía y la frecuencia de la radiación emitida, expresadas en kJ·mol y en Hz respectivamente. b) Si la energía de la transición indicada incide sobre un átomo de rubidio y se arranca un electrón que sale −1 con una velocidad de 1670 km·s ¿Cuál será la energía de ionización del rubidio? Datos: R H = 2,18·10 −18J ; NA=6,023·10 23 átomos·mol −1; h=6,63·10−34J·s; melectrón=9,11·10 −31kg
a)
b)
c)
2002-Junio Cuestión 3. Las energías de ionización sucesivas para el berilio (Z=4), dadas en eV, son: E 1=9,3 ; E2=18,2; E3=153,4; ... a) Defina ''primera energía de ionización'' y represente el proceso mediante la ecuación química correspondiente. b) Justifique el valor tan alto de la tercera energía de ionización. a) La primera energía de ionización es la energía mínima a aportar para extraer un electrón de un + átomo en estado gaseoso en su estado fundamental X(g) + Ei → X(g) + e 2
2
b) El berilio tiene configuración electrónica 1s 2s por lo que tiene dos electrones de valencia. Con la primera y segunda energía de ionización se extraen los dos electrones más externos de la segunda capa, 2+ formándose el ión Be que tiene configuración de gas noble. Sin embargo para extraer un tercer electrón hay que extraer un electrón de la primera capa, que está mucho más ligado al núcleo, además de por ser una capa más pequeña y más cercana al núcleo, porque al haber extraído dos electrones los dos restantes están más atraídos por el núcleo, por lo que hay que aportar mucha más energía. Además ya tiene configuración electrónica estable de gas noble.
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2003-Junio Cuestión 1. Dado el elemento A (Z=17), justifique cuál o cuáles de los siguientes elementos, B (Z=19), C (Z=35) y D (Z=11): a) Se encuentran en su mismo periodo. b) Se encuentran en su mismo grupo. c) Son más electronegativos. d) Tienen menor energía de ionización. Como paso previo, comenzaremos por obtener la configuración electrónica de los 4 elementos 2
2
6
2
5
A, Z=17, 1s 2s 2p 3s 3p , grupo 17 (halógenos) y tercer periodo 2 2 6 2 6 1 B, Z=19, 1s 2s 2p 3s 3p 4s , grupo 1 (alcalinos) y cuarto periodo 2 2 6 2 6 2 10 5 C, Z=35, 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p , grupo 17 (halógenos) y cuarto periodo 2 2 6 1 D, Z=11, 1s 2s 2p 3s , grupo 1 (alcalinos) y tercer periodo (Usar números árabes 1 a 18 para grupos nomenclatura actual IUPAC. No usar numeración en romanos más letra A ó B, nomenclatura antigua y confusa entre antigua IUPAC y CAS)
a) En el mismo periodo se encuentran: A y D (tercer periodo, último nivel 3 en configuración electrónica) B y C (cuarto periodo, último nivel 4 en configuración electrónica) b) En el mismo grupo se encuentran: 5 A y C (halógenos, últimos electrones p en configuración electrónica) 1 B y D (alcalinos, últimos electrones s en configuración electrónica) c) Son más electronegativos los del grupo de los halógenos, A y C, ya que tienen mayor tendencia a captar un electrón para conseguir configuración electrónica de gas noble. Es más electronegativo A que C ya que tiene menor número atómico y su radio atómico es menor, con lo que tiene mayor fuerza de atracción sobre electrones externo. d) Tienen menor energía de ionizacioń los del grupo de los alcalinos, B y D, ya que tienen mayor tendencia a ceder un electrón para conseguir configuración electrónica de gas noble. Tiene menor energía de ionización B que D ya que tiene mayor número atómico y su radio atómico es mayor, con lo que tiene menor fuerza de atracción sobre su electrón más externo.
2002-Junio Problema 1A. El espectro visible corresponde a radiaciones de longitud de onda comprendida entre 450 y 700 nm. a) Calcule la energía correspondiente a la radiación visible de mayor frecuencia. b) Razone si es o no posible conseguir la ionización del átomo de litio con dicha radiación. Datos: qelectrón, e =1,6×10 -19 C; velocidad de la luz, c= 3×10 8 m/s; 1 nm = 10 -9 m; constante de Planck, h=6,63×10 -34 J·s; primera energía de ionización del litio = 5,40 eV
a) Por la relación entre frecuencia y longitud de onda, para tener la mayor frecuencia utilizamos la menor longitud de onda
b) No será posible porque la energía de la radiación anterior en eV es menor que la energía de ionización del Litio.
