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INTRODUCCIÓN ElaprendizajedelaQuímicaconstituyeunretoalqueseenfrentancada añolos,cadavez másescasos,estudiantesde2°debachilleratoqueeligenlasopcionesde“Ciencias”,“Ciencias de la Salud” e “Ingeniería y Arquitectura”. Esto también constituye un reto para los profesoresque,nosolodebensercapacesdebuscarlaformamáseficazparaexplicaresta disciplina,sinoademás,inculcarelinterésquenacedelreconocimientodelpapelquejuega laQuímicaenlavidayeneldesarrollodelassociedadeshumanas. En este contexto, las Olimpiadas de Química suponen una herramienta muy importante ya que ofrecen un estímulo, al fomentar la competición entre estudiantes procedentes de diferentescentrosycondistintosprofesoresyestilosoestrategiasdidácticas. Esta colección de cuestiones y problemas surgió del interés por parte de los autores de realizarunarecopilacióndelaspruebaspropuestasendiferentespruebasdeOlimpiadasde Química,conelfindeutilizarloscomomaterialdeapoyoensusclasesdeQuímica.Unavez inmersos en esta labor, y a la vista del volumen de cuestiones y problemas reunidos, la Comisión de Olimpiadas de Química de la Asociación de Químicos de la Comunidad Valenciana consideró que podía resultar interesante su publicación para ponerlo a disposicióndetodoslosprofesoresyestudiantesdeQuímicaalosquelespudieraresultarde utilidad.Deestamanera,elpresentetrabajosepropusocomounposiblematerialdeapoyo para la enseñanza de la Química en los cursos de bachillerato, así como en los primeros cursosdegradosdeláreadeCienciaeIngeniería.Desgraciadamente,nohasidoposible‐por cuestiones que no vienen al caso‐ la publicación del material. No obstante, la puesta en común de la colección de cuestiones y problemas resueltos puede servir de germen para el desarrollo de un proyecto más amplio, en el que el diálogo, el intercambio de ideas y la compartición de material entre profesores de Química con distinta formación, origen y metodología,peroconobjetivoseinteresescomunes,contribuyaaimpulsarelestudiodela Química. EnelmaterialoriginalsepresentanlaspruebascorrespondientesalasúltimasOlimpiadas NacionalesdeQuímica(1996‐2014)asícomootraspruebascorrespondientesafaseslocales de diferentes Comunidades Autónomas. En este último caso, se han incluido solo las cuestiones y problemas que respondieron al mismo formato que las pruebas de la Fase Nacional.Sepretendeampliarelmaterialconlascontribucionesquerealicenlosprofesores interesadosenimpulsaresteproyecto,encuyocasoseharámenciónexplícitadelapersona quehayarealizadolaaportación. Las cuestiones que son de respuestas múltiples y los problemas se han clasificado por materias, se presentan completamente resueltos y en todos ellos se ha indicado la procedencia y el año. Los problemas, en la mayor parte de los casos constan de varios apartados,queenmuchasocasionessepodríanconsiderarcomoproblemasindependientes. Es por ello que en el caso de las Olimpiadas Nacionales se ha optado por presentar la resolución de los mismos planteando el enunciado de cada apartado y, a continuación, la resolucióndelmismo,enlugardepresentarelenunciadocompletoydespuéslaresoluciónde todoelproblema. Losproblemasycuestionesrecogidosenestetrabajohansidoenviadospor: JuanA.Domínguez(Canarias),JuanRubio(Murcia),LuisF.R.VázquezyCristinaPastoriza (Galicia),JoséA.Cruz,NievesGonzález,GonzaloIsabel(CastillayLeón),AnaTejero(Castilla‐ LaMancha),PedroMárquezyOctavioSánchez(Extremadura),PilarGonzález(Cádiz),Ángel F.SáenzdelaTorre(LaRioja),JoséLuisRodríguez(Asturias),MatildeFernández(Baleares), FernandoNogales(Málaga),JoaquínSalgado(Cantabria). Finalmente,losautoresagradecenaHumbertoBuenosuayudaenlarealizacióndealgunas delasfigurasincluidasenestetrabajo. Losautores CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1 1.CUESTIONESdeESTRUCTURAATÓMICA 1.1.LosnúmerosatómicosdelMnyNison25y28,respectivamente.LosionesMn(II)yNi(II) son,respectivamente: a)Iones y . b)Ambosionesson . c)Iones y . d)Iones y . e)Ambosionesson . (O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Sevilla2004)(O.Q.L.Extremadura2005)(O.Q.L.CastillayLeón2014) LaestructuraelectrónicaabreviadadelMn(Z=25)es[Ar]4s 3d ,yaquedeacuerdocon elPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d ElMn pierdedoselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranenelorbital4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Delamismaforma,paraNi(Z=28)laestructuraselectrónicaes[Ar]4s 3d : 4s 3d ElNi pierdedoselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranenelorbital4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslac. 1.2.¿Cuáldelossiguientesparesdeespeciesquímicassonisoelectrónicas? a)NeyAr b) y c)Ney d) y e) yNa (O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Sevilla2004)(O.Q.L.Almería2005)(O.Q.L.Madrid2011)(O.Q.L.Murcia2011) (O.Q.L.Murcia2012)(O.Q.L.CastillayLeón2014) Especiesisoelectrónicassonaquellasquetienenidénticaestructuraelectrónica. a)Falso.ElelementoconsímboloNeeselneónyperteneceal grupo18 yperiodo2del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 2 ElelementoconsímboloAreselargónypertenecealgrupo18yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . b) Falso. El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquecapta1electrónensucapa másexterna. ElelementoconsímboloCleselcloroypertenecealgrupo17yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . LaconfiguraciónelectrónicadelionCl es[Ne]3s 3p yaquecapta1electrónensucapa másexterna. c)Verdadero.ElelementoconsímboloNeeselneónypertenecealgrupo18yperiodo2 delsistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He] . El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . Laconfiguraciónelectrónicadelion másexterna. es[He] yaquecapta1electrónensucapa d) Falso. El elemento con símbolo Na es el sodio y pertenece al grupo 1 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . LaconfiguraciónelectrónicadelionNa es[He]2s 2p yaquecede1electróndesucapa másexterna. ElelementoconsímboloKeselpotasioypertenecealgrupo1yperiodo4delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s . LaconfiguraciónelectrónicadelionK es[Ne]3s 3p yaquecede1electróndesucapa másexterna. e) Falso. El elemento con símbolo Na es el sodio y pertenece al grupo 1 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede 1 electrón de su capamásexterna. Larespuestacorrectaeslac. (EnMurcia2012secambiaNeyArporHeyAr). 1.3.Elnúmeroatómicodeunelementovienedadopor: a)Elañoenquefuedescubiertoeseelemento. b)Elnúmerodeneutronesqueposeesunúcleoatómico. c)Sumasaatómica. d)Elnúmerodeprotonesexistenteenelátomodedichoelemento. (O.Q.L.Murcia1996)(O.Q.L.CastillayLeón2014) De acuerdo con la ley periódica de H. Moseley, el número atómico de un elemento viene dadoporelnúmerodecargaspositivas,protones,queexistenensunúcleo. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 3 1.4.Alhablardepartículaselementalesenreposoesciertoque: a)Lamasadelprotónesaproximadamente100vecesladelelectrón. b)Lamasadelprotónesigualaladelelectrón. c)Lamasadelelectrónescero. d)Lamasadelprotónescasiigual,peroligeramenteinferior,aladelneutrón. (O.Q.L.Murcia1996) a‐b) Falso. J.J. Thomson, comparando la carga específica (m/e) de los rayos catódicos (electrones) y la de los rayos canales del hidrógeno (protones), propuso que la masa de estosúltimosera1837vecesmayorqueladeloselectrones. c)Falso.SegúndescubrióJ.J.Thomson,losrayoscatódicos(electrones)erandesviadospor camposmagnéticosloqueindicabaquesetratabadepartículasmaterialesynodeondas electromagnéticas. d)Verdadero.Losneutronessonpartículasconunamasaligeramentesuperioraladelos protones. Larespuestacorrectaeslad. 1.5.Heisenbergafirmóensuconocidoprincipioque: a)Esimposibleconocersimultáneamentelavelocidadyposiciónexactadelelectrón. b)Unelectrónnopuedetenerigualesloscuatronúmeroscuánticos. c)Laenergíanisecreanisedestruye,solosetransforma. d)Existeunarelacióninversaentrelaenergíadeunelectrónyelcuadradodesudistanciaal núcleo. (O.Q.L.Murcia1996)(O.Q.L.CastillayLeón2014) ElprincipiodeindeterminaciónoincertidumbrepropuestoporW.Heisenbergdiceque: “esimposibleconocerdeformaexactaysimultáneaelmomento(velocidad)yposición deunelectrónaislado”. Δx·Δp≥ Δx incertidumbredelaposicióndelapartícula h Δp incertidumbredelmomento velocidad delapartícula 4π h constantedePlanck Larespuestacorrectaeslaa. 1.6.ElmodelodeBohryelprincipiodeincertidumbreson: a)Compatiblessiempre. b)Compatiblessisesuponequelamasadelelectrónesfuncióndesuvelocidad. c)Compatiblesparaunnúmerocuánticon>6. d)Incompatiblessiempre. (O.Q.L.Murcia1996) ElmodeloatómicopropuestoporN.Bohrhabladecertezas,yaquepermiteconocerde formaexactaqueelelectróndelátomodehidrógenogiraaunadeterminadadistanciadel núcleo,conunadeterminadavelocidadyconunadeterminadaenergía. ElprincipiodeindeterminaciónoincertidumbrepropuestoporW.Heisenbergdiceque: “esimposibleconocerdeformaexactaysimultáneaelmomento(velocidad)yposición deunelectrónaislado”, porloquealtratardedeterminarlaposiciónexactadeunelectrónsealterasuvelocidady energía. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4 1.7.¿Cuáldelossiguientesgruposdenúmeroscuánticosesimposibleparaunelectrónenun átomo? n l m a) 1 0 0 b) 3 1 2 c) 4 3 1 d) 2 1 0 (O.Q.L.Murcia1996) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ a‐c‐d)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. b)Prohibido.Sil=1,elvalordemsolopuedeser1,0,–1. Larespuestacorrectaeslab. 1.8.LafamosaexperienciadeMillikan,realizadacongotasdeaceite,permitió: a)Determinarlamasadelprotónyneutrón. b)Calcularladensidadrelativadelaceiteydelaguaconunagranprecisión. c)Establecerlacargadelelectrón. d)MedirlalongituddelenlaceC–Cdelosexistentesenlamoléculadeaceite. e)Establecerelpatróninternacionaldedensidades(IDP). f)MedirlaconstantedePlanck. g)Larelacióncarga/masadelapartículaalfa. (O.Q.L.Murcia1996)(O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.L.Murcia2004) LaexperienciadelagotadeaceiterealizadaporR.Millikanen1907permitiódeterminar lacargadelelectrón,e=– 4,77·10 u.e.e.(– 1,592·10 C).Estevalorfuecorregidoen los años treinta cuando se midió correctamente la viscosidad del aceite, obteniéndose, e=– 1,602·10 C. Larespuestacorrectaeslac. (Esta cuestión ha sido propuesta en varias ocasiones combinando diferentes respuestas posibles). 1.9.UnisótopodelelementoKtienenúmerodemasa39ynúmeroatómico19.Elnúmerode electrones,protonesyneutrones,respectivamente,paraesteisótopoes: a)19,20,19 b)19,39,20 c)19,19,39 d)19,19,20 e)20,19,19 (O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.PreselecciónValencia2013) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. La diferencia entre el número másico y el número atómico proporciona el número de neutrones. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 5 19protones Elisótopo Kestáintegradopor 19electrones 20neutrones Larespuestacorrectaeslad. 1.10.TeniendoencuentaqueelelementoNeprecedealNaenlatablaperiódica: a)Elnúmeroatómicodelosiones esigualaldelNe. b)Elnúmerodeelectronesdeion esigualaldelNe. c)Losiones ylosátomosdeNetienendiferentecomportamientoquímico. d)Losiones ylosátomosdeNesonisótopos. e)Losiones ylosátomosdeNereaccionanentresí. (O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.N.Tarazona2003)(O.Q.L.Almería2005) Si el elemento Ne precede al elemento Na en la tabla periódica, su número atómico es unidadmenor,porloquedeacuerdoconelconceptodenúmeroatómicoelNetieneun protónyunelectrónmenosqueelNa. a) Falso. El ion Na tiene un electrón menos que el átomo de Na pero el número de protones(númeroatómico)deambasespecieseselmismo. b) Verdadero. El ion Na tiene un electrón menos que el átomo de Na y por tanto, el mismonúmerodeelectronesqueelátomodeNe. c) Falso. El ion Na y el átomo de Ne tienen el mismo comportamiento químico ya que poseenidénticaconfiguraciónelectrónica,sonespeciesisoelectrónicas. d)ElionNa yelátomodeNenosonisótopos,yaqueparaserlodeberíantenerelmismo númeroatómico(nolotienen)ydiferentenúmeromásico(desconocido). e) Falso. El ion Na y el átomo de Ne tienen idéntica configuración electrónica externa, 2s 2p ,degasinertequelesconfieregranestabilidadeinerciaquímica. Larespuestacorrectaeslab. 1.11.¿Cuáldelassiguientescombinacionesdevaloresparan,l,m,s,representaunadelas solucionespermitidasdelaecuacióndeondasparaelátomodehidrógeno? n l m s a) 2 0 3‐½ b) 2 0 0½ c) 2 1–11/3 d) 4 2 3‐½ e) 5 6 1½ (O.Q.N.CiudadReal1997) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ a)Prohibido.Sil=0,elvalordemdebeser0. b)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. c)Prohibido.Elvalordessolopuedeser+½ó–½. d)Prohibido.Sil=2,elvalordemsolopuedeser–2,–1,0,1,2. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 6 e)Prohibido.Sin=5,elvalordelsolopuedeser0,1,2,3y4. Larespuestacorrectaeslab. 1.12.Señalelaproposicióncorrecta: a)Lalongituddeondacaracterísticadeunapartículaelementaldependedesucarga. b) La transición n = 1 a n = 3 en el átomo de hidrógeno requiere más energía que la transiciónn=2an=5. c)Dosfotonesde400nmtienendistintaenergíaqueunode200nm. d)Losfotonesdeluzvisible(500nm)poseenmenorenergíaquelosderadiacióninfrarroja (10000nm). e)LasenergíasdeloselectronesdeHy sonigualessielnúmerocuánticoneselmismo. f)Cuandounelectrónpasadelaprimeraalaterceraórbitaemiteenergía. (O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Baleares2013) a)Falso.Lalongituddeondaasociadaaunapartículasecalculamediantelaecuaciónde LouisdeBroglie: λ= m=masadelapartı́cula h v=velocidaddelapartı́cula m·v h=constantedePlanck b)Verdadero.Laenergíaasociadaaunatransiciónelectrónica,enkJ,secalculamediante laexpresióndeBohr: ΔE=1312 1 1 n n Lasenergíasasociadasalastransicioneselectrónicaspropuestasson: ΔE13 =1312 1 1 =1166kJ 1 3 1 1 ΔE25 =1312 =276kJ 2 5 ΔE13 >ΔE25 c)Falso.Laenergíacorrespondienteaunfotónsecalculamediantelaecuación: E= h·c λ Lasenergíascorrespondientesaunfotónde200nmyde400nmson,respectivamente: E200 = h·c h·c E400 = 200 400 Laenergíacorrespondientea2fotonesde400nmes: 2·E400 =2 h·c E200 =2·E400 400 d)Falso.Laenergíacorrespondienteaunfotónsecalculamediantelaecuación: E= h·c λ La energíaesinversamenteproporcional alalongitudde onda,portanto elfotóndeluz visible(500nm)tienemayorenergíaquefotóndeluzinfrarroja(10000nm). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 7 e) Falso. Según el modelo de Bohr, la energía correspondiente a un electrón en un nivel cuánticosecalculamediantelaecuación: E J =–2,18·10 Z n Las estructuras electrónicas del H y He son idénticas, 1s , se trata de especies isoelectrónicasenlasquen=1,sinembargoelnúmeroatómicoZesdiferenteparaambas, 1paraelHy2paraelHe. Lasenergíasdeambasespeciesson: EH =–2,18·10 1 =–2,18·10 1 J =–2,18·10 2 =–8,72·10 1 J E E >EH f) Verdadero. Cuando un electrón salta de una órbita con mayor valor de n a otra con menorvalordenemiteenergíaydaunalíneaenelespectrodeemisión. Lasrespuestascorrectassonbyf. (EnlacuestiónpropuestaenBalearessecambianlaspropuestasbyeporf). 1.13.Señalelaproposicióncorrecta: a)Elnúmerodeelectronesdelosiones esigualaldelosátomosneutrosdelgasnobleNe. b)Elnúmeroatómicodelosiones esigualaldelgasnobleNe. c)Losiones ylosátomosdelgasnobleNesonisótopos. d)Elnúmerodeprotonesdelosiones esigualaldelosátomosde . e)Lamasaatómicadelosiones esigualaldelosátomosde . (O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Baleares2009)(O.Q.L.Asturias2011) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Isótopos son átomos con el mismo número atómico (igual número de protones) y diferentenúmeromásico(diferentenúmerodeneutrones). a)Verdadero.LaestructuraelectrónicadelionNa esladelátomodesodio(grupo1y periodo3delsistemaperiódico)[Ne]3s peroconunelectrónmenos,[He]2s 2p yla estructuraelectrónicadelNe(grupo18yperiodo2delsistemaperiódico)es[He]2s 2p . Ambastienen10electrones,setratadeespeciesquímicasisoelectrónicas. b‐d)Falso.Deacuerdoconlasestructuraselectrónicasescritasenelapartadoanterior,el númeroatómicoodeprotonesdelNayportantodelionNa es11,mientrasquedelNees 10. c) Falso. Na y Ne son especies químicas con diferente número de protones, 11 y 10 respectivamente, y su número de neutrones no se puede calcular al no conocer los númerosmásicosdelasespeciespropuestas. e) Falso. Considerando que las masas del protón y del neutrón son aproximadamente iguales,losnúmerosmásicospuedenconsiderarsecomomasasatómicasaproximadas.El Na tieneunamasaaproximadade23uyladel Nees22. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 8 1.14.Dadaslassiguientesconfiguracioneselectrónicasdeátomosneutros: X:1 2 2 Y:1 2 2 3 a)LaconfiguracióndeYcorrespondeaunátomodesodio. b)ParapasardeXaYseconsumeenergía. c)LaconfiguracióndeYrepresentaaunátomodeltercerperiodo. d)LasconfiguracionesdeXeYcorrespondenadiferenteselementos. e)LaenergíaparaarrancarunelectrónesigualenXqueenY. (O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Asturias1998)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004)(O.Q.L.Almería2005) (O.Q.L.Asturias2011) a‐c‐d)Falso.Elsodioesunelementopertenecientealgrupo1delsistemaperiódico,que estáintegradoporloselementos: Periodo Elemento 2 Li 3 Na 4 K 5 Rb 6 Cs 7 Fr El sodio se encuentra en el grupo 1 y periodo 3, por lo que su estructura electrónica es 1s 2s 2p 3s o, de forma abreviada, [Ne] . Sumando el número de electrones se observaquetiene11. La configuración electrónica propuesta para el átomo Y cuenta con 10 electrones, un electrónmenosqueelsodio,yademás,elúltimoelectrónseencuentraenunorbitalcon energíasuperioraladelorbital2p,quetodavíapuedealojarunelectrónmás,porloquela estructuradeYcorrespondeaunestadoexcitadodeunelementodel2ºperiodo. La estructura electrónica propuesta para el átomo X corresponde a la de su estado fundamentalodemínimaenergía. b) Verdadero. Las configuraciones electrónicas de X e Y cuentan con 10 electrones, son isoelectrónicas, la diferencia entre ambas estriba en que en la estructura Y el último electrónseencuentraenunorbitalconenergíasuperior,porlotanto,parapasardeXaY senecesitaaportarenergía. e) Falso. El electrón más externo se encuentra en un subnivel de energía con diferente valordenylaenergíaparaarrancarunelectrónsepuedecalcular,deformaaproximada, mediantelaexpresión: E J =–2,18·10 Z n siendoZ,lacarganuclearefectivadelaespeciequímica. Larespuestacorrectaeslab. 1.15. El número atómico del Fe es 26. Si el Ru está exactamente debajo del Fe en la tabla periódica,elionRu(II)tieneunaconfiguraciónperiódica: a) b) c) d) e) (O.Q.N.CiudadReal1997) Fe y Ru son elementos que pertenecen al grupo 8 del sistema periódico, por lo que la estructura electrónica externa de ambos es ns (n 1)d . Para el Fe (n = 4) ya que se encuentraenelcuartoperiodoyparaRu(n=5)yaqueseencuentraenelquinto. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 9 LaestructuraelectrónicaabreviadadelRues[Kr]5s 4d . La estructura electrónica del ion Ru es [Kr] capamásexterna. ya que cede los dos electrones de su Larespuestacorrectaeslae. 1.16.UnodelospostuladosdeBohrestableceque: a)Laenergíanisecreanisedestruye,solosetransforma. b)Nopuedeexistirunelectrónconloscuatronúmeroscuánticosiguales. c)Loselectronesgiranentornoalnúcleoenórbitascircularessinemitirenergíaradiante. d)Esimposibleconocersimultáneamentelavelocidadyposicióndelelectrón. (O.Q.L.Murcia1997)(O.Q.L.Murcia2014) ElprimerpostuladodeBohrestableceque: “los electrones en sus giros en torno al núcleo no emiten energía y aunque están gobernados por ecuaciones clásicas, solo son posibles las órbitas que cumplen la condicióndecuantización”. Suexpresiónmatemáticaes: v=velocidaddelelectró n n·h m=masadelelectró n m·v·r= h=constantedePlanck 2π r=radiodelaó rbita n es el número cuántico principal que solo puede tomar valores enteros (1, 2, 3,…, ∞) y queindicalaórbitaenlaquesemueveelelectrón. Estasórbitasenlasqueelelectrónnoemiteenergíasellamanestacionarias. Larespuestacorrectaeslac. 1.17.¿Cuáldelassiguientescombinacionesdenúmeroscuánticosn,lymesimposibleparael electróndeunátomo? n l m a) 4 2 0 b) 5 3 ‐3 c) 5 3 4 d) 3 1 1 (O.Q.L.Murcia1997) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ a‐b‐d)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. c)Prohibido.Sil=3,elvalordemsolopuedeser3,2,1,0,–1,–2,–3. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 10 1.18.Laslíneasdelespectrodeemisióndeunelementosedebenaqueloselectrones: a)Saltandeunniveldeenergíadeunátomoaotroniveldeenergíadeotroátomo. b)Chocanentresíenlaórbita,elásticamente. c)Saltandeunnivelaotrodemenorenergía,enelmismoátomo. d)Saltandeunnivelaotrodemayorenergía,enelmismoátomo. (O.Q.L.Murcia1997) Cuando los electrones de un átomo energéticamente excitado caen un nivel cuántico inferior(demenorenergía)emitenladiferenciadeenergíaexistenteentrelosdosniveles enformaderadiaciónelectromagnéticaquedalugaraunalíneaenelespectrodeemisión. ΔE=hν h=constantedePlanck ν=frecuenciadelaradiació n Larespuestacorrectaeslac. 1.19.Rutherfordrealizóunafamosaexperienciaquelepermitióproponersumodeloatómico. Paraello: a)Empleóelectronesfuertementeaceleradosyunánododemolibdeno. b)UsóunnuevoespectrómetrodemasasqueacababadeinventarBohr. c)Hizoincidirradiaciónalfasobreláminasdeoro. d) Bombardeó una pantalla de sulfuro de cinc con la radiación obtenida en el tubo de rayos catódicos. (O.Q.L.Murcia1997) ElexperimentodeRutherfordrealizadoporH.GeigeryE.Marsdenquepermitiódemostrar la existencia del núcleo atómico consistió en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa y medir la gran desviación de unas pocas partículas al “chocar” contra la láminametálica. E.Rutherfordexplicóladesviacióndeestaspartículassuponiendolaexistenciaenelátomo deunnúcleocentral,pequeño,másicoypositivoquerepelíaalaspartículasalfacargadas positivamente. Larespuestacorrectaeslac. 1.20.DeacuerdoconelprincipiodeincertidumbredeHeisenberg: a)Loselectronessemuevendescribiendoórbitascirculares. b)Loselectronessemuevendescribiendoórbitaselípticas. c)Sielelectrónestádescritoporelorbital1s,sumovimientoestárestringidoaunaesfera. d)Nosepuedeconocerlatrayectoriadelelectrón. (O.Q.L.Murcia1997) ElprincipiodeindeterminaciónoincertidumbrepropuestoporW.Heisenbergdiceque: “es imposible conocer de forma exacta y simultánea el momento (velocidad) y posicióndeunelectrónaislado”. Suexpresiónmatemáticaes: Δx·Δp≥ Δx incertidumbredelaposicióndelapartícula h Δp incertidumbredelmomento velocidad delapartícula 4π h constantedePlanck Si no se puede conocer, de forma exacta, la posición, tampoco es posible conocer la trayectoria. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 11 1.21.Laconfiguraciónelectrónica: 1 2 2 3 3 nopuedecorresponderalasiguienteespeciequímica: a) b) c) d) e) (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004) (O.Q.L.LaRioja2012) a) Falso. El elemento cuyo símbolo es Ar es el argón cuya configuración electrónica abreviada es 1s 2s 2p 3s 3p , de forma abreviada [Ne] 3s 3p . Esta configuración electrónicacoincideconlapropuesta. b) Falso. El elemento cuyo símbolo es Ca es el calcio cuya configuración electrónica abreviadaes[Ar]4s . La configuración electrónica del ion Ca es [Ne] 3s 3p ya que pierde dos electrones externosdelorbital4s.Estaconfiguraciónelectrónicacoincideconlapropuesta. c) Falso. El elemento cuyo símbolo es Cl es el cloro cuya configuración electrónica abreviadaes[Ne]3s 3p . La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] 3s 3p ya que gana un electrón y completaelorbital3p.Estaconfiguraciónelectrónicacoincideconlapropuesta. d)Verdadero.ElelementocuyosímboloesSeselazufrecuyaconfiguraciónelectrónica abreviadaes[Ne]3s 3p . La configuración electrónica del ion S es [Ne] 3s 3p ya que pierde dos electrones externosdelorbital3p.Estaconfiguraciónelectrónicanocoincideconlapropuesta. e) Falso. El elemento cuyo símbolo es S es el azufre cuya configuración electrónica abreviadaes[Ne]3s 3p . La configuración electrónica del ion S es [Ne] 3s 3p ya que gana dos electrones y completaelorbital3p.Estaconfiguraciónelectrónicacoincideconlapropuesta. Larespuestacorrectaeslad. (EnCastillayLeón1997lapreguntaesafirmativaysecambianCl yS porNaySe ). 1.22.Unorbitalatómicoes: a) Una función matemática que proporciona una distribución estadística de densidad de carganegativaalrededordeunnúcleo. b)Unoperadormatemáticoaplicadoalátomodehidrógeno. c)Unacircunferenciaounaelipsedependiendodeltipodeelectrón. d)Útilparacalcularlaenergíadeunareacción. (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.CastillayLeón2001)(O.Q.L.CastillayLeón2002) (O.Q.L.CastillayLeón2007) Unorbitalatómicoesunaregióndel espaciocon unaciertaenergíaenla queexisteuna elevada probabilidad de encontrar un electrón y que viene descrito por una función matemáticallamadafuncióndeonda,Ψ. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 12 1.23. Un electrón se caracteriza por los siguientes números cuánticos n = 3 y l = 1. Como consecuenciasepuedeafirmarque: a)Seencuentraenunorbital3d. b)Seencuentraenunorbital3p. c)Enunmismoátomopuedenexistir4orbitalesconesosmismosvaloresdenyl. d)Seencuentraenunorbital3s. e)Enunmismoátomopuedenexistir6electronesconesosmismosvaloresdenyl. (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.CastillayLeón2008) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,,0,+l Además los diferentes valores del número cuántico secundario se corresponden con el tipodeorbitalatómico: l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf a)Falso.Paraunorbital3d(n=3yl=2). b)Verdadero.Paraunorbital3p(n=3yl=1). c) Falso. Es imposible ya que los orbitales del mismo nivel se diferencian en el valor del númerocuánticol. d).FalsoParaunorbital3s(n=3yl=0). e)Verdadero.Ennivelcuánticon=3existentresorbitales3pquetienenelmismonúmero cuánticol=1,yencadaunodeelloscabendoselectronescondiferentenúmerocuántico despín. Lasrespuestascorrectassonbye. 1.24.Indiquecuálesdelossiguientesconjuntosdenúmeroscuánticos(n,l, asignarseaalgúnelectrón: a)2,0,1,½ b)2,0,0,‐½ c)2,2,1,½ d)2,2,‐1,½ e)2,2,2,‐½ , )pueden (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.CastillayLeón2008) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =–l,…,0,…,+l m =±½ a)Prohibido.Sil=0,elvalordem debeser0. b)Permitido.Todoslosvaloresdelosnúmeroscuánticossoncorrectosparaunelectrón enunorbital2s. c‐d‐e)Prohibido.Sin=2,elvalordeldebeser0,1. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 13 1.25.Elion tiene: a)Dosprotonesmásqueunátomodecalcioneutro. b)Unamasade40,1g(40,1eslamasaatómicarelativadelcalcio). c)Unaconfiguraciónelectrónicadegasnoble. d)Electronesdesapareados. (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.CastillayLeón1999) a)Falso.Unátomoysuiontienenelmismonúmerodeprotones. b) Falso. Aunque la masa del electrón es mucho más pequeña que la del protón y el neutrón,lamasadeuncatiónesligeramenteinferiorqueladelátomodelqueprocede. c)Verdadero.Laestructuraelectrónicaabreviadadelcalcioes[Ar]4s ysipierdelosdos electrones situados en el orbital 4s adquiere estructura electrónica de gas noble ysetransformaenelionCa . [Ne] d)Falso.Comoseobservaenladistribucióndeloselectronesenlosorbitales,elionCa nopresentaelectronesdesapareados. 3s 3p Larespuestacorrectaeslac. 1.26.LaconfiguraciónelectrónicadelLienelestadofundamentales1 2 yportanto: a)ElLiesunelementodelgrupo12. b)ElátomodeLitienepropiedadesmagnéticas. c)Laenergíadelelectrón2senelLivienedadaporlafórmuladeBohrconn=2. d)Laenergíadelorbital2senelLiyenelHeslamisma. e)Estaconfiguraciónpodríaser1 2 yaquelosorbitales2sy2psondegenerados. f)ElLiesunelementodelgrupo2. g)Reaccionafácilmenteconelcloro. (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.Murcia2006) a‐f) Falso. De acuerdo con la estructura electrónica, el Li es un elemento que tiene un electrónensuúltimacapa,2s ,yloselementosconunúnicoelectrónexternopertenecen algrupo1delsistemaperiódico. b) Verdadero. De acuerdo con la estructura electrónica, el Li tiene un electrón desapareado. Los átomos o iones que presentan electrones desapareados son especies paramagnéticasquecreanuncampomagnéticoquehacequeseanatraídasporuncampo magnético externo. La atracción aumenta con el número de electrones despareados que presentan. c) Falso. Según el modelo de Bohr, la energía correspondiente a un electrón en un nivel cuánticosecalculamediantelaecuación: E J =–2,18·10 Z n dondeZeselnúmeroatómicoynelnúmerocuánticoprincipalqueindicaelnivelcuántico enelqueseencuentraelelectrónperosoloesaplicableaátomoshidrogenoides,esdecir, que tienen un solo electrón. De acuerdo con su estructura electrónica, el Li tiene tres electrones(Z=3). d) Falso. Según el modelo de Bohr, la energía correspondiente a un electrón en un nivel cuánticosecalculamediantelaecuación: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) E J =–2,18·10 14 Z n dondeZeselnúmeroatómicoynelnúmerocuánticoprincipalqueindicaelnivelcuántico enelqueseencuentraelelectrón. De acuerdo con sus estructuras electrónicas, H y Li tienen diferente valor de Z, respectivamente, 1 y 3, así que aunque el valor de n sea el mismo (2 por tratarse del orbital2s),lasenergíasserándiferentes. e) Falso. La configuración electrónica 1s 2p no correspondería al estado fundamental seríaunestadoexcitadodelLiyaqueseincumpleelprincipiodemínimaenergíaquedice que:“loselectronesvanocupandolosorbitalessegúnenergíascrecientes”.Ademáselorbital 1snoseencuentraenergéticamentedegenerado. g) Verdadero. El litio tiende a ceder un electrón y formar el ion Li+ con estructura electrónica,muyestable,degasinerte1s . Elcloroesunelementodelgrupo17yperiodo3delsistemaperiódicoporloqueletieneuna estructuraelectrónicaabreviada[Ne]3s 3p .Sicaptaunelectrón,completaelorbital3py adquiereestructuraelectrónica,muyestable,degasinerte[Ne]3s 3p quecorrespondeal ionCl . LosionesLi yCl seatraenyformanunenlaceiónico. Lasrespuestascorrectassonbyg. (EnMurcia2006aybsereemplazanporfyg). 1.27.¿Cuáldelassiguientesondaselectromagnéticastienenlongituddeondamáslarga? a)Rayoscósmicos b)Microondas c)RayosX d)Rayosγ e)Luzvisible (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Barcelona2001)(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004) (O.Q.L.Extremadura2003)(O.Q.L.Extremadura2005)(O.Q.L.Murcia2010) La figura adjunta muestra las diferentes ondas que componen el espectro electromagnético(EEM),ordenadasdemayoramenorlongitud: Deacuerdoconlafigura,lasondasmáslargas(demenorfrecuencia)sonlasmicroondas (MW). Larespuestacorrectaeslab. (En la cuestión propuesta en Barcelona 2001, Extremadura 2005 y Murcia 2010 se preguntacuálessonlasquetienenmenorfrecuencia). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 15 1.28. Calcule la frecuencia de la radiación de microondas con una longitud de onda de 0,10cm. a)3,3·10 Hz b)3,3·10 Hz c)3,0·10 Hz d)3,0·10 Hz e)3,0·10 Hz (Dato.Velocidaddelaluz=3,00·10 m· ) (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.Madrid2010)(O.Q.L.PreselecciónValencia2013) La relación entre la longitud de onda y la frecuencia de una radiación electromagnética vienedadaporlaexpresión: c=λ·ν Lafrecuenciadelaradiaciónes: ν= 3,00·10 m·s 0,10cm 100cm =3,00·10 1m (Hz) Larespuestacorrectaeslad. 1.29. Los números atómicos del Cr y Co son 24 y 27, respectivamente. Los iones Cr(III) y Co(III)sonrespectivamente: a) losdosiones b) y c) losdosiones d) y e) y (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Madrid2011) LaestructuraelectrónicaabreviadadelCr(Z=24)es[Ar]4s 3d ,yaquedeacuerdocon elPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d ElCr pierdetreselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranunodeellosenelorbital4syotrosdosenelorbital3d,ysu estructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Delamismaforma,paraCo(Z=27)laestructuraselectrónicaes[Ar]4s 3d : 4s 3d CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 16 ElCo pierdetreselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valor de n y que se encuentran dos de ellos en el orbital 4s y otro en el orbital 3d, y su estructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslad. (CuestiónsimilaralapropuestaenNavacerrada1996). 1.30.Paralaespecieiónica ,(Z=8)sepuedeafirmarque: a)Sunúmeroatómicoeselmismoqueeldelelementosituadoacontinuaciónenelmismo períododelatablaperiódica. b)Suconfiguraciónelectrónicaseráigualaladelelementoquelesigueenelmismoperíodo. c)Tienedoselectronesdesapareados. d)Sunúmeromásicoeselmismoqueeldelelementoquelesigueenelmismoperíodo. e)Notienepropiedadesparamagnéticas. f)Sunúmeroatómicoeselmismoqueeldelelementoquelesigueenelmismoperíodo. g)Suconfiguraciónelectrónicaesigualaladelelementoqueleprecedeenelmismoperíodo. (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.Baleares2002)(O.Q.L.Asturias2009)(O.Q.L.LaRioja2010) (O.Q.L.LaRioja2012)(O.Q.L.Asturias2014) LaestructuraelectrónicadelionO es1s 2s 2p yaquetieneunelectrónqueelátomo deO.Aunquetiene9electronessunúmeroatómicoZes8. a)Falso.Unelementose diferenciadelinmediatoanterioren quesunúmeroatómicoes unaunidadsuperioryportantotieneunprotónyunelectrónmás. b) Verdadero. El ion O y el elemento que le sigue en el mismo periodo, F , tienen la .Setratadeespeciesisoelectrónicas. mismaestructuraelectrónica, c‐e)Falso.DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos” alionO lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 2s 2p Comoseobserva,tieneunúnicoelectróndesapareado. Lasespeciesquímicasconelectronesdesapareadossedenominanparamagnéticasyson aquellasqueinteraccionanconuncampomagnético. d) Falso. Dos elementos situados en diferentes periodos tienen números atómicos diferentes (tienen diferente número de capas electrónicas). Alcrecer el número atómico (protones) también crece el número de neutrones, por tanto, ambos elementos tienen númerosmásicosdistintos. f)Falso.ElnúmeroatómicoZescaracterísticodecadaelemento. g)Falso.ElionO yelelementoqueleprecedeenelmismoperiodo, N,tienendiferente estructuraelectrónica,yaqueposeendiferentenúmerodeelectrones. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 17 Larespuestacorrectaeslab. (Laspropuestasestánrepartidasentrelasdiferentesolimpiadas). 1.31¿Quécombinacióndenúmeroscuánticosnopuedecorresponderaunelectrón? n l m a) 5 0 1 b) 3 1 ‐1 c) 5 3 ‐2 d) 3 1 0 (O.Q.L.Murcia1998) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ a)Prohibido.Sil=0,elvalordemsolopuedeser0. b‐c‐d)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. Larespuestacorrectaeslaa. 1.32.Unadelassiguientesdesignacionesparaunorbitalatómicoesincorrecta,¿cuáles? a)6s b)3f c)8p d)4d (O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2014) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) Además los diferentes valores del número cuántico secundario se corresponden con el tipodeorbitalatómico: l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf a)Verdadero.Orbital6s(n=6,l=0). b)Falso.Orbital3f(n=3,l=3).Combinaciónprohibida. c)Verdadero.Orbital8p(n=8,l=1). d)Verdadero.Orbital4d(n=4,l=2). Larespuestacorrectaeslab. (EnCastilla‐LaMancha2014secambian6spor1sy8ppor2p). 1.33.Delassiguientesparejas,¿encuáldeellaslasdosespeciessonisoelectrónicas? a) yFe b)Ky c) y d) y (O.Q.L.Murcia1998) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 18 Especiesisoelectrónicassonaquellasquetienenidénticaestructuraelectrónica. ElelementoconsímboloSeselazufreypertenecealgrupo16yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . La configuración electrónica del ion S completaelorbital3p. es [Ne] ya que gana dos electrones y ElelementoconsímboloFeeselhierroypertenecealgrupo8yperiodo4delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar] . ElelementoconsímboloKeselpotasioypertenecealgrupo1yperiodo4delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar] . El elemento con símbolo Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . LaconfiguraciónelectrónicadelionMg sucapamásexterna. es[He] yaquecededoselectronesde ElelementoconsímboloCaeselcalcioypertenecealgrupo2yperiodo4delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s . LaconfiguraciónelectrónicadelionCa es[Ne] capamásexterna. yaquecededoselectronesdesu ElelementoconsímboloCleselcloroypertenecealgrupo17yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] completaelorbital3p. Laparejadeespeciesisoelectrónicases y ya que gana un electrón y . Larespuestacorrectaeslac. 1.34.Lasespeciesquímicas yHe: a)ReaccionanentresíparaformarHeH. b)Sonisotópicas. c)Sonisotónicas. d)Sonisoeléctricas. (O.Q.L.Murcia1998) Lasdosespeciestienenlamismaconfiguraciónelectrónica,1s ,porlosonisoeléctricaso isoelectrónicas. Larespuestacorrectaeslad. 1.35.Cuáldelassiguientesafirmacionesescierta.Dosátomossonisótopossitienen: a)Igualcomposicióndelnúcleoydiferenteestructuraelectrónica. b)Igualcomposicióndelnúcleoeigualestructuraelectrónica. c)Igualestructuraelectrónicaydiferentenúmerodeprotonesenelnúcleo. d)Igualestructuraelectrónicaydiferentenúmerodeneutronesenelnúcleo. (O.Q.L.CastillayLeón1998) mismonúmeroatómicoigualnúmerodeprotones Isótopossonátomoscon mismonúmeroatómicoigualestructuraelectrónica distintonúmeromásicodiferentenúmerodeneutrones CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 19 Larespuestacorrectaeslad. 1.36. El titanio se usa en aleaciones metálicas y como sustituto del aluminio. La relativa inerciadeltitaniolohacetambiéneficazenlafabricacióndeprótesisentraumatología.La configuraciónelectrónicadeltitanioes: a)[Ar]4 3 b)1 2 2 3 3 4 3 c)[He]3 3 4 3 d)1 2 2 3 3 4 3 e)1 2 2 3 3 4 3 f)1 2 2 3 3 4 4 (O.Q.L.CastillayLeón1998)(O.Q.L.Murcia2001) El elemento titanio de símbolo Ti pertenece al grupo 4 del sistema periódico, que está integradoporloselementos: Periodo Elemento 4 Ti 5 Zr 6 Hf 7 Rf seencuentraenelperiodo4,porloquesuestructuraelectrónicaes: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d o,deformaabreviada,[Ar] . Larespuestacorrectaeslaa. (Lasdiferentespropuestasestánrepartidasentreambasolimpiadas). 1.37.Loscuatronúmeroscuánticosdeunelectróncuyanotaciónes4 a)n=3;l=4; =–1; =+½ b)n=4;l=2; =+2; =–½ c)n=4;l=2; =–2; =–½ d)n=4;l=2; =0; =–½ son: (O.Q.L.CastillayLeón1998) Aunelectrónqueseencuentreenunorbital4dlecorrespondelasiguientecombinación denúmeroscuánticos: n=4(cuartoniveldeenergía) l=2(subniveldeenergíad) m = 2, 1, 0, –1, –2 (indistintamente, ya que el subnivel d está quíntuplemente , degenerado,esdecir,elsubniveldtiene5orbitalesdiferentesd ,d ,d ,d d ) m =½ Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitaleses: 4s 3d Teniendoencuentaqueloscincoorbitales3dsondegenerados,esdecir,tienenelmismo valor de la energía, es indiferente cuál sea el valor del número cuántico ml que se les asigne, Además, el electrón d tiene spín negativo, por tanto las combinaciones de númeroscuánticospropuestasenb,cydsoncorrectas. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 20 1.38.Solounadelassiguientesproposicionesesfalsa: a) Electrones apareados son aquellos que se encuentran en un mismo orbital, diferenciándosesoloenelspín. b)Unelectróndesapareadoesaquelqueseencuentraaisladoenunorbital. c)El existe. d)Elnúmerocuánticosecundariolvaríadesde0hasta(n–1). (O.Q.L.CastillayLeón1998) a) Verdadero. De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, en un mismo orbital se encuentran como máximo dos electrones apareados con diferente número cuántico de spín. b) Verdadero. De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, si un en mismo orbital solohayunelectrónesteseencuentradesapareado. c) Falso. Los gases inertes tienen configuración electrónica s p , por lo que tienen su octetocompletoynoformanenlaces,motivoporelcualnoexistelamoléculade . d)Verdadero.Elnúmerocuánticosecundarioltomalosvalores0,1,2,…,(n–1). Larespuestacorrectaeslac. 1.39.Seconocequeelnúmerodeelectronesdeunátomoenestadofundamentales11ypor tantosetratadeunelementoquímico: a)Gasnoble b)Halógeno c)Alcalinotérreo d)Alcalino (O.Q.L.CastillayLeón1998) Un átomo con 11 electrones posee la configuración electrónica 1s 2s 2p 3s . Un elementoquetieneunúnicoelectrónenunorbitalsesunalcalino. Larespuestacorrectaeslad. 1.40.Indicacuálocuálesdelasafirmacionessiguientessonaceptables: Unorbitalatómicoes: a)Unazonadelespacioenlaqueseencuentrandoselectrones. b)Unazonadelespacioenlaqueseencuentraunelectrón. c) Una función matemática que es solución de la ecuación de Schrödinger para cualquier átomo. d) Una función matemática que es solución de la ecuación de Schrödinger para átomos hidrogenoides. e) El cuadrado de una función de onda de un electrón que expresa una probabilidad de presencia. (Valencia1998) a) No aceptable. Falta decir que la probabilidad de encontrar un electrón debe ser muy elevadayquesihaydos,deacuerdoconelPrincipiodeExclusióndePauli,debentenerlos spinesopuestos. b)Noaceptable. Faltadecirquelaprobabilidad deencontrarunelectróndebeser muy elevada. c‐d)Noaceptable.LaecuacióndeSchrödingerdescribeel movimientodeloselectrones consideradoscomoondasynocomopartículas. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 21 e) Aceptable. El cuadrado de la función de ondas, Ψ , representa la probabilidad de encontraralelectrónenunaregióndeterminada,esdecir,el“orbital”:regióndelespacio enlaquehayunamáximaprobabilidaddeencontraralelectrón. Larespuestacorrectaeslae. 1.41.Dadaslassiguientesconfiguracionesdeátomosneutros: X:1 2 2 3 Y:1 2 2 3 3 a)LaenergíaparaarrancarunelectrónesigualenXqueenY. b)LasconfiguracionesdeXeYcorrespondenadiferenteselementos. c)LaconfiguracióndeYrepresentaaunmetaldetransición. d)ParapasardeXaYseconsumeenergía. e)LaconfiguracióndeYcorrespondeaunátomodealuminio. (O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.Asturias2009) a) Falso. El electrón más externo se encuentra en un subnivel de energía con diferente valordenylaenergíaparaarrancarunelectrónsepuedecalcular,deformaaproximada, mediantelaexpresión: E J =–2,18·10 Z n siendoZ,lacarganuclearefectivadelaespeciequímica. b‐c‐e) Falso. La configuración electrónica propuesta para el átomo Y cuenta con 12 electrones,yademás,elúltimoelectrónseencuentraenunorbitalconenergíasuperiora ladelorbital3s,quetodavíapuedealojarunelectrónmás,porloquelaestructuradeY correspondeaunestadoexcitadodeunelementodel3erperiodo. AlátomoYlecorrespondeunaestructuraelectrónicaabreviadaenelestadofundamental del átomo [Ne] 3s por lo que se encuentra en el grupo 2 y periodo 3 del sistema periódico.Estegrupo(metalesalcalinotérreos)estáintegradoporloselementos: Periodo Elemento 2 Be 3 Mg 4 Ca 5 Sr 6 Ba 7 Ra ElátomoYeselMgenunestadoenergéticoexcitado. d) Verdadero. Las configuraciones electrónicas de X e Y cuentan con 12 electrones, son isoelectrónicas, la diferencia entre ambas estriba en que en la estructura Y el último electrónseencuentraenunorbitalconenergíasuperior,porlotanto,parapasardeXaY seconsumeenergía. Larespuestacorrectaeslad. 1.42.Elespectrodeemisióndelhidrógenoatómicosepuededescribircomo: a)Unespectrocontinuo. b)Seriesdelíneasigualmenteespaciadasrespectoalalongituddeonda. c)Unconjuntodeseriesdecuatrolíneas. d)Seriesdelíneascuyoespaciadodisminuyealaumentarelnúmerodeondas. e)Seriesdelíneascuyoespaciadodisminuyealaumentarlalongituddeonda. (O.Q.N.Almería1999) Un espectro atómico se define como un conjunto discontinuo de líneas de diferentes coloresconespaciadoentreestasquedisminuyealdisminuirlalongituddeondaoloque eslomismoalaumentarelnúmerodeondas(1/)yescaracterísticoparacadaelemento. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 22 Porejemplo,paralaseriedeLyman: (nm) 121,5 102,5 97,2 94,9 93,7 Salto 21 31 41 51 61 1/(nm 8,2·10 9,8·10 1,02·10 1,05·10 1,07·10 ) Δ(nm) 19,0 5,3 2,3 1,2 Larespuestacorrectaeslad. 1.43. El conjunto de números cuánticos que caracteriza al electrón externo del átomo de cesioensuestadofundamentales: a)6,1,1,½ b)6,0,1,½ c)6,0,0,‐½ d)6,1,0,½ e)6,2,1,–½ (O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.Almería2005)(O.Q.L:LaRioja2011) (O.Q.L.PreselecciónValencia2013) El cesio es un elemento perteneciente al grupo 1 y periodo 6 del sistema periódico. Le corresponde una estructura electrónica abreviada [Xe] 6s . De acuerdo con ella, los valoresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdesuelectrónmásexternoson: n=6(seencuentraenel6ºperiodooniveldeenergía) l=0(setratadelsubnivels) m=0(setratadeunorbitals) s=±½(segúncuálseaelspíndelelectrón) Larespuestacorrectaeslac. 