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2002-Septiembre Cuestión 1. Explique razonadamente por qué se producen los siguientes hechos: a) El elemento con Z=25 posee más estados de oxidación estables que el elemento con Z=19. b) Los elementos con Z=10, Z=18 y Z=36 forman pocos compuestos. c) El estado de oxidación más estable del elemento Z=37 es +1. d) El estado de oxidación +2 es menos estable que el +1 para el elemento Z=11. 2
2
6
2
6
2
5
a) Z=25, tiene configuración electrónica 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d , metal transición, tercer periodo 2 2 6 2 6 1 Z=19, tiene configuración electrónica 1s 2s 2p 3s 3p 4s , grupo 1 (alcalinos) y cuarto periodo El elemento Z=19 (K) tiene sólo un electrón de valencia y tiene un único estado de oxidación +1, ya que para conseguir una configuración electrónica estable tan sólo puede ceder un electrón. El elemento Z=25 (Mn) tiene 7 electrones de valencia y, por tanto, múltiples estados de oxidación, ya que para conseguir una configuración electrónica estable puede ceder electrones de varias maneras. Los más habituales, +2,+3, +4, +6, +7, algunos de los cuales se pueden razonar cualitativamente: 2
5
+7: cede los 2 electrones 4s y los 5 correspondientes a 3d 5 +6: cede 1 electrón 4s y los 5 correspondientes a 3d , quedándose con capa 4s semillena y capa 3d vacía. 2 +2: cede los 2 electrones 4s . Se queda con la capa 3d semillena y la capa 4s vacía Los estados +3 y +4 no son sencillos de razonar y están asociados a la Teoría de Campo Cristalino/Teoría de Campo de Ligandos. 2
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b) Z= 10(Ne): 1s 2s 2p ; Z= 18(Ar): 1s 2s 2p 3s 3p y Z= 36(Kr): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p son gases nobles y tienen configuración electrónica estable sin necesidad de asociarse para ceder o captar electrones. 2
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1
c) Z = 37(Rb): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s es un elemento del grupo de los alcalinos, y consigue una configuración electrónica de gas noble cediendo un electrón. 6
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d) Z = 11(Na): 1s 2s 2p 3s es un elemento del grupo de los alcalinos, y consigue una configuración electrónica de gas noble cediendo un electrón, por lo que el estado de oxidación +1 será el más estable, de hecho el estado +2 no será nada estable.
2002-Modelo Problema 2B. Para ionizar un átomo de rubidio se requiere una radiación luminosa de 4,2 eV. a) Determine la frecuencia de la radiación utilizada. b) Si se dispone de luz naranja de 600 nm, ¿se podría conseguir la ionización del rubidio con esta luz? Datos: h=6,6·10 -34 J·s; c=3·108 m·s-1; 1 eV=1,6·10-19 J; 1 nm=10 -9 m.
a)
b) Dado que
Como es menor que la energía de ionización, no se podría conseguir la ionización del rubidio con esa luz.
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2001-Septiembre Cuestión 1. Teniendo en cuenta los elementos Z = 7, Z = 13 y Z = 15, conteste razonadamente: a) ¿cuáles pertenecen al mismo período? b) ¿cuáles pertenecen al mismo grupo? c) ¿cuál es el orden decreciente de radio atómico? d) De los dos elementos Z = 13 y Z = 15 ¿cuál tiene el primer potencial de ionización mayor?
Primero obtendremos sus configuraciones electrónicas e identificaremos los elementos 2
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Z=7, 1s 2s 2p , Nitrógeno. Segundo periodo, grupo 15 2 2 6 2 1 Z=13, 1s 2s 2p 3s 3p , Aluminio. Tercer periodo, grupo 13 2 2 6 2 3 Z=15, 1s 2s 2p 3s 3p , Fósforo. Tercer periodo, grupo 15. a) Z=13 y Z=15 en tercer periodo. b) Z=7 y Z=15 en grupo 15. c) El radio atómico decrece hacia la derecha en el periodo y hacia arriba en el grupo, luego en orden decreciente de radio atómico estarán Al (Z=13) > P (Z=15) > N (Z=7) d) El potencial de ionización aumenta hacia la derecha en el periodo, ya que el radio atómico es menor y el último electrón está más fuertemente ligado al núcleo, por lo que el potencial de ionización del P (Z=15) será mayor que el del Al (Z=13).