1.44.¿QuécombinacióndenúmeroscuánticospuedecorresponderlealelectrónddelSc? n l m a) 2 3 0 b) 4 2 1 c) 3 2 ‐2 d) 3 1 ‐1 (O.Q.L.Murcia1999) ElelementoSc,escandio,seencuentraenelgrupo3yperiodo4delsistemaperiódico.Por tanto,lecorrespondeunaconfiguraciónelectrónicaabreviada[Ar]4s 3d .Losnúmeros cuánticoscorrespondientesalelectrón3d son: n=3(tercerniveldeenergía) l=2(subniveldeenergíad) m = 2, 1, 0, –1, –2 (indistintamente, ya que el subnivel d está quíntuplemente degenerado,esdecir,elsubniveldtiene5orbitalesdiferentesd ,d ,d ,d , d ) Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 23 1.45.Laenergíadelelectróndelátomodehidrógeno,enjulios,puedecalcularsepormedio delaexpresión (J)=–2,18·10 / ,dóndenindicaelnúmerocuánticoprincipal.¿Cuál serálafrecuenciadelaradiaciónabsorbidaparahacerpasarelelectróndesden=2hasta n=4? a)0,082ciclos· b)6,023·10 Hz c)6,17·10 d)1,09·10 Hz (Dato.h=6,626·10 J·s) (O.Q.L.Murcia1999) Laenergíaasociadaaunatransiciónelectrónicasecalculamediantelaexpresión: 1 1 n n ΔE=2,18·10 Laenergíaabsorbidaparalatransiciónelectrónica24es: ΔE24 =2,18·10 1 1 =4,09·10 4 2 J Laenergíadelsaltoestácuantizadadeacuerdoconlaexpresión: ΔE=h·ν Despejando: ν= 4,09·10 6,626·10 J J·s =6,17·10 (Hz) Larespuestacorrectaeslac. 1.46.Ladistribuciónelectrónica: 1 2 2 3 3 4 3 4 corresponde: a)Alion b)Alion c)AunátomodeSe,ensuestadofundamental d)AunátomodeHgexcitado. (O.Q.L.Murcia1999) a) Falso. El elemento con símbolo Ga es el galio y pertenece al grupo 13 y periodo 4 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]3d 4s 4p . LaconfiguraciónelectrónicadelionGa es[Ar]3d 4s yaquecedeelelectróndelorbital 4p. b)Falso.ElelementoconsímboloBreselbromoypertenecealgrupo17yperiodo4del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]3d 4s 4p . La configuración electrónica del ion Br es [Ar] 3d 4s 4p ya que gana un electrón y completaelorbital4p. c)Verdadero.ElelementoconsímboloSeeselselenioypertenecealgrupo16yperiodo 4delsistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicacoincideconlapropuesta 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 24 d)Falso.ElelementoconsímboloHgeselmercurioypertenecealgrupo12yperiodo6 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Xe] 6s 4f 5d . Para que se encuentre en un estado excitado basta con que uno de sus electrones no cumplaelPrincipiodeMínimaEnergíaoeldeMáximaMultiplicidaddeHund. Larespuestacorrectaeslac. 1.47.Eldeuterio: a)Estáformadopordosátomosdeuterio. b)Esunátomoisotópicodelátomodehidrógeno. c)Tieneconfiguraciónelectrónicadegasnoble. d)Tienesunúmeroatómicoiguala2. (O.Q.L.Murcia1999)(O.Q.L.Baleares2011) Eldeuterioesunisótopodelhidrógeno( H)quetieneunneutrónensunúcleo. Larespuestacorrectaeslab. 1.48. Cuando se somete a un átomo a los efectos de un campo magnético intenso, el nivel de númerocuánticol=3sedesdoblaen: a)2niveles b)3niveles c)7niveles d)6niveles (O.Q.L.CastillayLeón1999)(O.Q.L.CastillayLeón2009) Los diferentes valores del número cuántico magnético, m , debidos a la presencia de un campomagnéticoexterioresde(2l+1).Sil=3,entonces,m =7. Larespuestacorrectaeslac. 1.49.Supuestaslassiguientesafirmaciones: 1)Isótopossonátomosdeunmismoelementocondiferentenúmerodeelectrones. 2)Lamasaatómicarelativadeunelementovienedadaporsunúmerototalde electrones. 3)Aproximadamente,lamasaatómicarelativadeunelementoeslasumadelamasa deprotonesmáslamasadeloselectrones. 4)Aproximadamente,lamasaatómicarelativadeunelementoeslasumadeprotones máslosneutrones. 4bis)Isótopossonátomosdeunmismoelementoquímicoquesediferencianenla Posicióndeloselectronesenlasdistintasórbitas. Señalecuáldelaspropuestassiguientesescorrecta: a)Solola1y2sonfalsas. b)1y4sonciertas. c)Solola4escierta. d)Ningunaescierta. (O.Q.L.CastillayLeón1999)(O.Q.L.CastillayLeón2000)(O.Q.L.CastillayLeón2001) Lamasaatómicarelativadeunelementosecalculaapartirdelasmasasatómicasdelos diferentesisótoposnaturalesdeeseelementoydesusabundanciasrelativas. 1‐4bis) Falso. Isótopos son átomos de un mismo elemento con diferente número de neutrones. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 25 2‐3) Falso. El número de electrones de un átomo no afecta prácticamente al valor de su masa. 4)Falso.Lasumadeprotonesyneutronesdeunelementoproporcionasunúmeromásico. Larespuestacorrectaeslad. (EnCastillayLeón2001lapropuesta4bisreemplazaala4). 1.50.LafuncióndeondaΨ(2,2,0)representa: 1)Elorbital2p 2)Elorbital3p 3)Elorbital2d 4)Norepresentaningúnorbital. Señalecuáldelassiguientespropuestasescorrecta: a)Solola3esfalsa b)Solola4escierta c)Solola2escierta d)Ningunaescierta (O.Q.L.CastillayLeón1999)(O.Q.L.CastillayLeón2000)(O.Q.L.CastillayLeón2001) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunorbital: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l Si n = 2, el valor de l solo puede ser 0 y 1, por tanto, la función de onda propuesta no correspondeaningúnorbitalatómico. Larespuestacorrectaeslab. 1.51. En el estado fundamental del Mn (Z = 25) ¿cuántos electrones tienen el número cuánticomagnéticom=0? a)14 b)13 c)8 d)2 (O.Q.L.CastillayLeón1999) Laestructuraelectrónicadelmanganeso(Z=25)es1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d . Encadasubnivelhayporlomenos unorbitalal quelecorrespondeel valordelnúmero cuántico m = 0 y en cada orbital dos electrones, excepto en el último que solo hay uno. Comohay7orbitalesdiferentes,unodeellosincompleto,elnúmerodeelectronesconel númerocuánticom=0es13. Larespuestacorrectaeslab. 1.52.ElnúmeroatómicodeunelementoAesZ=23,¿cuáldelassiguientesconfiguraciones electrónicasescorrectapara ? a)1 2 2 3 3 3 b)1 2 2 3 3 3 4 c)1 2 2 3 3 3 4 d)Esunelementorepresentativo (O.Q.L.CastillayLeón1999)(O.Q.L.CastillayLeón2011) LaconfiguraciónelectrónicadelelementoconZ=23es1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d . DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 26 “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, ladistribucióndeloselectronesenlosorbitaleses: 4s 3d ElionA pierdedoselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranenelorbital4sporloquesuconfiguraciónelectrónicaes : 4s 3d Larespuestacorrectaeslaa. 1.53.Delossiguientesconceptossobrelosnúmeroscuánticos,unoesfalso: a)n,númerocuánticoprincipal,representaelvolumenefectivodelorbital. b)m,númerocuánticomagnético,representalaorientacióndelorbital. c) s (representado también como ), número cuántico de espín, representa las dos orientacionesposiblesdelmovimientodelelectrónalrededordesupropioeje. d)Loselectronesconigualn,lydistintovalordemestánendistintoniveldeenergía. (O.Q.L.CastillayLeón1999)(O.Q.L.CastillayLeón2001) a) Verdadero. El tamaño del orbital viene deteminado por el valor del número cuántico principaln. b)Verdadero.Laorientacióndelorbitalrespectoaladireccióndelcampomagnéticoviene deteminadoporelvalordelnúmerocuánticomagnéticom . c) Verdadero. La orientación del momento angular del electrón al girar sobre sí mismo (spín) respecto a la dirección del campo magnético viene deteminado por el valor del númerocuánticodespínm . d)Falso.Losvaloresdelosnúmeroscuánticosprincipalysecundario,nyl,determinanla energíadelorbitaly,portanto,delelectrónqueloocupa. Larespuestacorrectaeslad. 1.54.Contestaverdaderoofalsoalasafirmacionessiguientesjustificandolarespuesta. DelafamosaecuacióndeSchrödinger: 8 0 sepuededecirque: a)Estaecuacióndiferencialrepresentaelcomportamientodeloselectronesenlosátomos. b) notienesentidofísico,sinoquesimplementeesunafunciónmatemática. c)Vrepresentalaenergíapotencialdelelectrón. d)Erepresentalaenergíacinéticadelelectrón. (Valencia1999) a)Falso.Laecuaciónnorepresentaelcomportamientodeloselectrones,eslafunciónde ondaΨlaqueindicadichocomportamiento. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 27 b)Verdadero.LafuncióndeondaΨnotienesignificadofísico,lainterpretaciónfísicala proporciona Ψ , que representa la probabilidad de encontrar al electrón en una región determinada. c)Verdadero.Vrepresentalaenergíapotencialdelelectrónenunátomo. d)Falso.Erepresentalaenergíatotaldelelectrónenunátomo. 1.55.Delsiguientegrupodenúmeroscuánticosparaloselectrones,¿cuálesfalso? a)(2,1,0,–½) b)(2,1,–1,½) c)(2,0,0,–½) d)(2,2,1,–½) (O.Q.L.Valencia1999) Losvaloresposiblesdelosnúmeroscuánticosson: n=1,2,3,4,….,∞ 0→orbitals 1→orbitalp l=0,1,2,3,….(n1)l= 2→orbitald 3→orbitalf m =0,±1,±2,±3,…±l m =±½ a)Elconjuntodenúmeroscuánticos(2,1,0,–½)paraunelectrónescorrectoyaqueno presentaningunadiscrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunelectrón situadoenunorbital2p. b)Elconjuntodenúmeroscuánticos(2,1,–1,½)paraunelectrónescorrectoyaqueno presentaningunadiscrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunelectrón situadoenunorbital2p. c)Elconjuntodenúmeroscuánticos(2,0,0,–½)paraunelectrónescorrectoyaqueno presentaningunadiscrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunelectrón situadoenunorbital2s. d) El conjunto de números cuánticos (2, 2, 1, ½) para un electrón es falso ya que si el númerocuánticon=2,elnúmerocuánticolsolopuedevaler0o1. Larespuestacorrectaeslad. 1.56.Contestaverdaderoofalsoalasafirmacionessiguientesjustificandolarespuesta: Paraeloxígeno(Z=8) 3 1 2 2 a) esunestadoprohibido 1 2 2 b) esunestadoprohibido 1 2 2 c) esunestadoexcitado 1 2 2 d) esunestadofundamental (O.Q.L.Valencia1999)(O.Q.L.Asturias2010) Paraqueunátomoseencuentreenunestadofundamentaldebecumplirlosprincipiosdel proceso“aufbau”: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 28 Principio de mínima energía: “los electrones van ocupando los orbitales según energías crecientes”. Principio de Máxima Multiplicidad de Hund: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados),loselectronesseencuentranlomásseparadosposible,desapareadosyconlos spinesparalelos”. PrincipiodeExclusióndePauli:“dentrodeunorbitalsepuedenalojar,comomáximo,dos electronesconsusspinesantiparalelos”. a)Falso.Laconfiguraciónelectrónicapropuestaparaelátomodeoxígeno: 1s 2s 2p 3s corresponde a un estado excitado ya que el electrón que se encuentra en el orbital 3s incumpleelPrincipiodeMínimaEnergíaydeberíaestaralojadoenunodelosorbitales2p yconelspinopuesto. b)Falso.Laconfiguraciónelectrónicapropuestaparaelátomodeoxígeno: 1s 2s 2p correspondea un estadoexcitadoyaqueunode loselectronesquese encuentran en el orbital 2p o 2p incumple el Principio de Mínima Energía y debería estar alojado en el orbital1s. c)Falso.Laconfiguraciónelectrónicapropuestaparaelátomodeoxígeno: 1s 2s 2p correspondeaunestadoprohibidoyaqueunodeloselectronesalojadoenelorbital2s incumpleelPrincipiodeExclusióndePauliydeberíatenerelspinopuestoalotroelectrón delorbital. d)Verdadero.Laconfiguraciónelectrónicapropuestaparaelátomodeoxígeno: 1s 2s 2p corresponde a un estado fundamental ya que todos los electrones cumplen los tres principios. Larespuestacorrectaeslad. 1.57.Indiquelacombinacióncorrectadenúmeroscuánticos: n l ms a) 0 0 0½ b) 1 1 0½ c) 1 0 0‐½ d) 2 1 ‐2½ e) 2 2 ‐2½ (O.Q.N.Murcia2000) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) m=–l,…,0,…,+l 29 s=±½ a)Prohibido.Elnúmerocuánticonnopuedeser0. b)Prohibido.Sin=1,elvalordelsolopuedeser0. c)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. d)Prohibido.Sil=1,elvalordemsolopuedeser–1,0,1. e)Prohibido.Sin=2,elvalordelpuedeser0o1yelvalordemsolopuedeser0(sil=0) y–1,0,1(sil=1). Larespuestacorrectaeslac. 1.58.ElmodeloatómicodeBohrsecaracteriza,entreotrascosas,porque: a)Loselectronestienenaceleraciónapesardenovariarsuenergía. b)Loselectronesnotienenaceleraciónporestarenórbitasestables. c)Loselectronesexcitadosdejandeestarenórbitascirculares. d)Loselectronespuedenpasaraunaórbitasuperioremitiendoenergía. e)Loselectronestienenlamismavelocidadencualquierórbita. f)Loselectronestienenunavelocidaddiferenteencadaórbita. g)Loselectronesnotienenenergíapotencial,solocinética. h)Loselectronespuedenadoptarcualquiervalordelaenergía. i)Loselectronesexcitadosnoestándescritosporestemodelo. j)Todoloanteriorescierto. (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Murcia2002)(O.Q.L.Murcia2003)(O.Q.L.Murcia2009)(O.Q.L.Murcia2013) a)Verdadero.Enelátomodehidrógeno,elnúcleoatraealelectrónconunafuerzacentral electrostáticadeformaqueelelectróngiraenunaórbitacircularsinemitirenergía(órbita estacionaria). Laexpresiónmatemáticaparaunadeestasórbitases: v=velocidaddelelectró n e=cargadelelectró n v e k =m m=masadelelectró n r r k=constante r=radiodelaó rbita Elvalorv /reslaaceleraciónnormaldelelectrón. b)Falso.Segúnsehavistoenlapropuestaanterior. c) Falso. En el átomo de Bohr solo existen órbitas circulares asociadas con el número cuánticoprincipaln. Cuandoloselectronesgananenergíayquedanexcitados,saltanaunaórbitacircularcon mayorenergía(nsuperior). d) Falso. Cuando los electrones parar pasar a una órbita superior deben ganar energía. Cuandolaemitencaenaunaórbitainferior(nmenor). e)Falso.EnelátomodeBohrlavelocidaddelelectrónestácuantizadaysolodependedel valordelnúmerocuánticoprincipalndeacuerdoconlaexpresión: v km·s = 2220 n CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 30 f)Verdadero.Segúnsehavistoenlapropuestaanterior. g)Falso.Loselectronestienenenergíapotencialporserpartículascargadasenelinterior delcampoeléctricocreadoporelnúcleo. h)Falso.LaenergíadelelectrónenelátomodeBohrestácuantizadaysuvalordepende exclusivamentedelnúmerocuánticoprincipalnquesolopuedetomarvaloresdenúmeros enteros. i) Falso. Los electrones excitados son los responsables de los saltos electrónicos y por tantodelaaparicióndelasrayasenlosespectros. Larespuestacorrectaeslaa. (Laspropuestassehanrepartidoentrelasdiferentesolimpiadas). 1.59. De acuerdo con la teoría mecanocuántica, el electrón del átomo de H en su estado fundamental: a)Tieneunaenergíaiguala0. b) Estaría situado a una cierta distancia del núcleo, calculable exactamente, aunque de formacompleja. c)Existeunaciertaprobabilidaddequeelelectrónpuedaestaraunadeterminadadistancia delnúcleo. d)Podríaencontrarseenelorbital2s. e)Ningunadelasanteriores. (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L:Baleares2009)(O.Q.L.LaRioja2014) a)Falso.Laenergíadelelectróndelátomodehidrógenosolopuedetenervalor0cuando esteseencuentraaunadistanciainfinitadelnúcleo,esdecir,fueradedichoátomo. b)Falso.Loselectronesseencuentranenorbitales,regionesdelespacioconciertaenergía dondeexisteunaelevadaprobabilidaddeencontrarunelectrón.Dichaposiciónnopuede determinarseconexactitud. c)Verdadero.Loselectronesseencuentranenorbitales,regionesdelespacioconcierta energíadondeexisteunaelevadaprobabilidaddeencontrarunelectrón. d)Falso.Elelectróndelátomodehidrógenoensuestadofundamentalseencuentraenel orbital1s. Larespuestacorrectaeslac. 1.60.LaprimeralíneadelaseriedeBalmerdelespectrodelhidrógenotieneunalongitudde ondade656,3nm,correspondiéndoleunavariacióndeenergíade: a)6,62·10 J b)1,01·10 J c)4,34·10 J d)3,03·10 J e)3,03·10 J (Datos.ConstantedePlanck=6,62·10 J·s;velocidaddelaluz=3,0·10 m· ) (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Baleares2003)(O.Q.L.Madrid2011) Laenergíaasociadaaunsaltoelectrónicopuedecalcularsepormediodelaecuación: ΔE= h·c λ CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 31 Sustituyendo: ΔE= 6,62·10 J·s 3,0·10 m·s 656,3nm 10 nm =3,03·10 1m J Larespuestacorrectaeslae. 1.61. ¿Cuántas líneas espectrales cabe esperar, en el espectro de emisión del hidrógeno, considerando todas las posibles transiciones electrónicas de los 5 primeros niveles energéticosdedichoátomo? a)4 b)5 c)8 d)10 e)20 (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.PreselecciónValencia2009)(O.Q.L.PreselecciónValencia2013) Desde el nivel 5 el electrón puede caer a los cuatro niveles inferiores dando lugar a 4 líneasenelespectrodeemisión.Asuvez,desdenivel4hastaelnivel1seproducirían3 líneasmásenelespectrodeemisión;desde3seobtienen2líneasmásydesdeelnivel2 otralínea.Entotalaparecen(4+3+2+1)=10líneas. Larespuestacorrectaeslad. 1.62.¿Cuáldelassiguientesconfiguracioneselectrónicascorrespondeaunátomoenestado excitado? a)1 2 2 3 b)1 2 2 3 3 4 c)1 2 2 6 d)1 2 2 3 3 4 3 (O.Q.L.Murcia2000)(O.Q.L.Baleares2007) a)Falso.SetratadeunestadoprohibidoyaquedeacuerdoconelPrincipiodeExclusión de Pauli, en un orbital pueden existir, como máximo, dos electrones con los spines opuestos.Enlaconfiguraciónpropuestaenelorbital2shaytreselectrones. b‐d) Falso. Se trata de un estado fundamental ya que de acuerdo con el Principio de MínimaEnergía,loselectroneshanidoocupandolosorbitalessegúnenergíascrecientes. c) Verdadero. Se trata de un estado excitado ya que de acuerdo con el Principio de MínimaEnergía,sedeberíahaberempezadoallenarelorbital3senlugardel6p. Larespuestacorrectaeslac. 1.63. Si [Ar] representa la estructura electrónica de un átomo de argón (Z = 18), el ion titanio(II)(Z=22)puedeentoncesrepresentarsepor: a)[Ar]4 3 b)[Ar]4 c)[Ar]3 d)[Ar]3 (O.Q.L.Murcia2000) La estructura electrónica abreviada del Ti (Z = 22) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 32 lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d ElTi pierdedoselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienen mayor valordenyqueseencuentranenelorbital4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslac. 1.64.¿Encuáldelassiguientesparejasambosátomostienenelmismonúmerodeneutrones? a) y b) c) y y d) y (O.Q.L.Murcia2000) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elnúmerodeneutronesdeunátomoseobtienemedianteladiferencia(A–Z). a)C(12–6)=6neutrones Mg(24–12)=12neutrones b)F(19–9)=10neutrones Ne(20–10)=10neutrones c)Na(23–11)=12neutrones K(39–19)=20neutrones d)Co(59–27)=32neutrones Ni(59–28)=31neutrones Larespuestacorrectaeslab. 1.65.Laconfiguraciónelectrónica: 1 2 2 3 3 4 3 4 correspondealaespeciequímica: a)Xe b) c) d) (O.Q.L.Murcia2000) a) Falso. El elemento cuyo símbolo es Xe es el xenón cuya configuración electrónica es 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p odeformaabreviada[Kr]4d 5s 5p . Estaconfiguraciónelectrónicanocoincideconlapropuesta. b) Falso. El elemento cuyo símbolo es Sr es el estroncio cuya configuración electrónica abreviadaes[Kr]5s . LaconfiguraciónelectrónicadelionSr es[Kr]5s yaquepierdeunelectrónexternodel orbital5s.Estaconfiguraciónelectrónicanocoincideconlapropuesta. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 33 c)Verdadero.ElelementocuyosímboloesRbeselrubidiocuyaconfiguraciónelectrónica abreviadaes[Kr]5s . LaconfiguraciónelectrónicadelionRb es[Ar] yaquepierdeunelectrón externodelorbital5s.Estaconfiguraciónelectrónicacoincideconlapropuesta. d) Falso. El elemento cuyo símbolo es Y es el itrio cuya configuración electrónica es [Kr]5s 4d . LaconfiguraciónelectrónicadelionY es[Kr]4d yaquepierdedoselectronesexternos delorbital5s.Estaconfiguraciónelectrónicanocoincideconlapropuesta. Larespuestacorrectaeslac. 1.66.Alhablardeisótoposnosestaremosrefiriendoa: a)Átomosdelamismamasaatómica. b)Átomoscondistintonúmerodeelectrones. c)Átomosconelmismonúmeroatómicoperocondistintonúmerodeneutrones. d)Átomosconelmismonúmeromásicoperocondistintonúmerodeprotones. (O.Q.L.Murcia2000) Isótopos son átomos de un mismo elemento con el mismo número atómico (número de protones)ydistintonúmeromásico(distintonúmerodeneutrones). Larespuestacorrectaeslac. 1.67.Delsiguientegrupodenúmeroscuánticos,¿cuálocuálessonfalsos? 1)(2,1,0,½) 2)(2,1,‐1,½) 3)(2,0,0,‐½) a)Solo1y4 b)Solo2y3 c)Solo4 d)Ningunoesfalso. 4)(2,2,1,½) (O.Q.L.CastillayLeón2000)(O.Q.L.CastillayLeón2001) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ 1‐2‐3)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. 4)Prohibido.Sin=2,elvalordelsolopuedeser0o1. Larespuestacorrectaeslac. 1.68.Indiquecuálesdelassiguientesproposicionesparaeloxígeno(Z=8)sonciertas: 1)1 2 2 3 esunestadoprohibido 2)1 2 2 esunestadoprohibido 3)1 2 2 esunestadoexcitado 4)1 2 2 esunestadofundamental a)1y2sonciertas b)Solo3esfalsa c)Solo1y3sonfalsas d)Solo4escierta (O.Q.L.CastillayLeón2000) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 34 1) Falso. La estructura 1s 2s 2p 3s no corresponde a un estado fundamental del oxígeno,yaquetienetreselectronesmás. 2)Falso.Laestructura1s 2s 2p nocorrespondeaunestadofundamentaldeloxígeno, yaquetieneunelectrónmás. 3) Falso. La estructura 1s 2s 2p no corresponde a un estado excitado, ya que de acuerdoconelPrincipiodeMínimaEnergía,lossubnivelessehanidollenandopororden crecientedeenergía. 4)Verdadero.Laestructura1s 2s 2p correspondeaunestadofundamental,yaque de acuerdo con el Principio de Mínima Energía, los subniveles se han ido llenando por ordencrecientedeenergía. Larespuestacorrectaeslad. 1.69. Para el átomo de hidrógeno en el estado fundamental la energía del electrón es –13,6 eV, ¿cuál de los siguientes valores corresponde a la energía del electrón para el ion hidrogenoide ? a)+27,2eV b)–27,2eV c)–122,4eV d)+122,4eV e)+10,6eV (O.Q.N.Barcelona2001) SegúnelmodelodeBohrparaunátomohidrogenoide,laenergía,eneV,correspondientea unelectrónenunnivelcuánticosecalculamediantelaecuación: E eV =–13,6 Z n dondeZeselnúmeroatómicoynelnúmerocuánticoprincipalqueindicaelnivelcuántico enelqueseencuentraelelectrón.EnelcasodelLi,Z=3yn=1,sustituyendoseobtiene: E=–13,6 3 =–122,4eV 1 Larespuestacorrectaeslac. 1.70.Calculelafrecuenciadelaradiaciónultravioletaconunalongituddeondade300nm. a)1MHz b)900MHz c)300MHz d)1,1·10 MHz e)1,1·10 MHz (Dato.Velocidaddelaluz=3·10 m· ) (O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Asturias2009)(O.Q.L.Madrid2011) La relación entre la longitud de onda y la frecuencia de una radiación electromagnética vienedadaporlaexpresión: c=λ·ν Lafrecuenciadelaradiaciónes: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) ν= 3·10 m·s 300nm 35 10 nm 1MHz =1·10 MHz 1m 10 Hz Larespuestacorrectaeslae. 1.71. Indique cuál de los siguientes conjuntos de números cuánticos puede caracterizar un orbitaldetipod. a)n=1;l=0 b)n=2;l=1 c)n=2;l=2 d)n=3;l=2 e)n=4;l=4 (O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Asturias2009)(Murcia2010)(O.Q.L.Extremadura2013) Losvaloresquepuedetomarelnúmerocuánticosecundarioson0,1,2,…,(n–1). Losorbitalesdsecaracterizanporqueelnúmerocuánticosecundario,l=2. Hay dos parejas de valores propuestos que tienen el valor 2 para el número cuántico secundariol.Unadeellases(2,2)queseríaincorrecta,yaquesin=2,elnúmerocuántico secundariolsolopuedevaler0o1.Laúnicacombinaciónquecorrespondeaunorbitald es(3,2). Larespuestacorrectaeslad. 1.72.Losiones y : a)Poseenelmismonúmerodeelectrones. b)Poseenelmismonúmerodeprotones. c)Sonisótopos. d)Elion esmayorqueelion . e)Tienenpropiedadesquímicassemejantes. (O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Almería2005)(O.Q.L.Murcia2010) ElelementoconsímboloCleselcloroypertenecealgrupo17yperiodo3delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . La configuraciónelectrónicadelionCl es[Ne]3s 3p yaqueganaunelectrónycompletael orbital3p. ElelementoconsímboloKeselpotasioypertenecealgrupo1yperiodo4delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s .Laconfiguración electrónicadelionK es[Ne]3s 3p yaquecededoselectronesdesucapamásexterna. a)Verdadero.Ambosionessonespeciesisoelectrónicasquetienen18electrones. b)Falso.Setratadeionesprocedentesdeelementosdiferentesporloquetienendiferente númeroatómicoynopuedentenerigualnúmerodeprotones. c)Sisonelementosdiferentesnopuedennuncaserisótopos. d) Falso. En especies isoelectrónicas tiene mayor tamaño la que posee menor número atómicoyaquesunúcleoatraeconmenosfuerza. e) Falso. Aunque tengan la misma configuración electrónica, sus propiedades son completamentedistintas. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 36 1.73.Pordefinición,elnúmerodemasao"númeromásico"deunátomoindica: a)Lasumadeelectronesmásprotonespresentesenelátomo. b)Lasumadeneutronesmásprotonespresentesenelátomo. c)Elnúmerodeneutronespresentesenelátomo. d)Elnúmerodeprotonespresentesenelátomo. (O.Q.L.Murcia2001) Deacuerdoconelconceptodenúmeromásico,larespuestacorrectaeslab. 1.74.¿Cuáldelassiguientesconfiguracioneselectrónicaspuedecorresponderleaunátomo ensuestadofundamental? a)1 2 2 b)1 2 2 3 2 3 3 3 c)1 2 2 d)1 2 3 3 (O.Q.L.Murcia2001) a)Falso.SetratadeunestadoprohibidoyaquedeacuerdoconelPrincipiodeExclusión de Pauli, en un orbital pueden existir, como máximo, dos electrones con los spines opuestos.Enlaconfiguraciónpropuestaenelorbital2shaytreselectrones. b)Falso.SetratadeunestadoprohibidoyaquedeacuerdoconelPrincipiodeExclusión de Pauli, en un orbital pueden existir, como máximo, dos electrones con los spines opuestos;yelsubnivel2p,triplementedegenerado,tienetresorbitalesporloquecaben seiselectronesynoocho.Además,setratadeunestadoexcitado,yaquedeacuerdoconel PrincipiodeMínimaEnergía,antesdecomenzar allenarse elorbital3ddebería haberse completadoelorbital4s. c)Verdadero.SetratadeunestadofundamentalyaquedeacuerdoconelPrincipiode MínimaEnergía,loselectroneshanidoocupandolosorbitalessegúnenergíascrecientes. d) Falso. Se trata de un estado excitado, ya que de acuerdo con el Principio de Mínima Energía,antesdecomenzarallenarseelorbital3sdeberíahabersecompletadoelorbital 2p. Larespuestacorrectaeslac. 1.75.LosátomosdeunelementoXtienenensunúcleo20protones.Losestadosdeoxidación máscomunesdeesteelementodebenser: a)0y+2 b)–1,0y+1 c)0,+1y+2 d)0,+2,+4y+6 (O.Q.L.Murcia2001) LaestructuraelectrónicadeunelementoXcon20protonesensunúcleoes: 1s 2s 2p 3s 3p 4s odeformaabreviada [Ar]4s Sipierdedoselectronesadquiereunaestructuraelectrónicaestabledegasinerte: 1s 2s 2p 3s 3p odeformaabreviada Suestadodeoxidaciónserá+2. Larespuestacorrectaeslaa. [Ne]3s 3p CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 37 1.76.Elionmásestablequeformaelsodioesisoelectrónicocon: a)Elátomodemagnesio b)Elionmásestabledelflúor c)Elátomodeneón d)Elátomodesodio (O.Q.L.CastillayLeón2001) El sodio es un elemento del grupo 1 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su estructuraelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sipierdeunelectrón,elmásexterno,queda conunaestructuramuyestable,degasinerte,[He]2s 2p . a)Falso.Elmagnesioesunelementodelgrupo2yperiodo3delsistemaperiódicoporlo quesuestructuraelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . b)Verdadero.Elflúoresunelementodelgrupo17yperiodo2delsistemaperiódicopor loquesuestructuraelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Siganaunelectrónquedacon unaestructuramuyestable,degasinerte,[He]2s 2p . c)Verdadero.Elneónesunelementodelgrupo18yperiodo2delsistemaperiódicopor loquesuestructuraelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . d)Falso.Lasestructuraselectrónicasdelsodioydesuionmásestablesondiferentesya quenoposeenelmismonúmerodeelectrones. Lasrespuestascorrectassonlacyd. 1.77. Cuál de las siguientes respuestas define correctamente la idea de “degeneración energéticaorbital”: a)Orbitalesdelamismasimetría. b)Orbitalesdelamismaenergía. c)Orbitalesconelmismonúmerocuánticol. d)Orbitalesconlamismaorientaciónenelespacio. (O.Q.L.CastillayLeón2001)(O.Q.L.CastillayLeón2002)(O.Q.L.CastillayLeón2003) La degeneración energética de orbitales se refiere a orbitales con idéntico valor de la energía.Elnúmerocuánticomagnético,m,hacereferenciaaestadegeneración. Elnúmerodeorbitalesdegeneradosquehayencadasubniveldeenergíavienedadoporel número de valores del número cuántico magnético, m, que su vez depende del valor del númerocuánticosecundario,l. m=–l,…,0,…+l (2l+1)orbitalesdegenerados. Larespuestacorrectaeslab. 1.78. Suponga dos átomos de hidrógeno, el electrón del primero está en la órbita de Bohr n = 1 y el electrón del segundo está en la órbita de Bohr n = 3. ¿Cuál de las siguientes afirmacionesesfalsa? a)Elelectrónenn=1representaelestadofundamental. b)Elátomodehidrógenoconelelectrónenn=3tienemayorenergíacinética. c)Elátomodehidrógenoconelelectrónenn=3tienemayorenergíapotencial. d)Elátomodehidrógenoconelelectrónenn=3esunestadoexcitado. e)Laenergíatotaldelelectrónsituadoenn=3essuperioralaenergíadelelectrónenn=1. (O.Q.L.CastillayLeón2001) a) Verdadero. Si el electrón se encuentra en el nivel de energía más bajo, n = 1, se encuentraensuestadofundamental. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 38 b) Falso. La velocidad de un electrón en una órbita en el modelo de Bohr se calcula mediantelaexpresión: v=velocidaddelelectró n e=cargadelelectró n 1 e h=constantedePlanck v= 2hε0 n ε =constantedielé ctrica n=nú merocuá nticoprincipal dondelaúnicavariableesn,cuyosvalores1,2,3,…determinanlavelocidaddelelectrón en esa órbita. La velocidad disminuye al aumentar n. Por tanto la energía cinética en el niveln=3esmenorqueenelniveln=1. c) Verdadero. La energía potencial de un electrón en un nivel cuántico en el modelo de Bohrsecalculamediantelaexpresión: m=masadelelectró n e=cargadelelectró n me 1 E =‐ h=constantedePlanck 4h ε n ε =constantedielé ctrica n=nú merocuá nticoprincipal donde la única variable es n, cuyos valores 1, 2, 3,… determinan la energía potencial del electrón en ese nivel cuántico. La energía aumenta al aumentar n. Por tanto la energía cinéticaenelniveln=3esmayorqueenelniveln=1. d) Verdadero. Si el electrón del átomo de hidrógeno se encuentra en el nivel de energía n=3,seencuentraenunestadoexcitado. e)Verdadero.LaenergíatotaldeunelectrónenunnivelcuánticoenelmodelodeBohrse calculamediantelaexpresión: m=masadelelectró n e=cargadelelectró n 1 me h=constantedePlanck E=‐ 8h ε n =constantedielé ctrica n=nú merocuá nticoprincipal dondelaúnicavariableesn,cuyosvalores1,2,3,…determinanlaenergíadelelectrónen esenivelcuántico.Laenergíaaumentaalaumentarn.Portantolaenergíaenelniveln=3 esmayorqueenelniveln=1. Larespuestacorrectaeslab. 1.79.DeacuerdoconelmodeloatómicodeBohr: a)Ladistanciadelnúcleoalorbitalaumentaconelvalorden. b)Lavelocidaddelelectróndisminuyecuandoaumentaelvalorden. c)Elmomentoangulardelelectrón=nπ/2h. d)Elelectrónalgirartienetendenciaasalirsedelaórbita. e)Todassoncorrectas. (O.Q.L.CastillayLeón2001)(O.Q.L.Baleares2002) a)Falso.DeacuerdoconelmodelodeBohr,laecuaciónquepermitecalcularelradiodela órbita,nodelorbital,es: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 39 m=masadelelectró n e=cargadelelectró n h ε r= n h=constantedePlanck πme ε =constantedielé ctrica n=nú merocuá nticoprincipal dondelaúnicavariable esn,cuyosvalores1,2, 3,…determinan elradio delaórbita del electrón.Elradioaumentaalaumentarn. b)Verdadero.LavelocidaddeunelectrónenunaórbitaenelmodelodeBohrsecalcula mediantelaexpresión: e=cargadelelectró n 1 e h=constantedePlanck v= ε =constantedielé ctrica 2hε n n=nú merocuá nticoprincipal dondelaúnicavariableesn,cuyosvalores1,2,3,…determinanlavelocidaddelelectrón enesaórbita.Lavelocidaddisminuyealaumentarn. c)Falso.ElprimerpostuladodeBohrestableceque: “los electrones en sus giros en torno al núcleo no emiten energía y aunque están gobernados por ecuaciones clásicas, solo son posibles las órbitas que cumplen la condicióndecuantización”. Suexpresiónmatemáticaes: v=velocidaddelelectró n n·h m=masadelelectró n m·v·r= h=constantedePlanck 2π r=radiodelaó rbita Lacondicióndecuantizaciónesqueelmomentoangularmvr=nh/2π. d)Falso.Elelectróngiraconaceleraciónnormalconstante,portanto,describeunaórbita circularalrededordelnúcleo. Larespuestacorrectaeslab. (EnlacuestiónpropuestaenBaleares2002secambialadporlae). 1.80.Delassiguientesconfiguracioneselectrónicas: 1)1 2 2 3 3 2)1 2 2 3 3 3)1 2 2 3 3 4 4)1 2 2 3 3 4 4 ¿Cuálessoncompatiblesconelestadodemenorenergíadealgúnátomo? a)2,3y4 b)Todas c)Solo2 d)1,2y3 (O.Q.L.CastillayLeón2001) 1) La estructura 1s 2s 2p 3s 3p corresponde a un estado prohibido, ya que, de acuerdoconelPrincipiodeExclusióndePauli,enelorbital3ssolocabendoselectrones. 2) La estructura 1s 2s 2p 3s 3p corresponde a un estado excitado, ya que, de acuerdoconelPrincipiodeMínimaEnergía,antesdecomenzarallenarseelsubnivel3s deberíahabersecompletadoel2p. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 40 3)Laestructura1s 2s 2p 3s 3p 4s correspondeaunestadoprohibido,yaque,de acuerdoconelPrincipiodeExclusióndePauli,encadaorbitalpsolocabendoselectrones. 4)Laestructura1s 2s 2p 3s 3p 4s 4p correspondeaunestadoprohibido,yaque, de acuerdo con el Principio de Exclusión de Pauli, en cada orbital p solo caben dos electrones. Ningunarespuestaescorrecta. 1.81.Elnúmerototaldeneutrones,protonesyelectronesdel a)17neutrones,35protones,36electrones b)35neutrones,17protones,18electrones c)18neutrones,17protones,16electrones d)17neutrones,17protones,18electrones e)18neutrones,17protones,18electrones : (O.Q.N.Oviedo2002) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elcloroesunelementoquepertenecealgrupo17yperiodo3delsistemaperiódicoporlo quesuestructuraelectrónicaes1s 2s 2p 3s 3p .Sumandolossuperíndicesseobserva que tiene 17 electrones y por tanto, 17 protones y (35 – 17) = 18 neutrones. Como la especie Cl , anión cloruro, está cargada negativamente, significa que tiene un electrón demásensuúltimacapa,esdecir,18electrones. Larespuestacorrectaeslae. 1.82.¿Cuántosfotonesdeluzdefrecuencia5,5·10 Hzsenecesitanparaproporcionar1kJ deenergía? a)3,64·10 fotones b)2,74·10 fotones c)4,56·10 fotones d)1,65·10 fotones e)3,64·10 fotones (Dato.h=6,62·10 J·s) (O.Q.N.Oviedo2002) LaenergíadelfotónpuedecalcularsepormediodelaecuaciónE=h·ν: Sustituyendo: E= 6,62·10 J·s 5,5·10 s =3,64·10 J Relacionandolaenergíatotalconlaenergíadeunfotón: 10 J =2,74·10 fotones J/fotó n 1kJ 1kJ 3,64·10 Lasrespuestasa,cyesonabsurdasyaqueelnúmerodefotonesnopuedesermenorque launidad. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 41 1.83.Unhazdeluzquepasaatravésdeunmediotransparentetieneunalongituddeonda de466nmyunafrecuenciade6,20·10 .¿Cuáleslavelocidaddelaluz? a)2,89·10 m· b)2,89·10 m· c)1,33·10 m· d)1,33·10 m· e)7,52·10 m· (O.Q.N.Oviedo2002)(O.Q.L.Extremadura2013) Lafrecuenciaylongituddeondadeunaradiaciónelectromagnéticaestánrelacionadaspor mediodelaecuaciónc=λ·ν: Sustituyendo: c=466nm 1m 6,20·10 s 10 nm =2,89·10 m· Larespuestacorrectaeslaa. (EnlacuestiónpropuestaenExtremadura2013secambianligeramentelosdatos). 1.84. La existencia de niveles discretos de energía (cuantizados) en un átomo puede deducirseapartirde: a)Ladifraccióndeelectronesmediantecristales. b)DifracciónderayosXporcristales. c)Experimentosbasadosenelefectofotoeléctrico. d)Elespectrovisible. e)Espectrosatómicosdelíneas. (O.Q.N.Oviedo2002)(O.Q.L.Madrid2011) Los espectros atómicos de líneas son una prueba concluyente de la existencia de niveles discretosdeenergía. Laseparaciónentrelaslíneasobedecealossaltosentrelosnivelesdeenergíaqueestán asociados al valor del número cuántico principal n, cuyos valores son números enteros 1,2,3,...,∞. Larespuestacorrectaeslae. 1.85.¿Cuáleslalongituddeonda,ennm,delalíneaespectralqueresultadelatransiciónde unelectróndesden=3an=2enunátomodehidrógenodeBohr? a)18,3 b)657 c)547 d)152 e)252 (Dato.ConstantedeRydbergparaelátomodeH=109677,6 ) (O.Q.N.Oviedo2002) LaecuacióndelmodelodeBohrquepermitecalcularlalongituddeondacorrespondiente aunalíneaespectralasociadaaunsaltoelectrónicoes: 1 =R λ 1 1 n n Sustituyendo: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1 =109677,6cm λ λ= 1 15233cm 42 1 1 =15233cm 3 2 1m 10 nm =656nm 100cm 1m Larespuestacorrectaeslab. 1.86.¿Cuántoselectronesdesapareadoshayenelion estadofundamental? a)0 b)2 c)4 d)6 e)8 enestadogaseoso(Z=26)ensu (O.Q.N.Oviedo2002) La estructura electrónica abreviada del Fe (Z = 26) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d ElFe pierdedoselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranenelorbital4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Comoseobserva,elFe presenta4electronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslac. 1.87.¿Cuáldelossiguienteselementosesdiamagnético? a)H b)Li c)Be d)B e)C (O.Q.N.Oviedo2002) Unaespeciequímicaesdiamagnéticasinopresentaelectronesdesapareados. a) Falso. El elemento cuyo símbolo es H y número atómico 1 es el hidrógeno cuya configuraciónelectrónicaes1s1 Como se observa, presenta un electrón desapareado, por tanto, no es una especie diamagnética. b) El elemento cuyo símbolo es Li y número atómico 3 es el litio cuya configuración electrónicaabreviadaes[He]2s . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 43 Como se observa, presenta un electrón desapareado, por tanto, no es una especie diamagnética. c) Verdadero. El elemento cuyo símbolo es Be y número atómico 4 es el berilio cuya configuraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s . 2s Como se observa, no presenta electrones desapareados, por tanto, sí es una especie diamagnética. d)Falso.ElelementocuyosímboloesBynúmeroatómico5eselborocuyaconfiguración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p . Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales2sy2pes: 2s 2p Como se observa, sí presenta electrones desapareados, por tanto, no es una especie diamagnética. e) Falso. El elemento cuyo símbolo es C y número atómico 6 es el carbono cuya configuraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales2sy2p: 2s 2p Como se observa, sí presenta electrones desapareados, por tanto, no es una especie diamagnética. Larespuestacorrectaeslac. 1.88. Calcule la longitud de onda de De Broglie para una pelota de 125 g de masa y una velocidadde90m/s. a)0,59m b)5,9·10 m c)5,9·10 m d)590nm e)1,7·10 m (Dato.h=6,62·10 J·s) (O.Q.N.Oviedo2002) La ecuación propuesta por De Broglie relaciona el momento lineal de una partícula y la longituddelaondaelectromagnéticaasociadaalamismaes: λ= m=masadelapartı́cula h v=velocidaddelapartı́cula m·v h=constantedePlanck Sustituyendo: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) λ= 6,62·10 J·s 125g 90m·s 10 g =5,9·10 1kg 44 m Se trata de una onda de muy poca longitud ya que en el mundo macroscópico nada es comparableah(constantedePlanck). Larespuestacorrectaeslac. 1.89.Unátomodelisótoporadiactivocarbono‐14( a)8protones,6neutronesy6electrones b)6protones,6neutronesy8electrones c)6protones,8neutronesy8electrones d)6protones,8neutronesy6electrones )contiene: (O.Q.L.Murcia2002)(O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005)(O.Q.L.Madrid2011) (O.Q.L.PreselecciónValencia2014) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. El átomo de carbono‐14 tiene 6 protones, por tanto su número atómico, Z = 6. Como la especie Cesneutratiene6electrones.Elnúmerodeneutroneses(14–6)=8. Larespuestacorrectaeslad. (EnMadrid2005y2011yValencia2014solosepreguntaelnúmerodeneutrones). 1.90.¿Cuántosnúmeroscuánticosdeterminanunorbital? a)4 b)3 c)2 d)1 (O.Q.L.Murcia2002) Unorbitalatómicovienedeterminadoporelconjuntodetresnúmeroscuánticos(n,l,m). Larespuestacorrectaeslab. 1.91.¿Cuálesdelassiguientesnotacionescuánticasestánpermitidasparaunelectróndeun átomopolielectrónico? n l 1) 2 1 0 ½ 2) 3 2 0 ‐½ 3) 3 3 2 ‐½ 4) 3 2 3 ½ a)1,2y4 b)1y4 c)1y2 d)3y4 (O.Q.L.Murcia2002) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =‐l,…,0,…,+l m =±½ CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 45 1‐2)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. 3)Prohibido.Sin=3,elvalordelsolopuedeser0,1y2. 4)Prohibido.Sil=2,elvalordem solopuedeser–2,–1,0,1y2. Larespuestacorrectaeslac. 1.92.Laenergíadelelectróndelátomodehidrógenoenestadofundamentales–2,28·10 J, yladelelectrónexcitadoalnivelenergéticon=5es–8,72·10 J.¿Cuáleslafrecuenciade laradiaciónelectromagnéticaoriginadaalsaltarelelectróndesden=5an=1? a)3,30·10 b)3,57·10 c)2,19·10 d)Nopuedecalcularseporqueloselectronesnosaltan. (Dato.h=6,626·10 J·s) (O.Q.L.Murcia2002) Laenergíaemitidaenlatransiciónelectrónica51es: ΔE51 = –2,28·10 J ‒ –8,72·10 J =–2,19·10 J El signo menos de la energía se debe a que se trata de energía desprendida pero para cálculosposterioresseusaenvalorabsoluto. Laenergíadelsaltoestácuantizadadeacuerdoconlaexpresión: ΔE=h·ν Despejando: ν= 2,19·10 6,626·10 J J·s =3,30·10 Larespuestacorrectaeslaa. 1.93.Elespectroatómicodeunelementoesconsecuenciade: a)Laeliminacióndeprotones(neutrones)alaportarenergía. b)Laeliminacióndeneutronescomoconsecuenciadelaporteenergético. c)Lareflexióndelaenergíadeexcitaciónquerecibe. d)Latransicióndeelectronesentredistintosnivelesenergéticos. e)Larupturadelamoléculaenlaqueseencontrabadichoátomo. (O.Q.LCastillayLeón2002)(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)(O.Q.L.CastillayLeón2007) (O.Q.L.CastillayLeón2009) Los espectros atómicos son consecuencia de los saltos electrónicos entre los niveles cuánticosdeenergíaexistentesenelátomo. Cuandoelelectrónabsorbeenergíasaltaaunnivelcuánticosuperioryproduceunalínea en el espectro de absorción. Si este electrón que se encuentra energéticamente excitado liberaenergíacaeunnivelcuánticoinferioryproduceunaovariaslíneasenelespectrode emisión. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1.94.Dadalaconfiguraciónelectrónicadeunelemento1 2 2 respuestaincorrecta: a)Sunúmeroatómicoes19. b)Setratadeunestadoexcitado. c)Esteelementopertenecealgrupodelosmetalesalcalinos. d)Esteelementoperteneceal5ºperiododelSistemaPeriódico. 3 3 46 5 ,indicala (O.Q.L.Baleares2002) a) Verdadero. Si se trata de un átomo neutro, sumando los electrones que tiene su estructuraelectrónicaseobtienequehay19,loqueZ(númeroatómico)tieneesevalor. b) Verdadero. Ese átomo se encuentra en un estado excitado, ya que se incumple el PrincipiodeMínimaEnergíaalocuparseanteselsubnivel5squeel4syloselectronesdel subnivel5sdeberíanestarsituadosenel4ssiendolaestructuraelectrónicaenelestado fundamental: 1s 2s 2p 3s 3p 4s c) Verdadero. A este átomo le corresponde una estructura electrónica en el estado fundamental: 1s 2s 2p 3s 2p 4s Portanto,pertenecealcuartoperiodo(n=4)ygrupo1delsistemaperiódicoqueeselde losllamadosmetalesalcalinosquetienenunaestructuraelectrónicaexternaenelestado fundamentalns . d)Falso.Setratadeelementoqueperteneceal4ºperiodo(n=4)loquepasaesquese encuentraenunestadoexcitado. Larespuestacorrectaeslad. 1.95.Lalongituddeondadeunaradiaciónelectromagnética: a)Esproporcionalasuenergía. b)Esproporcionalalnúmerodeondas. c)Esmayorenlaregiónultravioletaqueenlademicroondas. d)EsmayorenlaregiónderayosXqueenlademicroondas. e)Esinversamenteproporcionalalafrecuencia. (O.Q.N.Tarazona2003) a)Falso.Deacuerdoconlaecuación: E= h·c λ b)Falso.Absurdoyaqueelnúmerodeondaseselinversodelalongituddeonda. c‐d)Falso.LaradiaciónXylaUVtienenmenorlongituddeondaquelasmicroondas. e)Verdadero.Deacuerdoconlaecuación: c=λ·ν Larespuestacorrectaeslae. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1.96.SabiendoquelaconstantedeRydbergparaelátomodehidrógenoes109678 límitedelaseriedeBalmerenelespectrodeemisióndelátomodehidrógenoes: a)912Å b)3647Å c)4683Å d)6565Å e)8206Å 47 ,el (O.Q.N.Tarazona2003) LaecuacióndelmodelodeBohrquepermitecalcularlalongituddeondacorrespondiente aunalíneaespectralasociadaaunsaltoelectrónicoes: 1 =R λ 1 1 n n EllímitedeconvergenciadelaseriedeBalmercorrespondealsaltoelectrónicodesdeel nivel2hastael∞.Sustituyendo: 1 1 =27419cm ∞ 2 1 =109678cm λ λ= 1 27419cm 1m 10 A =3647Å 100cm 1m Larespuestacorrectaeslab. 1.97. El número total de electrones que pueden ocupar todos los orbitales atómicos correspondientesalnúmerocuánticon=4es: a)8 b)18 c)32 d)50 e)6 (O.Q.N.Tarazona2003)(O.Q.L.Castillayleón2006)(O.Q.L.LaRioja2007) El número máximo de electrones (elementos) de un periodo es igual a 2n . Si n = 4, entonceselnúmerodeelectroneses32. Larespuestacorrectaeslac. (EnCastillayLeón2006sepreguntaparan=3). 1.98.¿Cuáleslaconfiguraciónelectrónicamásprobabledelestadofundamentalparaelion ,sabiendoqueZ=25? a)[Ar]4 3 b)[Ar]4 3 c)[Ar]4 3 4 d)[Ar]4 4 e)[Ar]4 3 (O.Q.N.Tarazona2003)(O.Q.L.Baleares2013) LaestructuraelectrónicaabreviadadelMn(Z=25)es[Ar]4s 3d ,yaquedeacuerdocon elPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4s 48 3d ElMn pierdedoselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranenelorbital4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslae. 1.99.Losátomosdelaprimeraseriedetransicióndifierenentresíengeneralenelnúmero deelectronesqueocupanlosorbitales: a)s b)p c)syp d)pyd e)d (O.Q.N.Tarazona2003) Losmetales detransición,que envíansuelectróndiferenciadoraunorbitald,sellaman así porque al estar colocados en el sistema periódico entre los metales alcalinos y alcalinotérreos,queenvíansuelectróndiferenciadoraunorbitals,ylosnometales,que envían su electrón diferenciador a un orbital p, tienen propiedades que van variando de formapaulatinadesdelasdelosmetaleshastalasdelosnometales. Larespuestacorrectaeslae. 