2001-Junio Cuestión 1. Considere las configuraciones electrónicas en el estado fundamental: 2 2 7 2 3 2 2 5 2 2 6 1 1ª) 1s 2s 2p ; 2ª) 1s 2s ; 3ª) 1s 2s 2p ; 4ª) 1s 2s 2p 3s . a) Razone cuáles cumplen el principio de exclusión de Pauli. b) Deduzca el estado de oxidación más probable de los elementos cuya configuración sea correcta. a) El principio de exclusión de Pauli indica que no puede haber dos electrones en el mismo átomo con los números cuánticos iguales. Dado que un orbital queda definido por los tres números cuánticos n, l y m, y el número de spin puede tener dos valores, en cada orbital puede haber 2 electrones. 2
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1ª) 1s 2s 2p ; No cumple, ya que hay tres orbitales 2p y admiten 6 electrones. El “séptimo electrón” tendría los números cuánticos iguales a alguno de los 6 electrones anteriores. 2
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2ª) 1s 2s ; 3ª); No cumple, ya que hay 1 orbital 2s y admite 2 electrones. El “tercer electrón” te ndría los números cuánticos iguales a alguno de los 2 electrones anteriores. 2
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3ª) 1s 2s 2p ; Sí lo cumple (se trata de Z=9, F) 1
4ª) 1s 2s 2p 3s ; Sí lo cumple (se trata de Z= 11, Na) b) En los dos elementos en la que la configuración electrónica es correcta (3º F, 4º Na), los estados de oxidación más probables son los que consiguen configuración electrónica de gas noble, Ne Z=10. F tiene como estado de oxidación más probable -1, ya que captará un electrón. Na tiene como estado de oxidación más probable +1, ya que cederá un electrón.
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2000-Septiembre Cuestión 1. Dados los elementos de números atómicos 19, 23 y 48, a) Escriba la configuración electrónica en el estado fundamental de estos elementos. b) Explique si el elemento de número atómico 30 pertenece al mismo periodo y/o al mismo grupo que los elementos anteriores. c) ¿Qué característica común presentan en su configuración electrónica los elementos de un mismo grupo? 2
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a) Z = 19(K): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 2 2 6 2 6 2 3 Z = 23(V): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 Z = 48(Cd): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 2
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b) Z=30(Zn) 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d es un elemento del cuarto periodo y del grupo 12 dentro de los metales de transición. Es del mismo periodo que Z=19, Z=23, pero no del mismo periodo que Z=48. Es del mismo grupo que Z=48, pero no del mismo grupo que Z=19 y Z=23. c) Los elementos de un mismo grupo tienen la misma configuración electrónica en el orbital más externo.
2000-Junio Cuestión 1. Justifique qué especie de cada una de las parejas (átomos ó iones) siguientes tiene mayor volumen: a) (Fe, Kr) b) (Fe, K) c) (Fe, C) 3+ d) (Fe, Fe ) a) Fe es un metal de transición en el cuarto periodo, Z=26 Kr es un gas noble en el cuarto periodo Z=36 Como el radio atómico disminuye hacia la derecha en el mismo periodo, el volumen atómico del Fe será mayor. b) K es un alcalino en el cuarto periodo, Z=19 3+
El radio atómico disminuye hacia la derecha en el mismo periodo, luego el volumen atómico del K será mayor. c) C está en el grupo 14 del segundo periodo, Z=6. El radio atómico disminuye hacia arriba en el grupo y hacia la derecha en el mismo periodo, luego el volumen atómico del Fe será mayor. 3+
d) Fe tiene la misma carga nuclear pero 3 electrones menos en sus orbitales, por lo que los electrones estarán más atraídos por el núcleo y su radio atómico será menor. El volumen atómico de Fe será mayor 3+ que el volumen iónico de Fe .
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2000-Modelo Cuestión 1. Considere los elementos Be (Z=4), O (Z=8), Zn (Z=30) y Ar (Z=18). a) Según el principio de máxima multiplicidad o regla de Hund, ¿cuántos electrones desapareados presenta cada elemento en la configuración electrónica de su estado fundamental? b) En función de sus potenciales de ionización y afinidades electrónicas, indique los iones más estables que pueden formar y escriba sus configuraciones electrónicas. Justifique las respuestas. a) Realizamos sus configuraciones electrónicas 2
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Be (Z=4): 1s 2s 2 2 4 O (Z=8): 1s 2s 2p 2 2 6 2 6 2 10 Zn (Z=30): 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 2 2 6 2 6 Ar (Z=18): 1s 2s 2p 3s 3p Be, Zn y Ar no presentan ningún electrón desapareado En el caso del oxígeno, tiene 2 electrones desapareados: 1 orbital p con 2 electrones y otros dos orbitales p con 1 electrón cada uno de ellos. b) Ar es un gas noble, tiene una configuración electrónica estable y no formará iones. El O tendrá un potencial de ionización alto y alta afinidad electrónica, tendiendo a captar dos electrones 22 2 6 para formar el ión O (1s 2s 2p ) con configuración electrónica de gas noble. El Be tendrá un potencial de ionización bajo y baja afinidad electrónica, tendiendo a ceder dos electrones 2+ 2 para formar el ión Be (1s )con configuración electrónica de gas noble. El Zn tendrá un potencial de ionización bajo y baja afinidad electrónica, tendiendo a ceder dos electrones 2+ 2 2 6 2 6 10 para formar el ión Zn (1s 2s 2p 3s 3p 3d ) con configuración electrónica en la que tiene el nivel d completo y con el resto de electrones configuración de gas noble.
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