1.100.Indiquecuáldelassiguientesafirmacionesesincorrecta: a)Laenergíaqueposeeunelectróndelorbital3sesdiferentedelaqueposeeunelectróndel orbital2s. b)Loselectronesdecadaorbitaltienenelmismonúmerocuánticodespin. c)Cuandotodosloselectronesdeunátomoposeenlamínimaenergíaquepuedentenerse dicequeelátomoestáensuestadofundamental. d)Enelátomodeoxígenonoexistenelectronesdesapareados. (O.Q.L.Murcia2003) a)Verdadero.DeacuerdoconeldiagramadeMoeller,laenergíadelorbital2sesinferiora ladelorbital3s. b) Falso. De acuerdo con el Principio de Exclusión de Pauli, en un mismo orbital caben, comomáximo,doselectronesconsusspinesopuestos. c)Verdadero.SiloselectronesdeunátomocumplenelPrincipioAufbauodeconstrucción, integradopor: PrincipiodeMínimaEnergía: “loselectronesvanocupandolosorbitalessegúnenergíascrecientes”. PrincipiodeExclusióndePauli: “dentrodeunorbitalsepuedenalojar,comomáximo,doselectronesconsusespines antiparalelos”. PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHund: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 49 “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”. sedicequeelátomoseencuentraensuestadofundamental. d)Falso.LaestructuraelectrónicaabreviadadelO(Z=8)es[He]2s 2p ,ydeacuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund tiene la siguiente distribución de los electronesenlosorbitales: 2s 2p Elátomodeoxígenotienedoselectronesdesapareados. Lasrespuestasincorrectassonlabylad. 1.101.Elelectrónmásenergéticodelelementodenúmeroatómico20quedadefinidoporla notacióncuántica: a)(4,1,–1,½) b)(4,0,–1,–½) c)(3,2,–2,½) d)(4,0,0,–½) (O.Q.L.Murcia2003) ElelementodeZ=20tienelasiguienteestructuraelectrónicaabreviada:[Ar]4s . Alelectrónmásenergético,4s ,lecorrespondenlossiguientesnúmeroscuánticos: n=4(cuartoniveldeenergía) l=0(subnivels) m=0(elsubniveldeenergíasnoseencuentraenergéticamentedegenerado,tiene unúnicoorbitals) s=+½o–½(puedetomarindistintamentecualquieradelosdosvalores) Larespuestacorrectaeslad. 1.102.Considerandolassiguientesespeciesquímicas: sepuedeafirmarqueel: a) poseeelmenornúmerodeneutrones. b) eslaespeciedemenormasaatómica. c) poseeelmenornúmerodeelectrones. d) poseeelmayornúmerodeprotones. (O.Q.L.Murcia2003) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Ladiferencia(A–Z)proporcionaelnúmerodeneutrones. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 50 Considerandoquelasmasasdelprotónydelneutrónsonaproximadamente1u,yquela masa del electrón es despreciable frente a la de los anteriores, el número másico da la masaaproximadadeunátomo. Enlasiguientetablaseindicaelnúmerodepartículasylamasa atómicaaproximadade cadaunodelasespeciespropuestas: Protones Electrones Neutrones Masaaprox. Sn 50 50 62 112 Te 52 52 70 122 Ar 18 18 22 40 Cu 29 29 30 59 K 19 19 20 39 Cd 48 48 72 120 a)Falso.Laespecieconmenornúmerodeneutroneses K. b)Falso.Laespecieconmenormasaatómicaes K. c)Verdadero.Laespecieconmenornúmerodeelectroneses Ar. d)Falso.Laespecieconmayornúmerodeprotoneses Te. Larespuestacorrectaeslac. 1.103. ¿Cuál de las siguientes estructuras electrónicas le corresponderá a un elemento con númerodeoxidaciónmáximode+3? a)1 2 2 b)1 2 2 3 3 c)1 2 2 3 3 d)1 2 2 3 3 4 3 (O.Q.L.Murcia2003) Sielelementotienelaestructuraelectrónica ypierdetreselectrones, conloquesunúmerodeoxidaciónserá+3,consigueunaestructuraelectrónicaestablede gasinerte1s 2s 2p . Larespuestacorrectaeslab. 1.104.LaestructuraelectrónicadelionMo(IV)respondea: a)[Kr]4 b)[Kr]4 5 c)[Kr]4 5 d)[Kr]4 (O.Q.L.CastillayLeón2003) El elemento de símbolo Mo, molibdeno, pertenece al grupo 6 del sistema periódico, que estáintegradoporloselementos: Periodo Elemento 4 Cr 5 Mo 6 W 7 Sg seencuentraenelperiodo5,porloquesuestructuraelectrónicaabreviadaes: [Kr]5s 4d . perodeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 51 lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 5s 4d El Mo pierde cuatro electrones, los más alejados del núcleo, que son los que tienen mayorvalordenyqueseencuentranunodeellosenelorbital5sytresenelorbital4d,y suestructuraelectrónicaes[Kr] : 5s 4d Larespuestacorrectaeslaa. 1.105.Sedicequedosátomossonisótoposentresícuandotienen: a)Igualcomposicióndelnúcleoydiferenteestructuraelectrónica. b)Igualestructuraelectrónicaydiferentenúmerodeprotonesenelnúcleo. c)Igualestructuraelectrónicaydiferentenúmerodeneutronesenelnúcleo. d)Igualcomposicióndelnúcleoeigualestructuraelectrónica. (O.Q.L.CastillayLeón2003) a) Falso. Los isótopos son átomos de un mismo elemento (igual Z) por lo que tienen idénticaestructuraelectrónica. b) Falso. Los isótopos son átomos de un mismo elemento (igual Z) por lo que tienen idénticonúmerodeprotones. c)Verdadero.Losisótopossonátomosdeunmismoelemento(igualZydiferenteA)por loquetienendiferentenúmerodeneutrones. d)Falso.Losisótopossonátomosdeunmismoelemento(igualZydiferenteA)porloque tienendiferentecomposicióndelnúcleo. Larespuestacorrectaeslac. 1.106.Dadaslasconfiguracioneselectrónicasdelosátomos: A=1 2 2 3 B=1 2 2 6 ¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesfalsa? a)SenecesitamenosenergíaparaarrancarunelectrónaBquedeA. b)AyBrepresentanátomosdeelementosdistintos. c)Bcorrespondeaunestadoexcitado. d)ParapasardeAaBsenecesitaenergía. (O.Q.L.Baleares2003) a) Verdadero. El electrón más externo se encuentra en un subnivel de energía con diferente valor de n (3 en A y 6 en B) y la energía para arrancar un electrón se puede calcular,deformaaproximada,mediantelaexpresión: E J =–2,18·10 Z n siendoZ,lacarganuclearefectivadelaespeciequímica. b) Falso. Las configuraciones electrónicas de A e B cuentan con 11 electrones, son isoelectrónicas, la diferencia entre ambas estriba en que en la estructura B el último electrónseencuentraenunorbitalconenergíasuperior. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 52 c‐d) Verdadero. B corresponde a un estado excitado y A a un estado fundamental del mismoelemento,porloqueparapasardeAaBsenecesitaaportarenergía. Larespuestacorrectaeslab. 1.107.Sobrelaformayeltamañodelosorbitalessepuedeafirmarque: a)Losorbitalesptienensimetríaesférica. b)Losorbitalesptienenformandetetraedroregular. c)Losorbitalesaumentandevolumenalaumentarelniveldeenergía. d)Losorbitales estádirigidossegúnlosvérticesdeuntetraedro. (O.Q.L.Baleares2003) a‐b) Falso. Los orbitales p tienen forma lobular.Porejemplo,elorbitalatómicopy tienelaforma: c) Verdadero. El tamaño del orbital aumenta al aumentar el valor del número cuántico principaln. d) La hibridación sp es trigonal, por tanto, los orbitales híbridos sp están dirigidos hacia los vértices de un triángulo. Larespuestacorrectaeslac. 1.108. ¿Cuál de los siguientes conjuntos de valores de los números cuánticos n, l y correspondenaunorbital? n l a) 2 1 0 b) 2 2 1 c) 3 1 ‐1 d) 1 0 0 no (O.Q.L.Baleares2003) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =–l,…,0,…,+l m =±½ a‐c‐d)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. b)Prohibido.Sin=2,elvalordelsolopuedeser0o1. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 53 1.109.¿Cuántoselectronesconnúmeroscuánticosdistintospuedenexistirenunsubnivelcon n=2yl=1? a)3 b)6 c)4 d)8 (O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004) Sielnúmerocuánticon=2indicaquesetratadelsegundoniveldeenergía. Sielnúmerocuánticol=1indicaquesetratadeunsubniveldeenergíap. Sielnúmerocuánticol=1,losvaloresposiblesdelnúmerocuánticomagnéticom,son0, 1y–1,loqueindicaqueelsubniveldeenergíapseencuentratriplementedegeneradoolo queeslomismoqueenestesubnivelhay3orbitales2p. Como elnúmerocuánticossolopuedetenerlosvalores +½y–½,quieredecirqueen cada orbital caben dos electrones con espines opuestos. Por tanto, el número total de electronesquecabenenelsubnivel2pes6. Larespuestacorrectaeslab. 1.110. ¿Cuál es la energía en J· 7·10 nm? a)2,56·10 J· b)1,71·10 J· c)4,72·10 J· d)2,12·10 J· (Datos.h=6,63·10 de los fotones asociados a la luz de longitud de onda J·s;c=3·10 m· ;NA=6,023·10 ;1m=10 nm) (O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004) Laenergíadelfotónpuedecalcularsepormediodelaecuación: c E=h λ J·s 3·10 m·s 10 nm =2,84·10 1m 7·10 nm J·fotón J 6,023·10 fotones =1,71·10 J· fotó n 1mol E=6,63·10 ExpresandoestevalorenJ·mol : 2,84·10 Larespuestacorrectaeslab. 1.111.Indicacuáldelassiguientesafirmacionesesfalsa: a)Laradiaciónemitidaporunatransiciónelectrónica,n=4 n=2,tieneunalongitudde ondamayorquelatransiciónelectrónica,n=5n=2,paraunmismoátomo. b)Unsubnivelconl=3tieneunacapacidadde14electrones. c)Unátomodeunelementodelgrupodeloshalógenostieneunelectrónsinaparear. d)Paraunmismovalorden,laenergíadeunelectróndessiempremayorqueladeunop. e) La configuración de un átomo en su estado fundamental puede contener solamente los orbitales1s,2p,3p,4s,5sy4f. (O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)(O.Q.L.LaRioja2013) a) Verdadero. La longitud de onda correspondiente a la radiación emitida en un salto electrónicosecalculamediantelaecuacióndeBohr: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1 =R λ 54 1 1 n n Paralossaltoselectrónicos42y52,respectivamente: 1 =R λ 1 1 λ 4 2 1 =R λ 1 1 λ 5 2 5,33 m R 42 = 52 4,76 = m R λ 42 >λ 52 b) Verdadero. El número cuántico l = 3 se corresponde con el subnivel f. Este subnivel tiene7orbitalesfyencadaunodelosorbitalescaben2electrones,entotal14. c) Verdadero. Los halógenos tienen 7 electrones en su capa de valencia distribuidos de formaquepresentaunelectróndesapareado: ns Np d)Verdadero.Loselectronesdsellamanelectronesinternos,mientrasqueloselectrones psonllamadosexternosodevalencia.Losinternosestánmáscercadelnúcleoyporello tienen más energía y cuestan más de arrancar a diferencia de los p que al ser externos tienenmenosenergíasonmásfácilesdeeliminar. e)Falso.DeacuerdoconeldiagramadeMoellerdesubnivelesdeenergíaenlasecuencia propuesta1s2p3p4s5s5f,faltanlosorbitales2s,3s,4s,3d,4p,4d,5p,6s,5d,4f,6p,7s, 6dy7p. Larespuestacorrectaeslae. 1.112. ¿Cuál es la longitud de onda asociada a la sonda Rosetta de 3 t que viaja a una velocidadde37080km/h? a)2,14·10 mm b)2,14·10 km c)2,14·10 nm d)2,14·10 Å e)2,14·10 m (Dato.h=6,626·10 J·s) (O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004) La ecuación propuesta por De Broglie relaciona el momento lineal de una partícula y la longituddelaondaelectromagnéticaasociadaalamismaes: λ= m=masadelapartı́cula h v=velocidaddelapartı́cula m·v h=constantedePlanck Lalongituddeondaes: λ= 6,626·10 J·s 3t 37080km·h 1t 1km 3600s 10 A =2,14·10 1m 10 kg 10 m 1h Å Se trata de una onda de muy poca longitud ya que en el mundo macroscópico nada es comparableah(constantedePlanck). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 55 Larespuestacorrectaeslad. 1.113.ElCsseutilizaenfotocélulasyencámarasdetelevisiónporquetieneunaenergíade ionizaciónmuybaja.¿CuáleslaenergíacinéticadeunfotoelectróndesprendidodelCscon unaluzde5000Å? a)2,3·10 cal b)4,6·10 J c)2,3·10 kcal d)2,3·10 kJ e)2,3·10 J (Datos.λcríticaCs=6600Å;c=2,99793·10 m· ;h=6,626·10 J·s;1J=0,24cal) (O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004) LaecuaciónpropuestaporEinsteinparaexplicarelefectofotoeléctricoes: E =hc E =energı́aciné ticadelfotoelectró n c=velocidaddelaluz 1 h=constantedePlanck λ λ=longituddeondadelfotó nincidente λ =longituddeondacaracterı́sticadelmetal 1 λ Sustituyendo: Ek 6,626·10 1 J s 2,99793·10 m s 5000Å 1 10 Å 9,67 10 6600Å 1m J Cambiandounidades: 9,67 10 J 0,24cal 1kcal =2,3·10 1J 10 cal kcal Larespuestacorrectaeslac. 1.114.Losátomosquesedenominanisótopos: a)Difierenenelnúmeroatómicoperotienenlamismamasaatómica. b)Difierenenlamasaatómicaperotienenelmismonúmeroatómico. c) Solo pueden obtenerse en procesos radiactivos y su existencia fue predicha por Marie Curie. d)Desvíanlaluzpolarizadaendistintadirección. (O.Q.L.Murcia2004) Isótopos son átomos de un mismo elemento con el mismo número atómico (número de protones)ydistintonúmeromásico(distintonúmerodeneutrones)yportanto,distinta masaatómica. a)Falso.Deacuerdoconladefinicióndeisótopo. b)Verdadero.Deacuerdoconladefinicióndeisótopo. c) Falso. De los elementos no sintéticos de la tabla periódica solo hay 21 que no tengan isótoposnaturales.LosisótopossondefinidosporF.Soddyen1911. d) Falso. La luz polarizada solo la pueden desviar los compuestos que tienen actividad óptica. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 56 1.115.LosrayosXtienen: a)Longitudesdeondamuypequeñas. b)Frecuenciasmuypequeñas. c)Energíasmuypequeñas. d)Longitudesdeondagrandesy,portanto,energíasgrandes. (O.Q.L.Murcia2004) Los rayos X son radiaciones electromagnéticas de muy pequeña longitud de onda y elevadafrecuenciayenergía. Larespuestacorrectaeslaa. 1.116. La configuración electrónica que utilizamos habitualmente se basa en distribuir los electrones de un átomo en distintos orbitales (s, p, d, f,..) que pertenecen a distintas capas. ¿QuérelaciónexisteentreestosorbitalesylasórbitasdeBohr? a)Órbitasyorbitalessonbásicamentelomismo. b)Enambosloselectronesestángirandoentornoalnúcleo,aunquesoloenlosorbitalesslas trayectoriassoncirculares. c)Laenergíadelorbital1sdelátomodeHcoincideconlaenergíadelaprimeraórbitade Bohr. d)Enlasórbitas,loselectronespuedenexcitarseypasaraotrasuperior,mientrasqueenlos orbitalesesimposiblequeocurraesteproceso. (O.Q.L.Murcia2004)(O.Q.L.Murcia2014) a)Falso.Lasórbitassonlastrayectoriasdescritasporloselectronesalrededordelnúcleo en el modelo de Bohr‐Sommerfeld y los orbitales son zonas del espacio con una determinadaenergíaenlasqueexisteunaelevadaprobabilidad(>90%)deencontrara unelectrón. b) Falso. No tiene sentido hablar de trayectorias en el modelo de probabilidad o de orbitales. c)Verdadero.LasenergíasdelelectrónenlaprimeraórbitadeBohrydelorbital1spara elátomodehidrógenocoincidenyson–13,6eV. d) Falso. Un estado atómico excitado se obtiene cuando un electrón pasa a una órbita o niveldeenergíasuperior(modelodeBohr)obiencuandounelectrónsaltaaunorbitalde energíasuperior(modelodeorbitales). Larespuestacorrectaeslac. 1.117. El litio es un metal blando, ligero y reactivo. Su estructura electrónica es 1 2 . ¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta? a)Alformarunenlacetomaunelectrónparaalcanzarlaestructura1 2 . b)2 representaelelectróndevalencia. c)Elionlitioes1 2 . d)Sumáximogradodeoxidaciónes+3. e)Cuandoseformaelionlitioganaunelectrónyalcanzalaestructura1 2 . f)Elionlitioes1 2 . g)Todosloselectronesparticipanenlaformacióndecompuestos. (O.Q.L.Murcia2004)(O.Q.L.Murcia2007) a)Falso.Ellitioalformarenlacescedeunelectrónyadquierelaestructuraelectrónica1s . b)Verdadero.Elelectrón2s esunelectrónexternoodevalencia. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 57 c‐d‐e‐f)Falso.ElionlitioesLi yseformacuandoelátomocedeunelectrónporloquesu estructuraes1s ysumáximogradodeoxidaciónes+1. g)Enlaformacióndecompuestosdelitiosoloparticipaelelectrónexterno2s . Larespuestacorrectaeslab. (Lasdiferentespropuestasestánrepartidasentreambasolimpiadas). 1.118.LaconfiguraciónelectrónicaexternadelAses: a)4 4 b)4 4 c)4 3 d)5 5 (O.Q.L.Murcia2004) ElelementodesímboloAs,arsénico,pertenecealgrupo15delsistemaperiódico,queestá integradoporloselementos: Periodo Elemento 2 N 3 P 4 As 5 Sb 6 Bi seencuentraenelperiodo4,porloquesuestructuraelectrónicaabreviadaes: [Ar] . Larespuestacorrectaeslaa. 1.119. Considerando el átomo de rubidio en su estado fundamental de energía, ¿cuántos electronestienenelnúmerocuánticom=0? a)5 b)17 c)11 d)Todos (O.Q.L.Baleares2004) Elrubidioesunelementoqueseencuentrasituadoenelgrupo1yperiodo5delsistema periódico,porloquesuestructuraelectrónicaes1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 5s . Encadasubnivelhayporlomenos unorbitalal quelecorrespondeel valordelnúmero cuántico m = 0 y en cada orbital dos electrones, excepto en el último que solo hay uno. Comohay9orbitalesdiferentes,unodeellosincompleto,elnúmerodeelectronesconel númerocuánticom=0es17. Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón1999). 1.120.Elnúmeromáximodeelectronesenunátomoquepuedetenerlossiguientesnúmeros cuánticos,n=2y =½es: a)2 b)3 c)4 d)5 (O.Q.L.Madrid2004) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 58 Sielnúmerocuánticon=2indicaquesetratadeunátomodeunelementodelsegundo periodo o nivel de energía. Por tanto, tiene completo el primer nivel de energía con 2 electrones. Si además m = ½ quiere decir que ha podido completar el orbital 2s por lo que tiene 2 electrones.Elnúmerototaldeelectronesquetienees4. Larespuestacorrectaeslac. 1.121.Delátomocuyonúmeroatómicoes33,sepuedeafirmartodolosiguiente,excepto: a)Tienelosorbitales3dcompletos. b)Estásituadoenlacuartafiladelatablaperiódica. c)Esunmetaldetransición. d)Sicaptasetreselectronesseconvertiríaenunanióncuyaestructuraelectrónicaseríala deungasnoble. (O.Q.L.Madrid2004) Al elemento de número atómico 33 le corresponde la siguiente estructura electrónica abreviada: [Ar]3d 4s 4p a)Verdadero.Tienelosorbitales3dcompletos. b) Verdadero. El valor máximo de n = 4 indica que este elemento se encuentra en 4º periododelsistemaperiódico. c)Falso.Paraquesetratasedeunmetaldetransiciónnodeberíahabersecomenzadoa llenarelsubnivel4p. d) Verdadero. Si un átomo de este elemento capta tres electrones forma un anión trivalenteyadquiereunaestructuraelectrónicamuyestabledegasinerte: [Ar]3d 4s 4p Larespuestacorrectaeslac. 1.122. Indique los valores de los números cuánticos n, l y m que pueden ser correctos para describirelelectróndevalenciamásexternodelelementodenúmeroatómico31: a)4,1,–2 b)4,1,–1 c)4,2,1 d)3,1,–1 (O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.Madrid2007) La estructura electrónica abreviada del elemento de Z = 31 es [Ar] 3d 4s 4p . El electrónmásexternoseencuentraenunorbital4pporloquesusnúmeroscuánticosson: n=4(cuartoniveldeenergía) l=1(subniveldeenergíap) m=1,0,–1(indistintamente,yaqueelsubnivelpestátriplementedegenerado,es decir,elsubnivelptiene3orbitalesdiferentesp ,p ,p ). Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 59 1.123.Laenergíadelelectrónenelestadofundamentalparaelátomodehidrógenoes‐13,6 eV.¿Cuáldelossiguientesvalorespuedecorresponderaunestadoexcitado? a)–3,4eV b)–6,8eV c)+13,6eV d)+27,2eV (O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.Madrid2007)(O.Q.L.Madrid2008) Laenergía,eneV,deunelectrónenunnivelcuánticosecalculamediantelaexpresión: E eV =– 13,6 n Elvalorcorrectodelaenergíaseráelquecorrespondaaunvalorenteroden: –3,4=– 13,6 n=2 n –6,8=– 13,6 n=1,4 n Losotrosdosvaloressonabsurdosyaquesetratadeenergíaspositivas. Larespuestacorrectaeslaa. 1.124.Escribeunsímboloadecuadoparalaespeciequecontiene29protones,34neutronesy 27electrones. a) b) c) d) (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elqueelnúmerodeelectronesseadosunidadesinferioraldeprotonesindicaquesetrata deuncatiónconcarga2+. Laespecie estáintegradapor29protones,27electronesy34neutrones. Larespuestacorrectaeslab. 1.125.Lamayorpartedelaluzprocedentedeunalámparadesodiotieneunalongitudde ondade589nm.¿Cuáleslafrecuenciadeestaradiación? a)7,05·10 Hz b)3,04·10 Hz c)2,50·10 Hz d)5,09·10 Hz (Dato.Velocidaddelaluz=2,998·10 m· ) (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005) La relación entre la longitud de onda y la frecuencia de una radiación electromagnética vienedadaporlaexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 60 c=λ·ν Despejando: ν= 2,998·10 m·s 589nm 10 nm =5,09·10 Hz 1m Larespuestacorrectaeslad. 1.126. ¿Cuáles de las siguientes especies se espera que sean diamagnéticas y cuáles paramagnéticas? Na Mg Ag a)Paramagnética,diamagnética,paramagnética,paramagnética b)Diamagnética,paramagnética,paramagnética,paramagnética c)Paramagnética,diamagnética,diamagnética,paramagnética d)Paramagnética,diamagnética,paramagnética,diamagnética (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004) Una especie química que presenta electrones desapareados es paramagnética y si no los tieneesdiamagnética. ElelementocuyosímboloesNaeselsodiocuyaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes [Ne]3s .Ladistribucióndeloselectronesenelorbital3ses: 3s Presentaunelectróndesapareado,portanto,esunaespecieparamagnética. ElelementocuyosímboloesMgeselmagnesiocuyaconfiguraciónelectrónicaabreviada es[Ne]3s .Ladistribucióndeloselectronesenelorbital3ses: 3s Nopresentaelectronesdesapareados,portanto,esunaespeciediamagnética. El elemento cuyo símbolo es Cl es el cloro cuya configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] 3s 3p ya que gana 1 electrónensucapamásexterna.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3p es: 3s 3p Nopresentaelectronesdesapareados,portanto,esunaespeciediamagnética. ElelementocuyosímboloesAgeslaplatacuyaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes [Kr]5s 4d .Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales5sy4des: 5s 4d Presentaunelectróndesapareado,portanto,esunaespecieparamagnética. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 61 1.127.¿ConqueecuacionesllegóLouisdeBrogliealprincipiodualdelamateria? a)EcuacióndeEinsteindelaenergíayrelacióndeenergíadePlanck. b)EcuacióndeEinsteindelaenergíaylaecuacióndeincertidumbredeHeisenberg. c)RelacióndeenergíadePlanckylaecuacióndeenergíadelosorbitalesdeBohr. d)RelacióndeenergíadePlanckyecuacióndeincertidumbredeHeisenberg. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004) CombinandolaecuacióndeEinsteindelaenergía: E=m·c ylarelacióndeenergíadePlanck: E= h·c λ seobtienelaecuacióndelprincipiodualdelamateriadeLouisdeBroglie: h h·c =m·c λ= m·v λ Larespuestacorrectaeslaa. 1.128.UnaseñaldeTVtieneunalongituddeondade10km.¿CuálessufrecuenciaenkHz? a)30,0 b)3,00·10 c)3,00·10 d)3,00·10 e)3,33·10 (Dato.Velocidaddelaluz=2,99793·10 m· ) (O.Q.N.Luarca2005)(O.Q.L.Baleares2011) La relación entre la longitud de onda y la frecuencia de una radiación electromagnética vienedadaporlaexpresión: c=λ·ν Elvalordelafrecuenciaes: ν= 2,99793·10 m·s 10km 1km 1kHz =30kHz 10 m 10 Hz Larespuestacorrectaeslaa. 1.129. Un detector de radiación expuesto a la luz solar detecta la energía recibida por segundo en una determinada área. Si este detector tiene una lectura de 0,430 cal· · ,¿cuántosfotonesdeluzsolarestánincidiendoporcadacm2enunminuto? Supongaquelalongituddeondamediadelaluzsolares470nm. a)2,02·10 b)8,46·10 c)4,26·10 d)1,02·10 e)4,25·10 (Datos.h=6,626·10 J·s;c=2,99793·10 m· ;1cal=4,184J) (O.Q.N.Luarca2005) Laenergíaasociadaaunfotónsecalculamediantelaexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) E= 62 h·c λ Sustituyendo: E= 6,626·10 J·s 2,99793·10 m·s 470nm 10 nm 1cal =1,01·10 1m 4,184J cal Relacionandoestaenergíaconlaenergíarecibidaporelcolectorseobtieneelnúmerode fotonesqueimpactanenél: min 0,430cal·cm 1,01·10 =4,26·10 fotón·cm cal·fotón ·min Larespuestacorrectaeslac. 1.130.¿Cuáleslanotaciónadecuadaparaunionquecontiene35protones,36electronesy 45neutrones? a) b) c) d) e) (O.Q.N.Luarca2005)(O.Q.L.Baleares2013)(O.Q.L.Cantabria2014) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Sitiene35protonessunúmeroatómicodebeser35. Tambiéndeberíatener35electrones,peroaltener36debeestarcargadonegativamente. Sitiene45neutrones,sunúmeromásicoes(35+45)=80. Setratadelaespecie . Larespuestacorrectaeslab. 1.131. ¿Cuál de las siguientes configuraciones electrónicas representa la del estado fundamentaldelFe(III),sabiendoqueZ(Fe)=26? a)[Ar]3 b)[Ar]4 3 c)[Ar]4 3 d)[Ar]4 3 e)[Ar]4 (O.Q.N.Luarca2005)(O.Q.L.Murcia2010)(O.Q.L.Baleares2012)(O.Q.L.Cantabria2014) LaestructuraelectrónicaabreviadadelFe(Z=26)es[Ar]4s 3d . DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 63 ladistribucióndeloselectronesenlosorbitaleses: 4s 3d ElFe pierdetreselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valor de n y que se encuentran dos en el orbital 4s y uno en el orbital 3d por lo que su estructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslaa. 1.132.Lacarganuclearefectivadelsodioes: a)<11y>10 b)<10y>9 c)<2y>1 d)<1y>0 e)0 (O.Q.N.Luarca2005) Lacargaefectivadeunátomo,Z ,secalculamediantelasiguienteexpresión: Zef =Z σ Z=carganuclear σ=constantedeapantallamiento LaconstantedeapantallamientosecalculamediantelasreglasdeSlaterquedicen: 1. Escriba la configuración electrónica del elemento y agrupe los subniveles de la siguienteforma(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d,4f)(5s,5p)… 2.Lacontribuciónalaconstantedeapantallamientodecadaunodeloselectrones situadosaladerechadelgrupo(ns,np)es0. 3.Lacontribuciónalaconstantedeapantallamientodecadaunodeloselectrones delmismogrupoes0,35;exceptoparael1squees0,31. Sielelectrónconsideradoesnsonp: 4.Lacontribuciónalaconstantedeapantallamientodecadaunoloselectronescon ninferiorenunaunidadalelectrónconsideradoes0,85. 5.Lacontribuciónalaconstantedeapantallamientodecadaunodeloselectrones conninferiorendosunidadesalelectrónconsideradoes1,00. Sielelectrónconsideradoesndonfsemantienenlasreglas1,2y3perolasreglas 4y5sesustituyenporlaregla6: 6.Lacontribuciónalaconstantedeapantallamientodecadaunodeloselectrones delosgrupossituadosalaizquierdadelelectrónconsideradoes1,00. El sodio es un elemento que se encuentra situado en el grupo 1 y periodo 3 del sistema periódico,porloquesuestructuraelectrónicaes(1s )(2s 2p )(3s ). Elvalordelaconstantedeapantallamiento,σ,parasuúltimoelectrónes: σ=8(0,85)+2(1,00)=8,80 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 64 Elvalordelacargaefectiva,Z es: Z =11–8,80=2,20 Comoseobserva,ningunadelaspropuestascoincide. 1.133.Unprotónyunelectrónsediferencian,entreotrascosasenque: a)Lacargadelelectróneseldoblequeladelprotón. b)Lamasadelelectrónesmuchomenorqueladelprotón. c)Elcolordelelectrónesmásoscuroqueeldelprotón. d)Losprotonessondiferentesenátomosdiferentes,mientrasqueloselectronessoniguales. e)Losprotonesnosaltandeunátomoaotrocuandoseproduceunion. f)Losprotonessaltandeunátomoaotrocuandoseproduceunion. g)Elelectrónformapartedelnúcleo. h)Enelátomoelprotónsemueveamayorvelocidadqueelelectrón. (O.Q.L.Murcia2005)(O.Q.L.Murcia2012)(O.Q.L.Murcia2013) a)Falso.Elprotónyelelectróntienenlamismacarga,1,6·10 espositivayladelelectrónnegativa. C,soloqueladelprotón b) Verdadero. La masa del electrón es aproximadamente 1837 veces menor que la del protón: m 1,6726·10 = m 9,109·10 kg kg ≈1837 c‐e‐f‐g‐h)Falso.Sonpropuestasabsurdas. d)Falso.Protonesyelectronessonpartículaselementalescomunesalosátomosdetodos loselementos. Larespuestascorrectaeslab. (Laspropuestasestánrepartidasentrelasdiferentesolimpiadas). 1.134.Cuandoloselectronesatraviesanuncampoeléctricoperpendicularasutrayectoria: a)Nosedisponedemediostécnicosparaconocerloquesucede. b)Nosufrenaceleración. c)Separanrápidamente. d)Curvansutrayectoria. (O.Q.L.Murcia2005) Según experimentó J.J. Thomson con el tubo de rayos catódicos, cuando los rayos atravesabanuncampoeléctricoperpendicularasutrayectoria,latrayectoriadeestosse curvaba.Estehechoerapruebadequelosrayoscatódicosnoeranpartículascargadas,ya queloscamposeléctricossoncapacesdedesviaralaspartículascargadas,sinembargo,no ejercenningúnefectosobrelasondaselectromagnéticas. Larespuestacorrectaeslad. 1.135. El hecho de que los espectros atómicos sean un conjunto de líneas asociadas a diferentesvaloresdeenergía: a)Esconsecuenciadequelosátomostenganmásdeunelectrón. b)Esconsecuenciadequelosátomostenganmásdeunprotón. c)Esconsecuenciadelacuantizacióndelaenergíadelátomo. d)EstárelacionadoconelprincipiodeexclusióndePauli. (O.Q.L.Murcia2005) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 65 De acuerdo con el segundo postulado de Bohr, los electrones al girar en órbitas estacionariasnoemitenenergía,perocuandounelectrónsaltaentredosnivelescuánticos absorbe o emite una energía en forma de radiación electromagnética que es igual a la diferencia de energía, hν, existente entre los dos niveles en los que tiene lugar la transición. La energía asociada a cada uno de estos saltos cuánticos al ser analizada mediante un espectrómetrodalugaraunalíneadelespectro. Larespuestacorrectaeslac. 1.136. Si se lanza, contra una lámina de oro muy fina, distintos chorros de partículas α ( )seobservaque: a)Lamayoríadeellasatraviesanlaláminasinquesutrayectoriarectilíneaseveaafectada. b)Lamayoríadeellassedesvíadesutrayectoriarectilínea. c)Lamayoríadeellasrebota. d)Enrealidad,esunexperimentoqueanadieseleocurriríarealizar. (O.Q.L.Murcia2005) En el experimento de E. Rutherford, realizadoporH.GeigeryE.Marsden,se bombardeó una fina lámina de oro con partículas alfa observándose que la mayoría de estas atravesaba la lámina sin desviarse. La interpretación que Rutherford dio a este hecho fue que el átomo estaba en su mayor parte hueco por lo que las partículas alfa, muy masivas y con carga positiva, no encontraban ningún obstáculo en su camino. Larespuestacorrectaeslaa. 1.137.LasondasderadioylosrayosXsepropagan: a)Conunavelocidadinversamenteproporcionalasulongituddeonda. b)Conunavelocidadinversamenteproporcionalasufrecuencia. c)Alamismavelocidadenelvacío. d)Siexisteunmediomaterialatravésdelcualhacerlo. (O.Q.L.Murcia2005) Las ondas de radio y los rayos X son ondas electromagnéticas que se propagan con velocidadconstante,c=3·10 m·s ,enelvacíoyencualquiermediomaterial. Larespuestacorrectaeslac. 1.138.ElmodeloatómicodeBohrplantea,entreotrascosas,que: a)Loselectronesestándistribuidosenorbitalesllamadoss,p,d,f,etc. b)Encadaorbitalpuedehaberunmáximodedoselectrones. c)Loselectronesgiranavelocidadconstante. d)Loselectronessaltandeunaórbitaaotrasinemisiónniabsorcióndeenergía. (O.Q.L.Murcia2005) a)Falso.ElmodelodeBohrnohablaparanadadeorbitales. b)Verdadero.SetratadelPrincipiodeExclusióndePauli. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 66 c) Falso. La velocidad de un electrón en una órbita en el modelo de Bohr se calcula mediantelaexpresión: e=cargadelelectró n 1 e h=constantedePlanck v= ε =constantedielé ctrica 2hε n n=nú merocuá nticoprincipal dondelaúnicavariableesn,cuyosvalores1,2,3,…determinanlavelocidaddelelectrón enesaórbita.Lavelocidaddisminuyealaumentarn. d)Falso.ContradiceelsegundopostuladodeBohrquediceque: “los electrones al girar en órbitas estacionarias no emiten energía, pero cuando un electrón salta entre dos niveles cuánticos absorbe o emite una energía en forma de radiaciónelectromagnéticaqueesigualaladiferenciadeenergía,hν,existenteentre losdosnivelesenlosquetienelugarlatransición”. Larespuestacorrectaeslab. 1.139.ConsiderandoelátomodeNeyelcatión : a)Ambostienenelmismonúmerodeprotones. b)Losdostienenelmismonúmerodeelectrones. c)Eltamañodelcatión esmayorqueeldelátomodeNe. d)Ambostienenelmismonúmerodeelectronesquedeprotones. (O.Q.L.Murcia2005) ElelementoconsímboloNeeselneónypertenecealgrupo18yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . El elemento con símbolo Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . LaconfiguraciónelectrónicadelionMg capamásexterna. es[He]2s 2p yaquecededoselectronesdesu a) Falso. Se trata de especies procedentes de elementos diferentes por lo que tienen diferentenúmeroatómicoynopuedentenerigualnúmerodeprotones. b)Verdadero.Ambosionessonespeciesisoelectrónicasquetienen10electrones. c) Falso. En especies isoelectrónicas tiene mayor tamaño la que posee menor número atómicoyaquesunúcleoatraeconmenosfuerza. d)Falso.Tienenelmismonúmerodeelectrones(especiesisoelectrónicas)perodiferente númerodeprotones(elementosdiferentes). Larespuestacorrectaeslab. 1.140.Unátomotienedenúmeroatómico23.Seríaincorrectodecirque: a)Suconfiguraciónelectrónicaexternaes4 3 . b)Correspondeaunelementodetransición. c)Tiene3electronesdesapareados. d)Estásituadoenelgrupo3Bdelatablaperiódica. (O.Q.L.Murcia2005) LaestructuraelectrónicaabreviadadelelementoconZ=23es[Ar]4s 3d .Deacuerdo conelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 67 “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d a)Verdadero.Laestructuraelectrónicaexternaes4s 3d . b) Verdadero. Los elementos de transición son aquellos cuya estructura electrónica externaesns (n− 1)d. c)Verdadero.Elátomoensuestadofundamentaltiene3electronesdesapareados. d) Falso. El elemento presenta 5 electrones en su última capa por lo que pertenece al grupo5(anteriormentellamado5B). Larespuestacorrectaeslad. 1.141.De acuerdoconelmodeloatómicodeBohr,cuandounátomodeHreciberadiación electromagnética: a)Puedeproducirseunaumentodelavelocidaddelelectrónsincambiardeórbita. b)Puedeproducirseunadisminucióndelavelocidaddelelectrónsincambiardeórbita. c)Puedeobtenerseunátomoquetengaunelectrónenlacuartaórbita. d)Elelectrónnoseveráafectadoensuestadodeningunaforma. (O.Q.L.Murcia2005) a‐b) Falso. La velocidad de un electrón en una órbita en el modelo de Bohr se calcula mediantelaexpresión: e=cargadelelectró n 1 e h=constantedePlanck v= ε =constantedielé ctrica 2hε n n=nú merocuá nticoprincipal dondelaúnicavariableesn,cuyosvalores1,2,3,…determinanlavelocidaddelelectrón enesaórbita.Lavelocidaddisminuyealaumentarn. c) Verdadero. Si la radiación electromagnética tiene la energía suficiente, puede obtenerseunátomoexcitadoconunelectrónenlacuartaórbitaocuartonivelcuánticode energía. d)Falso.Segúnloexpresadoenelapartadoa). Larespuestacorrectaeslac. 1.142.Deunátomoconlasiguienteconfiguraciónelectrónica: 1 2 2 3 3 4 5 sepuedeafirmarque: a)Seencuentraensuestadofundamentaldeenergía. b)Siunelectrón5spasaaunniveldeenergíainferiorseproduciráunalíneadesuespectro deemisión. c)Siunelectrón4spasaaunniveldeenergíasuperiorseproduciráunalíneadesuespectro deemisión. d)Pertenecealgrupodelosalcalinotérreos. (O.Q.L.Baleares2005) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 68 a)Falso.Eseátomoseencuentraenunestadoexcitado,yaqueloselectronesdelsubnivel 5s deberían estar situados en el 3d y la estructura electrónica en el estado fundamental sería: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d b) Verdadero. Cuando un electrón situado en el subnivel 5s cae a subnivel de energía inferior, emite la diferencia de energía entre ambos subniveles en forma de radiación electromagnéticaquedalugaraunalíneaenelespectrodeemisión. c)Falso.Cuandounelectrónsituadoenelsubnivel4ssubeasubniveldeenergíasuperior, debe absorber la diferencia de energía entre ambos subniveles en forma de radiación electromagnéticaquedalugaraunalíneaenelespectrodeabsorción. d)Falso.Aesteátomolecorrespondeunaestructuraelectrónicaenelestadofundamental: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d Portanto,pertenecealcuartoperiodo(n=4)ygrupo4(sumandolossuperíndicesdelos subniveles4sy3d)delsistemaperiódico. Los elementos alcalinotérreos están incluidos en el grupo 2 y tienen una estructura electrónicaexternaenelestadofundamentalns . Larespuestacorrectaeslab. 1.143.UnelementoZtienelasiguienteconfiguraciónelectrónica: 1 2 2 3 3 5 ¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta? 1)ElátomoZseencuentraensuestadofundamentaldeenergía. 2)ElátomoZseencuentraenunestadoexcitado. 3)Alpasarunelectróndesdeelorbital4sal5sseemiteenergíaluminosaquedalugar aunalíneadelespectrodeemisión. 4)ElelementoZpertenecealgrupodelosmetalesalcalinos. 5)ElelementoZperteneceal5ºperiododelsistemaperiódico. a)1,2y3 b)2,3y5 c)2y4 d)2,4y5 e)2y5 (O.Q.L.Asturias2005)(O.Q.N.Castellón2008)(O.Q.L.CastillayLeón2010)(O.Q.L.Cantabria2011) 1)Falso.Eseátomoseencuentraenunestadoexcitado,yaqueloselectronesdelsubnivel 5s deberían estar situados en el 4s y la estructura electrónica en el estado fundamental sería: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 2) Verdadero. Ya que se incumple el Principio de Mínima Energía al ocuparse antes el subnivel5squeel4s. 3) Falso. Cuando un electrón situado en el subnivel 4s sube al subnivel 5s de energía superior,absorbeladiferenciadeenergíaentreambossubnivelesenformaderadiación electromagnéticaquedalugaraunalíneaenelespectrodeabsorción. 4) Verdadero. A este átomo le corresponde una estructura electrónica en el estado fundamental 1s 2s 2p 3s 3p 4s . Por tanto, pertenece al cuarto periodo (n = 4) y grupo1delsistemaperiódicollamadodelosmetalesalcalinosquetienenunaestructura electrónicaexternaenelestadofundamentalns1. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 69 5)Falso.Se tratade elementoqueperteneceal 4ºperiodo(n= 4)loquepasaesquese encuentraenunestadoexcitado. Larespuestacorrectaeslac. 1.144.Loselementossiguientes: , , , poseen una característica común a todos ellos. Indique cuál de todas las propuestas es la verdadera: a)Pertenecentodosalmismoperiodo. b)Losnúcleosdeloscuatroelementoscontienenelmismonúmerodeneutrones. c)Loscuatroelementossonisótoposentresí. d)Elestadodeoxidaciónmásprobabledeloscuatroelementoses+2. (O.Q.L.Asturias2005)(O.Q.L.Canarias2008) El telurio es un elemento perteneciente al grupo 16 del sistema periódico, que está integradopor: Periodo 2 3 4 5 6 Elemento O S Se Te Po Eltelurioseencuentraenelgrupo16yperiodo5,porloquesuestructuraelectrónicaes 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p o,deformaabreviada,[Kr] . SumandoelnúmerodeelectronesseobtienequesunúmeroatómicoesZ=52. El xenón es un elemento perteneciente al grupo 18 del sistema periódico, que está integradopor: Periodo 1 2 3 4 5 6 Elemento He Ne Ar Kr Xe Rn Elxenónseencuentraenelgrupo18yperiodo5,porloquesuestructuraelectrónicaes 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p o,deformaabreviada,[Kr] . SumandoelnúmerodeelectronesseobtienequesunúmeroatómicoesZ=54. El cesio es un elemento perteneciente al grupo 1 del sistema periódico, que está integradopor: Periodo 2 3 4 5 6 7 Elemento Li Na K Rb Cs Fr El cesio se encuentra en el grupo 1 y periodo 6, por lo que su estructura electrónica es 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s o, de forma abreviada, [Xe] . SumandoelnúmerodeelectronesseobtienequesunúmeroatómicoesZ=55. El bario es un elemento perteneciente al grupo 2 del sistema periódico, que está integradopor: Periodo 2 3 4 5 6 7 Elemento Be Mg Ca Sr Ba Ra El cesio se encuentra en el grupo 2 y periodo 6, por lo que su estructura electrónica es 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s o, de forma abreviada, [Xe] . SumandoelnúmerodeelectronesseobtienequesunúmeroatómicoesZ=56. a) Falso. Como se observa a partir de las respectivas estructuras electrónicas, Te y Xe pertenecenal5ºperiodo,mientrasque,CsyBasonelementosdel6ºperiodo. b)Verdadero.Sabiendoque: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 70 Número atómico (Z) indica el número de protones o de electrones de un átomo neutro. Númeromásico(A)indicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Ladiferenciaentreelnúmeromásicoyelnúmeroatómico(A–Z)proporcionaelnúmero deneutrones. Asíparalasespeciesdadas: Especie A Z neutrones Xe 132 54 78 Te 130 52 78 Cs 133 55 78 Ba 134 56 78 c)Falso.Isótopossonelementosquetienenigualnúmeroatómico(númerodeprotones)y diferentenúmeromásico(númerodeneutrones). Como se ha visto en el apartado anterior, con los cuatro elementos ocurre lo contrario, tienenigualnúmerodeneutronesydiferentenúmerodeprotones. d) Falso. Solo el Ba tiene el estado de oxidación +2 ya que si pierde los 2 electrones del orbital6sadquiereestructuramuyestabledegasinerte. [Xe]6s 2e [Xe] Larespuestacorrectaeslab. 1.145.Laconfiguraciónelectrónicadel a)1 2 2 3 3 3 b)1 2 2 3 3 4 3 c)1 2 2 3 3 4 3 d)1 2 2 3 3 3 (Z=29)es: (O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005) El cobre es un elemento perteneciente al grupo 11 del sistema periódico, que está integradopor: Periodo Elemento 4 Cu 5 Ag 6 Au 7 Rg El cobre se encuentra en el grupo 11 y periodo 4, por lo que su estructura electrónica deberíaser1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d o,deformaabreviada,[Ar]4s 3d : 4s 3d Aunquealdesaparearelelectróndelorbital4sypromocionarloalorbital3dseincumple elPrincipiodeMínimaEnergíaquediceque: “loselectronesvanocupandolosorbitalessegúnenergíascrecientes, perodeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, seconsigueunaestructuraelectrónica[Ar]4s 3d : CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4s 71 3d quepresentaelorbital3dlleno,conmenosenergíayporellomásestable. ElCu pierdeunelectrón,elmásalejadodelnúcleo,elquetienemayorvalordenyquese encuentraenelorbital4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslaa. 1.146.¿Cuáleslalongituddeonda,ennm,delaradiacióncuyaenergíaes550kJ· a)0,217 b)0,419 c)157 d)217 (Datos.h=6,626·10 J·s;c=2,9979·10 m· ;L=6,022·10 ? ;1m=10 nm) (O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005) Laenergíaasociadaaunaradiaciónelectromagnéticasecalculamediantelaexpresión: E= h·c λ Sustituyendo: λ= 6,626·10 J·s 2,9979·10 m·s 550kJ·mol 6,022·10 fotó n 1kJ 10 nm =217nm 1mol 10 J 1m Larespuestacorrectaeslad. 1.147.Paraqueunelectrónseencuentreenunorbital3d,losvaloresposiblesdelosnúmeros cuánticosn,ly son: a)n=3l=1 =3,2,1,0,–1,–2–3 b)n=3l=2 =2,1,0,–1,–2 c)n=3l=0 =2,1,0,–1,–2 d)n=3l=3 =3,2,1,0,–1,–2–3 (O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005) Aunelectrónqueseencuentreenunorbital3dlecorrespondelasiguientecombinación denúmeroscuánticos: n=3(tercerniveldeenergía) l=2(subniveldeenergíad) m = 2, 1, 0, –1, –2 (indistintamente, ya que el subnivel d está quíntuplemente , degenerado,esdecir,elsubniveldtiene5orbitalesdiferentesd ,d ,d ,d d ). Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1.148.Digasialgunodeestosiones, a)ninguno b) c) d)losdosiones o 72 esparamagnético. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005) El elemento cuyo símbolo es Cu es el cobre cuya configuración electrónica abreviada es [Ar]4s 3d .Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d El ion pierde un electrón del orbital más externo 4s y la distribución de los electronesenlosorbitalesquedacomo: 4s 3d Comoseobserva,nopresentaningúnelectróndesapareado,portanto,noesunaespecie paramagnética. pierdedoselectrones,unodelorbitalmásexterno4sotrodelorbital3d,yla Elion distribucióndeloselectronesenlosorbitalesquedacomo: 4s 3d Como se observa, presenta un electrón desapareado, por tanto, sí es una especie paramagnética. Larespuestacorrectaeslab. 1.149.¿Enquédirecciónodireccionesesmáximalaprobabilidaddeencontrarunelectrón paraunorbital:i)s,ii) ,iii) ? a)i)entodasdirecciones ii)enelejex iii)enlosejesxey b)i)enelejex ii)enelejey iii)enlosejesxey c)i)entodasdirecciones ii)enelejex iii)enlasbisectricesdelosejesxey d)i)entodasdirecciones ii)enelejey iii)enlosejesxey (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005) Elorbitalsesesférico,porloquelaprobabilidaddeencontrarunelectróneslamisma entodaslasdirecciones. Elorbitalp tienedoslóbulossegúnelejex,porloquelaprobabilidaddeencontrarun electrónsoloesposibleenesadirección. El orbital d tiene cuatro lóbulos según las bisectrices de los ejes x e y, por lo que la probabilidaddeencontrarunelectrónsoloesposibleenesasdirecciones. orbitals orbitalp Larespuestacorrectaeslac. orbitald CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 73 1.150.Determinelacargadecadaunodelossiguientesiones: i)unionníquelcon26electrones ii)unionfósforocon18electrones iii)unionhierrocon23electrones. a) b) c) d) (O.Q.LCastilla‐LaMancha2005) Elníquelesunelementoquepertenecealgrupo10yperiodo4delsistemaperiódicopor loquesuestructuraelectrónicaes1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .Sumandolossuperíndices seobservaquetiene28electrones.Sieliontiene26electroneslecorrespondeunacarga de+2. Elfósforoesunelementoquepertenecealgrupo15yperiodo3delsistemaperiódico por lo que su estructura electrónica abreviada es 1s 2s 2p 3s 3p . Sumando los superíndices se observa que tiene 15 electrones. Si el ion tiene 18 electrones le correspondeunacargade‐3. Elhierroesunelementoquepertenecealgrupo8yperiodo4delsistemaperiódicopor lo que su estructura electrónica abreviada es 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d . Sumando los superíndices se observa que tiene 26 electrones. Si el ion tiene 23 electrones le correspondeunacargade+3. Larespuestacorrectaeslad. 1.151.Cuáldelossiguientesnúmeroscuánticosdetermina: i)Laformadeunorbital ii)Laspropiedadesdelspíndeunelectrón iii)Laorientaciónespacialdeunorbital a)i)mii)siii)n b)i)mii)siii)l c)i)lii)siii)n d)i)lii)siii)m (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005) Elnúmerocuánticoldeterminalaformadelorbital. Elnúmerocuánticosdeterminalaspropiedadesdelspíndelelectrón. Elnúmerocuánticomdeterminalaorientaciónespacialdelorbital. Larespuestacorrectaeslad. 1.152.¿EsposiblequeunestadoexcitadodelátomodeH,tengaunelectrónenunorbital4p? ¿YparaunátomodeCa? a)Esposibleenamboscasos. b)EssoloposibleenelátomodeCa. c)Noesposibleenningunodelosdosátomos. d)EssoloposibleenelátomodeH. (O.Q.LCastilla‐LaMancha2005) Un átomo se encuentra en un estado excitado cuando incumple el Principio de Mínima EnergíaoeldeMáximaMultiplicidaddeHund. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 74 La configuración electrónica en el estado fundamenta del átomo de H es 1s . Si el electrónseencuentraenelorbital4psetratadeunestadoexcitado. LaconfiguraciónelectrónicaenelestadofundamentadelátomodeCaes[Ar]4s .Siel electrónseencuentraenelorbital4psetratadeunestadoexcitado. Larespuestacorrectaeslaa. 1.153. La radiación de longitud de onda 242,4 nm es la longitud de onda más larga que producelafotodisociacióndel .¿Cuáleslaenergíadeunfotóndeestaradiación? a)9,232·10 J b)8,196·10 J c)9,133·10 J d)8,214·10 J (Datos.Velocidaddelaluz=3,0·10 m· ,ConstantedePlanck=6,626·10 J·s) (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009)(O.Q.L.Galicia2013) Laenergíadeunaradiaciónelectromagnéticavienedadaporlaexpresión: E= hc λ sustituyendo: E= 6,626·10 J·s 3,0·10 m·s 242,4nm 10 nm =8,196·10 1m J Larespuestacorrectaeslab. 1.154.Delassiguientesconfiguraciones: 1 2 2 1 2 2 3 1 2 2 ¿CuálocuálesestánrelacionadasconelelementodenúmeroatómicoZ=8? a)Laprimeraylasegunda b)Lastres c)Ninguna d)Lasegundaylatercera. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005) La configuración electrónica atómicoZ=8enelestadofundamental. le corresponde a un átomo con número La configuración electrónica 1s 2s 2p 3s le corresponde a un átomo con número atómicoZ=8enunestadoexcitado. Laconfiguraciónelectrónica1s 2s 2p lecorrespondeaunátomoconnúmeroatómico Z=7enelestadofundamental. Larespuestacorrectaeslaa. 1.155.Losdiferentesisótoposdeunelementoquímicodadosecaracterizanpor a)Lasmismaspropiedadesquímicas,lasmismasmasas. b)Lasmismaspropiedadesquímicas,lasmasasdiferentes. c)Laspropiedadesquímicasdiferentes,lasmasasdiferentes. d)Laspropiedadesquímicasdiferentes,lasmismasmasas. e)Laspropiedadesfísicasdiferentes,lasmismasmasas. (O.Q.L.Extremadura2005) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 75 a)Falso.Losisótopostienenlasmismaspropiedadesquímicasyaquetienenigualnúmero atómico(idénticaestructuraelectrónicaexterna),peronopuedentenerlamismamasaya quetienendistintonúmeromásico. b)Verdadero.Losisótopostienenlasmismaspropiedadesquímicasyaquetienenigual número atómico (idéntica estructura electrónica externa), y masas diferentes ya que tienendistintonúmeromásico. c) Falso. Los isótopos no pueden tener propiedades químicas diferentes ya que tienen igualnúmeroatómico(idénticaestructuraelectrónicaexterna),ymasasdiferentesyaque tienendistintonúmeromásico. d) Falso. Los isótopos no pueden tener propiedades químicas diferentes ya que tienen igual número atómico (idéntica estructura electrónica externa), pero no pueden tener la mismamasayaquetienendistintonúmeromásico. e)Falso.Lamasaesunapropiedadfísica,porlotanto,lapropuestaesunacontradicción. Larespuestacorrectaeslab. 1.156.¿Cuáleslaconfiguraciónelectrónicadelflúorenestadofundamental? a)1 2 2 3 3 4 b)1 2 2 c)1 2 2 d)1 1 2 e)1 2 (O.Q.L.Extremadura2005) DeacuerdoconPrincipiodeMínimaEnergía,laconfiguraciónelectrónicadelflúor(Z=9) enelestadofundamental,es . Larespuestacorrectaeslac. 1.157. De las siguientes configuraciones electrónicas para distintos átomos, indique cuál es imposible: a)1 2 2 3 b)1 2 2 3 3 c)1 2 2 d)1 2 2 3 3 4 3 (O.Q.L.CastillayLeón2005) a) Posible. Se trata de un estado excitado ya que de acuerdo con el Principio de Mínima Energía,deberíacompletarseelorbital2pantesdecomenzarallenarseelorbital3s. b) Posible. Se trata de un estado excitado ya que de acuerdo con el Principio de Mínima Energía,sedeberíahaberempezadoallenarelorbital3penlugardel3d. c) Imposible. Se trata de un estado prohibido ya que de acuerdo con el Principio de Exclusión de Pauli, en un orbital caben como máximo dos electrones con sus spines opuestos,yenunodelosorbitales2phaytreselectrones. d)Posible.Setratadeunestadofundamentalyaquedoselectroneshanidoocupandolos orbitalesdeacuerdoconelPrincipiodeMínimaEnergía. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 76 1.158.Sisolamentedoselectronessecolocanenlosorbitales3ploharán: a)Enelmismoorbitalconespinesparalelos. b)Enelmismoorbitalconespinesantiparalelos. c)Endistintosorbitalesconespinesparalelos. d)Endistintosorbitalesconespinesantiparalelos. (O.Q.L.CastillayLeón2005) DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”. Ladistribucióndelosdoselectronesenlosorbitales3psería: 3p Larespuestacorrectaeslac. 1.159. Un electrón que se caracteriza por tener los números cuánticos n = 3 y l = 2. En relaciónaeseelectrónsepuedeafirmarque: a)Seencuentraenunorbital2p. b)Seencuentraenunorbital3p. c)Elnúmerodeelectronesquepuedenexistirenunátomoconlosmismosvaloresesdeseis. d)Elnúmerodeelectronesquepuedenexistirenunátomoconlosmismosvaloresesdediez. (O.Q.L.CastillayLeón2005) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,,0,+l Además los diferentes valores del número cuántico secundario se corresponden con el tipodeorbitalatómico: l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf a)Falso.Paraunorbital2p(n=2yl=1). b)Falso.Paraunorbital3p(n=3yl=1). c) Falso. En nivel cuántico n = 3 existen cinco orbitales 3d que tienen el mismo número cuánticol=2,yencadaunodeelloscabendoselectronescondiferentenúmerocuántico despín. d)Verdadero.Segúnsehajustificadoenelapartadoanterior. Larespuestacorrectaeslad. 1.160. En el átomo de hidrógeno, ¿cuál de las siguientes transiciones electrónicas emite menorenergía? a)Desden=2an=1 b)Desden=4an=2 c)Desden=6an=4 d)Desden=6an=2 e)Desden=6an=3 (O.Q.N.Vigo2006) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 77 La energía, en kJ/mol, asociada a una transición electrónica se calcula mediante la expresión: ΔE=1312 1 1 n n Portratarsedeenergíaemitida,elsignodetodasellasdebesernegativo. Corresponde menor energía a la transición que tenga para un mayor valor de n y un menorden ,manteniendolacondicióndequen <n ,esdecir,latransiciónenlaqueel paréntesistengamenorvalor. 1 1 n n 0,750 0,188 0,035 0,222 0,083 Transición 21 42 64 62 63 Setratadelatransiciónelectrónica64es: ΔE64 =1312 1 1 =–45,6kJ 6 4 Larespuestacorrectaeslac. 1.161.Elnúmerocuántico paraunelectrónenelorbital3pes: a)2 b)Puedetenercualquiervalorentre+3y−3 c)3 d)Puedeser+½o‐½ e)Noesningunodelosvaloresanteriores. (O.Q.N.Vigo2006) Losnúmeroscuánticosdeunelectrónenunorbital3pson: n=3(setratadel3erniveldeenergía) l=1(setratadeunsubnivelp) m =–1,0,1 s=+½o–½ Larespuestacorrectaeslae. 1.162. ¿Cuál de las siguientes ondas electromagnéticas tiene una longitud de onda más larga? a)2,0·10 m b)350nm c)1800 d)400MHz e)4800Å (Dato.Velocidaddelaluz,c=2,998·10 m· ) (O.Q.N.Vigo2006) b)Cambiandounidades: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) λ=350nm 1m 10 nm 78 =3,5·10 m c)Dadoelnúmerodeondas,lalongituddelaondaes: λ= 1 1m =5,6·10 –1 1800cm 10 cm m d)Larelaciónentrelalongituddeondaylafrecuenciadeunaradiaciónelectromagnética vienedadaporlaexpresión: c=λ·ν Despejando: λ= 2,998·10 m·s 400MHz 1MHz 10 Hz =0,75m e)Cambiandounidades: λ=4800A 1m 10 A =4,8·10 m Laondademayorlongitudeslade0,75m. Larespuestacorrectaeslad. 1.163.Solounadelassiguientescombinacionesdenúmeroscuánticos(n,ly unorbitald: a)(3,1,–1) b)(4,1,0) c)(4,2,3) d)(3,2,1) )correspondena (O.Q.L.Murcia2006)(O.Q.L:CastillayLeón2012) Losorbitalesdsecaracterizanporqueelnúmerocuánticosecundario,l=2. Losvaloresquepuedetomarelnúmerocuánticosecundarioson0,1,2,…,(n–1). Hay dos ternas de valores propuestos que tienen el valor 2 para el número cuántico secundario l. Una de ellas es (4, 2, 3) que sería incorrecta, ya que si l = 2, el número cuántico magnético m solo puede valer –2, –1, 0, 1 y 2. La única combinación que correspondeaunorbitaldes(3,2,1). Larespuestacorrectaeslad. 1.164.LaconstantedePlanckrelaciona: a)Eldiámetrodelaórbitadelelectrónconsuperiodo. b)Laenergíaconlafrecuenciadeunaradiación. c)Laelectronegatividadconelradioiónico. d)Lalongituddeondaconlafrecuenciadeunaradiación. (O.Q.L.Murcia2006) DeacuerdoconlahipótesispropuestaporPlanck: “la energía absorbida o liberada por un cuerpo solo puede hacerse en forma de radiaciónelectromagnética,encantidadesdiscretasdenominadascuantosdeenergía cuyovalorsecalculamediantelaexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) ΔE=hν 79 h=constantedePlanck ν=frecuenciadelaradiació n Larespuestacorrectaeslab. 1.165.ElmodeloatómicodeBohr: a)JustificalafórmuladeBalmerparaelespectrodelhidrógeno. b)Indicaquecuandon=2sepuedenencontrarorbitalessyp. c)Explicaqueenelorbital3sdelKloselectronesgiranalrededordelnúcleo. d)Sedesarrollaenteramentedentrodelamecánicaclásica. (O.Q.L.Murcia2006) a)Verdadero.ElmodeloatómicopropuestoporBohrpermiteobtenerlaecuaciónconla quesecalculalalongituddeondacorrespondientealaslíneasdelespectrodelhidrógeno: 1 =R λ 1 1 R =constantedeRydberg H n1 =2paralaseriedeBalmer n n Los resultados obtenidos con esta ecuación son concordantes con los obtenidos por Balmerconsuecuación: λ= 3645,6 n≥3 n 4 b‐c)Falso.EnelmodelodeBohrnosehablaparanadadeorbitales. d) Falso. El modelo de Bohr se basa en la mecánica cuántica de Planck cuya constante apareceentodaslasecuacionesdelmodelo. Larespuestacorrectaeslaa. 1.166.Puededecirseque: a) Dos iones de carga +1 de los isótopos 23 y 24 del sodio (Z = 11) tienen el mismo comportamientoquímico. b)Eliondecarga–2delisótopo16deloxígeno(Z=8)presentalamismareactividadqueelion decarga–1delisótopo18deloxígeno. c)Losisótopos16y18deloxígenosediferencianenelnúmerodeelectronesqueposeen. d)Losisótopos23y24delsodiosediferencianenelnúmerodeprotonesqueposeen. (O.Q.L.Murcia2006) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. a)Verdadero.Elcomportamientoquímicodependedelnúmerodeelectronesdelaúltima capa(valencia)deunátomo.Losiones Na y Na solosediferencianenelnúmerode neutrones(23–11)=12elprimero,y(24–11)=13elsegundo. b)Falso.Elcomportamientoquímicodependedelnúmerodeelectronesdelaúltimacapa (valencia)deunátomo. Laestructuraelectrónicaabreviadadecadaiones: O [He]=2s 2p O [He]=2s 2p Como se observa ambos tienen diferente número de electrones de valencia, por tanto, diferentecomportamientoquímico. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 80 c) Falso. Los isótopos O y O tienen el mismo número de electrones ya que tienen el mismo número atómico (Z = 8). Sin embargo, poseen un diferente número de neutrones (16–8)=8elprimero,y(18–8)=10elsegundo. d)Falso.Losisótopos Nay Natienenelmismonúmerodeprotonesyaquetienenel mismonúmeroatómico(Z=11). Larespuestacorrectaeslaa. 1.167.Eltritioes: a)Untrióxidodeazufre b)Unciclocontresazufres c)Unisótopodelhidrógeno d)Untrímeroquecontienetitanioyoxígeno. (O.Q.L.Murcia2006)(O.Q.L.LaRioja2012) Eltritio( H)esunisótopoartificialdelhidrógenoquetienedosneutronesensunúcleo. Larespuestacorrectaeslac. 1.168.Delassiguientesconfiguracioneselectrónicas,indicalasquecorrespondenaestados excitados: 1)1 2 2 3 2)1 2 2 3 3)1 2 2 4)1 3 5)1 2 3 6)1 2 2 2 a)4,6 b)4,5,6 c)2,4,5,6 d)2,4 (O.Q.L.Baleares2006) 1) La estructura 1s 2s 2p 3s corresponde a un estado fundamental, ya que de acuerdoconelPrincipiodeMínimaEnergía,lossubnivelessehanidollenandopororden crecientedeenergía. 2) La estructura 1s 2s 2p 3s corresponde a un estado excitado, ya que de acuerdo con el Principio de Mínima Energía, antes de comenzar a llenarse el subnivel 3s debería habersecompletadoel2p. 3) Laestructura 1s 2s 2p corresponde a unestadofundamental,yaquedeacuerdo conelPrincipiodeMínimaEnergía,lossubnivelessehanidollenandoporordencreciente deenergía. 4) La estructura 1s 3d corresponde a un estado excitado, ya que de acuerdo con el PrincipiodeMínimaEnergía,antesdecomenzarallenarseelsubnivel3ddeberíahaberse completadoel2sycomenzadoallenarseel2p. 5)Laestructura1s 2s 3p correspondeaunestadoprohibido,yaquedeacuerdocon elPrincipiodeMínimaEnergía,deberíahabersecomenzadoallenarelsubnivel2pynoel 3pyademásenestesubnivelsolocabenseiselectronesynosiete. 6)Laestructura1s 2s 2p 2d correspondeaunestadoprohibido,yaquedeacuerdo conelPrincipiodeMínimaEnergía,deberíahabersecomenzadoallenarelsubnivel3sy noel2dquenoexiste. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 81 1.169.Bohr,ensumodeloatómico,estableceque: a)Unátomoemiteunaradiacióncuandoestáenunestadoestacionario. b)Unátomoemiteunelectróncuandoexperimentaunatransiciónaunestadofundamental. c) Nada más se emite una radiación cuando el átomo experimenta una transición de un estadoestacionarioaotrodemayorenergía. d)Ningunadelasanteriores. (O.Q.L.Baleares2006) a)Falso.Unátomocuandoestáenunestadoestacionarionoemiteniabsorbeenergía,solo lohacecuandopasadeunestadoestacionarioaotrodistinto. b)Falso.Unátomocuandopasadeunestadoestacionarioasuestadofundamentalode mínimaenergía,emiteladiferenciadeenergíaentreambosestadosonivelesdeenergía enformaderadiaciónelectromagnética. c)Falso.Siunátomocuandopasadeunestadoestacionarioaotroestadoestacionariode mayorenergía,absorbeladiferenciadeenergíaentreambosestadosonivelesdeenergía enformaderadiaciónelectromagnética. Larespuestacorrectaeslad. 1.170.Paralosiones y ,indicalafrasecorrecta: a)Elion tiene14protonesy12electrones. b)Ambostienen10electrones. c)Elion tiene6protonesy8electrones. d)Ambostienenelmismonúmerodeprotones. (O.Q.L.Asturias2006) El elemento con símbolo Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . LaconfiguraciónelectrónicadelionMg másexterna. es[Ne]yaquecededoselectronesdesucapa ElelementoconsímboloOeseloxígenoypertenecealgrupo16yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . La configuración electrónica del ion O completaelorbital2p. es [He] 2s 2p ya que gana dos electrones y a)Falso.Elionmagnesiotiene12protonesy10electrones. b)Verdadero.Ambosionessonespeciesisoelectrónicasquetienen10electrones. c)Falso.Elionóxidotiene8protonesy10electrones. d)Falso.Setratadeionesprocedentesdeelementosdiferentesporloquetienendiferente númeroatómicoynopuedentenerigualnúmerodeprotones. Larespuestacorrectaeslab. 1.171.¿CuáldelossiguientessubnivelesposeemayorenergíaparaunátomodeZ=42? a)4p b)5s c)4d d)3d (O.Q.L.Asturias2006) LaconfiguraciónelectrónicadelelementodeZ=42ensuestadofundamentales: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 82 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d Elsubniveldemayorenergíaesel4d. Larespuestacorrectaeslac. 1.172.Indicalaconfiguraciónelectrónicaquecorrespondealátomodecromo(Z=24): a)1 2 2 3 3 b)1 2 2 3 3 3 4 c)1 2 2 3 3 3 d)1 2 2 3 3 3 4 a)1 2 2 3 3 4 3 (O.Q.L.LaRioja2006)(O.Q.L.LaRioja2008)(O.Q.L.Valencia2014) LaestructuraelectrónicaabreviadadelCr(Z=24)es[Ar]4 3d ,yaquedeacuerdocon elPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d Larespuestacorrectaeslab. (EnlacuestiónpropuestaenValencia2014secambialaopciónaporlae). 1.173. Los elementos de transición del 4º periodo, desde el Sc hasta el Zn, se caracterizan porquevanllenandodeelectrones,sucesivamente,susorbitales: a)4d b)3d c)4p d)5d (O.Q.L.LaRioja2006)(O.Q.L.LaRioja2007)(O.Q.L.LaRioja2008) Los elementos se transición se caracterizan porque colocan sus electrones en orbitales d. Estos orbitales d existen a partir del 4º periodo en el que de acuerdo con el diagrama de Moeller de orden de llenado de orbitales según energías crecientes se encuentran los orbitales3d. Enel5ºperiodoseencuentranlosorbitales4d,enel6ºlos5d,yasísucesivamente. Larespuestacorrectaeslab. (EnLaRioja2008secambiaelcuartoporelquintoperiododelsistemaperiódico). 1.174. Para que un electrón se encuentre en el subnivel 4p, los valores posibles de los númeroscuánticosn,lymson: a)n=4l=2m=2,1,0,–1,–2 b)n=4l=3m=3,2,1,0,–1,–2,–3 c)n=4l=1m=1,0,–1 (O.Q.L.LaRioja2006) Losnúmeroscuánticosdeunelectrónenunorbital4pson: n=4(setratadel4ºniveldeenergía) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 83 l=1(setratadeunsubnivelp) m=–1,0,1 Larespuestacorrectaeslac. 1.175.¿Cuántosneutronestieneelisótopo a)8 b)10 c)18 ? (O.Q.L.LaRioja2006) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Eloxígenoesunelementoquepertenecealgrupo16yperiodo2delsistemaperiódicopor loquesuestructuraelectrónicaes1s 2s 2p .Sumandolossuperíndicesseobservaque tiene8electronesyportanto,8protonesy(18–8)=10neutrones. Larespuestacorrectaeslab. 1.176.Elprimervalorden(númerocuánticoprincipal)quepuedetenerorbitalesdes: a)n=3 b)n=2 c)n=4 (O.Q.L.LaRioja2006) El primer grupo de orbitales d que puede existir es el 3d. Los valores de los números cuánticosquepuedentenerestosson: n=3 l=2 m=2,1,0,–1,–2 Larespuestacorrectaeslaa. 1.177.Lalongituddeondadeluzabsorbidaenunatransiciónelectrónicaden=2an=5en unátomodehidrógenoes: a)434,1nm b)6,38·10 m c)460nm d)1100nm (Datos. =2,179·10 J;c=2,998·10 m· ;h=6,626·10 J·s) (O.Q.L.Madrid2006) LaecuacióndelmodelodeBohrquepermitecalcularlalongituddeondacorrespondiente aunalíneaespectralasociadaaunsaltoelectrónicoes: 1 =R λ 1 1 n n CambiandolaconstantedeRydberg,R ,alasunidadesadecuadas: R = 2,179·10 6,626·10 J =1,097·10 m J·s 2,998·10 m·s Sustituyendo: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1 1 =2,304·10 m 5 2 1 =1,097·10 m λ λ= 84 1 2,304·10 m 10 nm =434,1nm 1m Larespuestacorrectaeslaa. 1.178.LaenergíadelenlaceO=Oes498kJ puederomperesteenlacees: a)1,39μm b)240,2nm c)240,2m d)4,163·10 m (Datos.h=6,626·10 .Lalongituddeondadelaradiaciónque Js;c=2,998·10 m ;L=6,022·10 ) (O.Q.L.Madrid2006) LaenergíadeunenlaceO=Oes: 498 kJ 1mol 10 J =8,27·10 mol 6,022·10 enlaces 1kJ J DeacuerdoconlaecuacióndePlanck,lalongituddeondadelaradiaciónnecesariapara rompereseenlacees: λ= 6,626·10 J·s 2,998·10 m·s J 8,27·10 1nm 10 m =240,2nm Larespuestacorrectaeslab. 1.179.¿Quétipodeorbitaldesignanlosnúmeroscuánticosn=4,l=2, a)Orbital4f b)Orbital3d c)Orbital4p d)Orbital4d =–2? (O.Q.L.CastillayLeón2006) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =‐l,,0,+l Además los diferentes valores del número cuántico secundario se corresponden con el tipodeorbitalatómico: l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf a)Falso.Paraunorbital4f(n=4,l=3,m =–3,–2,–1,0,1,2,3). b)Falso.Paraunorbital3d(n=3,l=2,m =–2,–1,0,1,2). c)Falso.Paraunorbital4p(n=4,l=1,m =–1,0,1). d)Verdadero.Paraunorbital4d(n=4,l=2,m =–2,–1,0,1,2). Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 85 (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón2008). 1.180. Un átomo X tiene un número atómico igual a 8 y un número másico igual a 18. Se puededecir: a)ElelementoquímicoXesunisótopodeloxígeno. b)Tiene8neutronesporátomo. c)UnátomodeXtiene10protones. d)UnátomodeXtiene10electrones. (O.Q.L.CastillayLeón2006) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. La diferencia entre el número másico y el número atómico proporciona el número de neutrones. 8protones Elisótopo Xestáintegradopor 8electrones 10neutrones Elelementocuyonúmeroatómicoesel8eseloxígeno. Larespuestacorrectaeslaa. 1.181.¿Quéproposiciónescorrecta?: La promoción del átomo de magnesio (Z = 12) al primer estado excitado corresponde al proceso: a)2 2 3 b)3 3 3 c)2 2 3 d)2 3 2 3 3 (O.Q.L.CastillayLeón2006) LaestructuraelectrónicaabreviadadelMg(Z=12)enelestadofundamentales[Ne]3s . Siunátomodemagnesioenelestadofundamentalpromocionasuelectrónmásexternoal siguiente subnivel de energía para formar el primer estado excitado su estructura . electrónicaabreviadaes:[Ne] Larespuestacorrectaeslab. 1.182.¿Cuáldelossiguientessupuestossepuederelacionarconespeciesisoelectrónicas? a)Dosátomosneutrosdistintos. b)Doscationesdedistintacargadelmismoelementoquímico. c)Dosanionesdistintosdelmismoelementoquímico. d)Doscationesdedistintoelementoquímico. (O.Q.L.CastillayLeón2006) Especiesisoelectrónicassonaquellasquetienenidénticaestructuraelectrónica. a)Falso.Dosátomosneutrosdistintostienendiferenteestructuraelectrónica. b)Falso.Doscationesdelmismoelementocondiferentecargatienendiferenteestructura electrónica. c)Falso.Dosanionesdelmismoelementotienendiferenteestructuraelectrónica. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 86 d) Verdadero. Dos cationes de diferente elemento si pueden tener la misma estructura electrónicasiemprequetengandiferentecarga.Porejemplo,Na yMg tienenlamisma estructuraelectrónica,[He]2s 2p . Larespuestacorrectaeslad. 1.183.Dadoslossiguientesconjuntosdenúmeroscuánticos(n,l, a)(2,1,0) b)(2,2,–1) c)(2,1,2) d)(0,0,0) e)(5,4,5) ),indicacuálescorrecto: (O.Q.L:PreselecciónValencia2006) Losvaloresposiblesdelosnúmeroscuánticosson: n=1,2,3,4,….,∞ 0→orbitals 1→orbitalp l=0,1,2,3,….(n1)l= 2→orbitald 3→orbitalf 4→orbitalg m =0,±1,±2,±3,…±l a) El conjunto de números cuánticos (2, 1, 0) es correcto ya que no presenta ninguna discrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunorbital2p. b)Elconjuntodenúmeroscuánticos(2,2,–1)esincorrectoyaquesielnúmerocuántico n=2,elnúmerocuánticolsolopuedevaler0o1. c)Elconjuntodenúmeroscuánticos(2,1,2)esincorrectoyaquesielnúmerocuántico l=1,elnúmerocuánticom solopuedevaler–1,0,1. d)Elconjuntodenúmeroscuánticos(0,0,0)esincorrectoyaqueelnúmerocuánticon debevalerporlomenos1. e)Elconjuntodenúmeroscuánticos(5,4,5)esincorrectoyaquesielnúmerocuántico l=4,elnúmerocuánticom solopuedevaler 4, 3, 2, 1,0. Larespuestacorrectaeslaa. 1.184.Enelátomodehidrógenolasenergíasdelosdistintosnivelessegúnnosalejamosdel núcleoson: a)–13,6eV,–3,4eV,–1,5eV b)–13,6eV,–54,4eV,–122,4eV c)13,6eV,3,4eV,1,51eV d)–13,6eV,–6,8eV,–3,4eV e)13,6eV,54,4eV,122,4eV (O.Q.N.Córdoba2007) Laenergía,eneV,deunelectrónenunnivelcuánticosecalculamediantelaexpresión: E J =– 13,6 n LosvaloresdeEparalostresprimerosnivelescuánticosson,respectivamente: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) E =– 87 13,6 13,6 13,6 =–13,6eVE =– =–3,4eVE =– =–1,5eV 1 2 3 Larespuestacorrectaeslaa. 1.185.Indiquelaopciónenlaquelosdoselectronesestánapareados. Electrón1 Electrón2 a)n=1,l=0, =1, =½ n=1,l=0, =1, =½ b)n=1,l=1, =1, =½ n=1,l=1, =1, =–½ c)n=1,l=1, =1, =¾ n=1,l=1, =1, =–¾ d)n=3,l=2, =0, =½ n=3,l=2, =0, =–½ e)n=2,l=2, =0, =½ n=2,l=2, =1, =–½ (O.Q.N.Córdoba2007) Para que dos electrones estén apareados es necesario que se encuentren en el mismo orbital. Para ello solo se deben diferenciar en el número cuántico de spín (Principio de ExclusióndePauli)ydebenteneridénticoslosnúmeroscuánticosprincipal,secundarioy magnético. a)Falso.Losnúmeroscuánticossonidénticos,setratadelmismoelectrón. Electrón 1 2 n 1 1 l 0 0 1 1 ½ ½ b)Falso.Setratadeelectronesquesolosediferencianenelnúmerocuánticodespín,solo queelvalordelnúmerocuánticosecundarioesincorrecto. Electrón 1 2 n 1 1 l 1 1 1 1 ½ –½ c)Falso.Setratadeelectronesquesolosediferencianenelnúmerocuánticodespín,solo queelvalordeestenúmeroesincorrecto. Electrón 1 2 n 1 1 l 1 0 1 1 ¾ –¾ 0 0 ½ –½ d)Verdadero.Setratadeelectronesapareados. Electrón 1 2 n 3 3 l 2 2 e)Falso.Setratadeelectronesquesediferencianenlosnúmeroscuánticosmagnéticoy despín. Electrón 1 2 n 2 2 l 2 2 Larespuestacorrectaeslad. 0 1 ½ –½ CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 88 1.186.Señalelaopciónqueestádeacuerdoconelefectofotoeléctrico. a) El número de electrones emitidos depende de la intensidad o brillo de la luz, pero sus energíasno. b) El número de electrones emitidos depende de la energía de los fotones incidentes, y su velocidaddelaintensidaddelaluz. c) Una luz roja de alta intensidad libera electrones de mayor energía que una luz azul de bajaintensidad. d)Loselectronesemitidospuedenseraceleradosacualquiervelocidadsiseemplealafuente luminosaadecuada. e)Laintensidaddelacorrienteproducidasolodependedeltipodeluzincidente. (O.Q.N.Córdoba2007) LaecuaciónpropuestaporEinsteinparaexplicarelefectofotoeléctricoes: E =hc 1 λ E =energı́aciné ticadelfotoelectró n c=velocidaddelaluz 1 h=constantedePlanck λ λ=longituddeondadelfotó nincidente λ =longituddeondacaracterı́sticadelmetal Para que se produzca efecto fotoeléctrico es preciso que la energía de los fotones sea suficienteparaarrancarelectronesdelaplacametálica: λ<λ oν>ν a)Verdadero.Laintensidaddelaluzeselnúmerodefotonesporunidaddetiempo,por tanto,amayorintensidadmayornúmerodeelectronesemitidos. b)Falso.Laintensidaddelaluzeselnúmerodefotonesporunidaddetiempo,portanto,a mayorintensidadmayornúmerodeelectronesemitidos. c)Falso.Como λ <λ E >E independientementedelvalordelaintensidaddecadaluz. Silaluzrojaescapazdeproducirelefectofotoeléctricoemitirámáselectronesyaquesu intensidadesmayor. d)Falso.LavelocidadconqueloselectronessonemitidosdependedelvalordeE quea suvezdependedeladiferencia(λλ ). e)Falso.Eltipodeluzincidentedeterminalalongituddeonda(frecuencia)delaradiación para arrancar electrones, no su intensidad que es el número de fotones que llegan a la placaporunidaddetiempo. Larespuestacorrectaeslaa. 1.187.Unaconfiguración4 3 5 : a)Noesposibleporqueloselectronestiendenaocuparnivelesdemínimaenergía. b)Correspondeaunestadoexcitadodemetalalcalino. c)Correspondeaunestadoexcitadodeunelementodetransición. d)Corresponderíaaunestadoexcitadodeunátomoparamagnético. e)Ningunadelasanteriores. (O.Q.N.Córdoba2007) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 89 a)Falso.Setratadeunestadoexcitadodeunátomocuyaestructuraelectrónicaexternaen elestadofundamentales4s 3d . b) Falso. Si la estructura electrónica externa del elemento en el estado fundamental es 4s 3d : elvalorn=4indicaquesetratadeunelementodelcuartoperiodo la suma de los superíndices (2 + 10) = 12 indica que el elemento pertenece al grupo12 Portanto,nosetratadeunmetalalcalino. c)Verdadero.Laestructuraelectrónicaexternadelelementoenelestadofundamentales 4s 3d quecorrespondealcinc,unmetaldetransición. d)Falso.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitalesenelcinces: 4s 3d Comoseobserva,laestructuranopresentaelectronesdesapareadosporloqueelcinces unátomodiamagnético. Larespuestacorrectaeslac. 1.188. Se conoce como efecto Zeeman el desdoblamiento que se produce de las líneas originales de un espectro de emisión en presencia de un campo magnético. Este hecho experimentalnoquedadescritoporelmodeloatómicodeBohr.Sommerfeldperfeccionóeste modelo: a)Considerandoelpesoatómicodelátomoparacalcularlavelocidaddelosprotones. b)IncluyendolacuantizacióndelaenergíaenelmodeloatómicodeBohr. c)Aumentandohastatreslosnúmeroscuánticosnecesariosparadescribirunátomo. d)Incluyendolaposibilidaddequelasórbitasfuesenelípticas. (O.Q.L.Murcia2007) Parapoderexplicarlaexistenciademáslíneasenlosespectros,esdecir,laposibilidadde mássaltoselectrónicosesprecisoquehayamás“sitios”entrelosquesaltar. El modelo de Bohr postula solo la posibilidad de saltos electrónicos entre niveles de energía con lo que el número de líneas en el espectro es menor del que aparece con el efecto Zeeman. Cada nivel de energía se corresponde con una órbita circular que se identificaconunvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Sommerfeld propone que los niveles de energía pueden constar de varios subniveles de energíaloquesípermitemayornúmerodelíneasenelespectroalhabermayornúmero de saltos entre subniveles de energía. Cada subnivel de energía se corresponde con una órbitaelípticaqueseidentificaconunvalordelnúmerocuánticosecundariooazimutall. Larespuestacorrectaeslad. 1.189.Elionmásestabledealuminioquetienelamismaconfiguraciónelectrónicaque: a)Fluoruro b)Ionberilio c)Ionlitio d)Sodiometálico (O.Q.L.Murcia2007) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 90 Laconfiguraciónelectrónicaabreviadadelaluminio(Z=13)es[Ne]3s 3p .Sicedelos treselectronesdesucapamásexternaadquiereunaestructuramuyestabledegasinerte ysetransformaenelionmásestabledelaluminio( )cuyaconfiguraciónelectrónica es[He] . a)Verdadero.Elflúor(Z=9)tieneunaconfiguraciónelectrónicaabreviada[He]2s 2p . La configuración electrónica del ion fluoruro ( ) es [He] ya que si gana un electrónensucapamásexternaadquiereunaestructuramuyestabledegasinerte. b) Falso. El berilio (Z = 4) tiene una configuración electrónica abreviada [He] 2s . La configuraciónelectrónicadelionberilio(Be )es[He]yaquesicedelosdoselectronesde sucapamásexternaadquiereunaestructuramuyestabledegasinerte. c) Falso. El litio (Z = 3) tiene una configuración electrónica abreviada [He] 2s . La configuración electrónica del ion litio (Li ) es [He] ya que si cede el electrón de su capa másexternaadquiereunaestructuramuyestabledegasinerte. d)Falso.Elsodio(Z=11)tieneunaconfiguraciónelectrónicaabreviada[Ne]3s . Larespuestacorrectaeslaa. 1.189.CuandoseestudiaelespectrodeemisióndelCuseobservaqueesdiscontinuoporque: a)LaenergíadelátomodeCuestácuantizada. b)Esteátomotieneelectronesdedistintocontenidoenergético. c)SedescribeadecuadamenteporelmodeloatómicodeBohr. d)Esunmetaldúctilymaleable. (O.Q.L.Murcia2007) Unacaracterísticadelosespectrosatómicosdeemisiónesquesondiscontinuosformados porlíneasseparadasdecolorsobreunfondonegro. Cada una de estas líneas se corresponde con salto electrónico desde un nivel cuántico superior a otro inferior. La energía emitida en este salto está cuantizada y se calcula de acuerdoconlaecuación: ΔE=h·ν Larespuestacorrectaeslaa. 1.190.UnodelosgrandeséxitosdelmodeloatómicodeBohrfueexplicar,porprimeravez,de formasatisfactoria: a)Lacuantizacióndelaenergía. b)ElespectrodeemisióndelH. c)Laestructuradelosátomosconunmodeloplanetario. d)Laexistenciadeiones. (O.Q.L.Murcia2007) N. Bohr, con su modelo atómico obtiene una ecuación que explica satisfactoriamente la posición de las rayas en el espectro del hidrógeno. Esta ecuación concuerda con la obtenidadeformasemiempíricaporespectroscopistascomoJ.BalmeryF.Paschen. 1 1 n n 1 =R λ Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 91 1.191.RoentgendescubriólosrayosXcuando: a)Estudiabalaspropiedadesdelosrayoscatódicos. b)VerificabalahipótesisdeAvogadro. c)CalculabalaconstantedePlanck. d)ComprobabalateoríadeEinstein. (O.Q.L.Murcia2007) En1895,W.RoentgendescubriódeformacasuallosrayosXcuandotrabajabaconuntubo de rayos catódicos. Los rayos X emitidos por el tubo producían luminiscencia en una muestradecianoplatinatodebarioquehabíaensulaboratorio. Larespuestacorrectaeslaa. 1.192. De acuerdo con el modelo atómico de Böhr, cuando un átomo de hidrógeno recibe radiaciónelectromagnética: a)Sepuedeobtenerunátomoquetengaunelectrónenlacuartaórbita. b)Sepuedeproducirunaumentodelavelocidaddelelectrónsincambiardeórbita. c)Sepuedeproducirunadisminucióndelavelocidaddeelectrónsincambiardeórbita. d)Elelectrónnoseveráafectadoensuestadodeningunamanera. (O.Q.L.Baleares2007) a) Verdadero. Si el átomo absorbe la suficiente energía puede pasar al nivel cuántico u órbitaadecuado. b‐c)Falso.Sielátomoabsorbelasuficienteenergíapuedepasaralnivelcuánticouórbita adecuado con lo que su velocidad disminuye, ya que la velocidad de un electrón en un determinadonivelvaríasegúnlaecuación: e=cargadelelectró n 1 e h=constantedePlanck v= ε =constantedielé ctrica 2hε n n=nú merocuá nticoprincipal d)Falso.Sielátomoabsorbelasuficientepasaaestarenunestadoexcitado. Larespuestacorrectaeslaa. 1.193.Indicacuáldelassiguientessalesnoestáformadaporanionesycationesisoelectrónicos: a) b)KCl c) d) (O.Q.L.CastillayLeón2007) Especiesisoelectrónicassonaquellasquetienenidénticaestructuraelectrónica. a)Verdadero.ElelementoconsímboloMgeselmagnesioypertenecealgrupo2yperiodo 3delsistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . LaconfiguraciónelectrónicadelionMg capamásexterna. es[He]2s 2p yaquecededoselectronesdesu El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaqueganaunelectrónycompleta elorbital2p. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 92 b)Verdadero.ElelementoconsímboloKeselpotasioypertenecealgrupo1yperiodo4 delsistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s . LaconfiguraciónelectrónicadelionK es[Ne]3s 3p yaquecedeunelectróndesucapa másexterna. ElelementoconsímboloCleselcloroypertenecealgrupo17yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] 3s 3p ya que gana un electrón y completaelorbital3p. c)Verdadero.ElelementoconsímboloAleselaluminioypertenecealgrupo13yperiodo 3delsistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . LaconfiguraciónelectrónicadelionAl es[He]2s 2p yaquepierdetreselectronesde sucapamásexterna. El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaqueganaunelectrónycompleta elorbital2p. d) Falso. El elemento con símbolo Ca es el calcio y pertenece al grupo 2 y periodo 4 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s . LaconfiguraciónelectrónicadelionCa es[Ne] capamásexterna. yaquecededoselectronesdesu ElelementoconsímboloBreselbromoypertenecealgrupo17yperiodo4delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s 4p . La configuración electrónica del ion Br es [Ar] completaelorbital4p. ya que gana un electrón y Larespuestacorrectaeslad. 1.194.Elnúmerodeneutronesdelnúcleodeunátomode a)92 b)330 c)238 d)146 es: (O.Q.L.CastillayLeón2007) Elnúmerodeneutronesdeunátomovienedadoporladiferenciaentreelnúmeromásico yelnúmeroatómico.Enestecaso,(238–92)=146. Larespuestacorrectaeslad. 1.195.Dosisótopossecaracterizanpor: a)Tenerigualnúmeromásico b)Tenerdistintonúmeroatómico c)Tenerigualnúmerodeneutrones d)Tenerigualnúmerodeelectrones. (O.Q.L.CastillayLeón2007)(O.Q.L.CastillayLeón2008)(O.Q.L.CastillayLeón2009) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 93 a‐b‐c) Falso. Isótopos son átomos de un mismo elemento con igual número atómico (mismonúmerodeprotonesyelectrones)ydiferentenúmeromásico(distintonúmerode neutrones). d) Verdadero. Siempre que se trate de átomos neutros, el número de electrones es el mismo. Larespuestacorrectaeslad. 1.196.¿Quéconjuntodenúmeroscuánticosn,ly quesoncorrectosparadefinirelelectrón devalenciamásexternodelelementodenúmeroatómico13? a)n=3,l=2, =–1 b)n=3,l=0, =1 c)n=3,l=1, =–1 d)n=2,l=1, =1 (O.Q.L.CastillayLeón2007) La estructura electrónica abreviada del elemento de Z = 13 es [Ne] 3s 3p . El electrón másexternoseencuentraenunorbital3pporloquesusnúmeroscuánticosson: n=3(tercerniveldeenergía) l=1(subniveldeenergíap) m =1,0,–1(indistintamente,yaqueelsubnivelpestátriplementedegenerado,es decir,elsubnivelptiene3orbitalesdiferentes,p ,p ,p ,conidénticaenergía). Larespuestacorrectaeslac. 1.197.¿Cuántoselectronesdesapareadoshayenelion a)2 b)4 c)6 d)8 (Z=28)? (O.Q.L.Madrid2007) LaestructuraelectrónicaabreviadadelNi(Z=28)es[Ar]4s 3d . DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, ladistribucióndeloselectronesenlosorbitaleses: 4s 3d ElNi pierdedoselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranenelorbital4s: 4s 3d ElNi presenta2electronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1.198.SabiendoquelaenergíadelenlaceF−Fes159kJ laradiaciónnecesariapararomperesteenlace. a)753nm b)7,53·10 m c)4,17·10 m d)4,17·10 m (Datos.h=6,626·10 Js;c=2,998·10 m 94 ,calculalalongituddeondade ;L=6,022·10 ) (O.Q.L.Madrid2007) LaenergíadeunenlaceF‒Fes: 159 kJ 1mol 10 J =2,64·10 mol 6,022·10 enlaces 1kJ J DeacuerdoconlaecuacióndePlanck,lalongituddeondadelaradiaciónnecesariapara rompereseenlacees: λ= 6,626·10 J·s 2,998·10 m·s 2,64·10 J 1nm 10 m =753nm Larespuestacorrectaeslaa. (CuestiónsimilaralapropuestaenMadrid2006). 1.199.¿Cuántosprotones,neutronesyelectronestieneelion a)28,30y27 b)26,32y27 c)26,32y25 d)28,32y24 ? (O.Q.L.LaRioja2007) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elníquelesunelementoquepertenecealgrupo10yperiodo4delsistemaperiódicopor loquesuestructuraelectrónicaes1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .Sumandolossuperíndices seobservaquetiene28electronesyportanto,28protonesy(58–28)=30neutrones. Como la especie Ni , catión níquel(I), tiene una carga positiva, significa que tiene un electróndemenosensuúltimacapa,esdecir,27electrones. Larespuestacorrectaeslaa. 1.200.Eligelamejorexpresiónquecompletelafrase: “Cuandoloselectronesseexcitandesdeelestadofundamentalalestadoexcitado....” a)seemiteluz b)seliberacalor c)seabsorbeenergía d)segeneraunespectrodeemisión (O.Q.L.LaRioja2007) Un estado excitado es un estado en la que los electrones tienen más energía que en el estadofundamental,portanto,seabsorbeenergía. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 95 1.201.Losisótoposdeunelementotienenencomún: “Cuandoloselectronesseexcitandesdeelestadofundamentalalestadoexcitado....” a)Sucargaiónica b)Elnúmerodeneutrones c)Lasumadeprotonesmásneutrones d)Elnúmerodeprotones (O.Q.L.LaRioja2007) Isótopos son átomos con igual número atómico pero con diferente número másico, por tantodebentenerelmismonúmerodeprotones. Larespuestacorrectaeslad. 1.202.Delossiguientesconjuntosdenúmeroscuánticos(n,l, prohibidosenunátomo: a)(4,2,–1,+½) b)(5,0,–1,+½) c)(2,2,–1,+½) d)(4,4,–1,+½) e)(6,0,0,+½) , ),identificalosqueestán (O.Q.L.PreselecciónValencia2007) Losvaloresposiblesdelosnúmeroscuánticosson: n=1,2,3,4,….,∞ 0→orbitals 1→orbitalp l=0,1,2,3,…,(n1)l= 2→orbitald 3→orbitalf m =0,±1,±2,±3,…±l m =±½ a)Elconjuntodenúmeroscuánticos(4,2,–1,+½)escorrectoyaquenopresentaninguna discrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunelectrónenunorbital4d. b) El conjunto de números cuánticos (5, 0, –1, +½) es prohibido ya que si el número cuánticol=0,elnúmerocuánticom solopuedevaler0. c) El conjunto de números cuánticos (2, 2, –1, +½) es prohibido ya que si el número cuánticon=2,elnúmerocuánticolsolopuedevaler0ó1. d) El conjunto de números cuánticos (4, 4, –1, +½) es prohibido ya que si el número cuánticon=4,elnúmerocuánticolsolopuedevaler0,1,2ó3. e)Elconjuntodenúmeroscuánticos(6,0,0,+½)escorrectoyaquenopresentaninguna discrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunelectrónenunorbital6s. Lasrespuestascorrectassonaye. 1.203.¿Cuántoselectronesdiferentespuedenexistirconn=4,l=3y a)1 b)6 c)7 d)12 e)14 =–½? (O.Q.N.Castellón2008)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011)(O.Q.L.Extremadura2013)(O.Q.L.Galicia2014) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 96 Si el valor del número cuántico l es 3 se trata de un orbital f y existen siete valores diferentesparaelnúmerocuánticom ,–3,–2,–1,0,+1,+2,+3. Larespuestacorrectaeslac. 1.204.Unmetalemiteelectronesconunaenergíacinéticade3eVcuandoseiluminaconluz delongituddeonda1,5·10 m.¿Cuáleselvalordelafrecuenciaumbraldeesemetal? a)1,28·10 b)2,00·10 c)8,47·10 d)4,83·10 e)5,25·10 (Datos.h=6,63·10 Js;c=3,0·10 m ;e=1,602·10 ) (O.Q.N.Castellón2008) AplicandolaecuacióndeEinsteinparaelefectofotoeléctrico: h·ν=h·ν +E Elvalordelafrecuenciaumbrales: ν = h E hνE ν = λ h h sustituyendo: J·s 6,63·10 ν = 3,0·10 m·s 1,602·10 3eV 1eV 1,5·10 m 6,63·10 J·s J =1,28·10 Larespuestacorrectaeslaa. 1.205.SegúnelmodeloatómicodeBohr,elelectróndelátomodehidrógenoestásituadoen unasdeterminadas“orbitasestacionarias”enlasquesecumpleque ·v·r=nh/2π,siendo , , r y n la masa del electrón, su velocidad, el radio de la órbita y el número cuántico principal,respectivamente.Además,enesasórbitaslafuerzadeatracciónentreelprotónyel electrónesigualalamasadelelectrónporsuaceleraciónnormal,esdecir: siendo e la carga del electrón y k la constante de Coulomb. Con estos datos, puede demostrarsequeamedidaquenaumenta: a)Lavelocidaddelelectrónyelradiodelaórbitaaumentan. b)Lavelocidaddelelectrónyelradiodelaórbitadisminuyen. c)Lavelocidaddelelectrónaumentayelradiodelaórbitadisminuye. d)Elradiodelaórbitaaumentaylavelocidaddelelectróndisminuye. e)Elradiodelaórbitaaumentaylavelocidaddelelectrónsemantieneconstante. (O.Q.N.Castellón2008) Combinando la ecuación correspondiente al primer postulado de Bohr y la ecuación de Rutherford que relaciona la fuerza nuclear con la aceleración normal del electrón se obtienendosecuacionesqueproporcionanelradiodelaórbitaylavelocidaddelelectrón enlamismaenfuncióndeunaseriedeconstantesydelnúmerocuánticoprincipal: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) r= 97 h n 4kπ m e comoseobserva,elradiodelaórbitaaumentaamedidaquenaumenta. v = 2kπe 1 h n comoseobserva,lavelocidaddelelectrónenlaórbitadisminuyeamedidaquenaumenta. Larespuestacorrectaeslad. 1.206.Delasespecies a) ; ; b) ; c) d) ; ; e) ; ; ; ,indicacuálessonparamagnéticas: (O.Q.N.Castellón2008)(O.Q.L.Galicia2014) Unaespeciequímicaesparamagnéticasipresentaelectronesdesapareados. El elemento cuyo símbolo es F y número atómico 9 es el flúor cuya configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Lasumadelossuperíndicesindicaqueperteneceal grupo17(esteperiodonotieneelectronesd)yelvalorden=2indicaqueperteneceal2º periodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquegana1electrónensucapa másexterna.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales2sy2pes: 2s 2p Como se observa, no presenta electrones desapareados, por tanto, no es una especie paramagnética. El elemento cuyo símbolo es Ca y número atómico 20 es el calcio cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . La suma de los superíndices indica que pertenece al grupo2yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionCa es[Ne]3s 3p yaquepierde2electronesdesu capamásexterna.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Como se observa, no tiene electrones desapareados, por tanto, no es una especie paramagnética. El elemento cuyo símbolo es Fe y número atómico 26 es el hierro cuya configuración electrónicaabreviadaes[Ar]4s 3d .Lasumadelossuperíndicesindicaqueperteneceal grupo8yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionFe es[Ar]3d yaquepierde2electronesdesucapa másexterna.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 98 Comoseobserva,presentacuatroelectronesdesapareados,portanto,síesunaespecie paramagnética. El elemento cuyo símbolo es S y número atómico 16 es el azufre cuya configuración electrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Lasumadelossuperíndicesindicaqueperteneceal grupo16(esteperiodonotieneelectronesd)yelvalorden=3indicaqueperteneceal3er periodo. La configuración electrónica del ion S es [Ne] 3s 3p ya que gana 2 electrones en su capamásexterna.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Como se observa, no presenta electrones desapareados, por tanto, no es una especie paramagnética. Larespuestacorrectaeslae. 1.207.ElmodeloatómicodeBohrexplicadeformasatisfactoria: a)LosnivelesenergéticosdelátomodeCu. b)LaenergíadeionizacióndelH. c)Lautilidaddetresnúmeroscuánticosenladescripcióndeunátomo. d)Elpesoatómicodeunátomo. (O.Q.L.Murcia2008) Bohr, con su modelo atómico obtiene una ecuación que explica satisfactoriamente la posicióndelasrayasenelespectrodelhidrógeno.Cadarayasecorrespondeconunsalto electrónicoycuandoestesaltoeselqueseregistraentreelestadofundamental,n =1,y n =∞,laenergı́anecesariaparaelmismoeslaenergı́adeionizació n. Combinandolassiguientesecuaciones: 1 =R λ 1 1 n n ΔE= ΔE=hcR hc λ 1 1 n n Sin =∞seobtienelaexpresiónqueproporcionalaenergíadeionización: ΔE=hcR Sustituyendovaloresseobtiene: I = 6,626·10 J·s 3,0·10 m·s 1,097·10 m 1eV 1,602·10 J =13,6eV Larespuestacorrectaeslab. 1.208.Delossiguientesgruposdenúmeroscuánticosquedefinenaunelectrón,solounoes correcto. a)n=2l=2 =1 =+½ b)n=2l=1 =2 =+½ c)n=3l=2 =1 =0 d)n=3l=2 =0 =+½ (O.Q.L.Murcia2008) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 99 Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =–l,…,0,…,+l m =±½ a)Prohibido.Sin=2,elvalordelsolopuedeser0o1. b)Prohibido.Sil=1,elvalordem solopuedeser0,+1,–1. b)Prohibido.Elvalordem solopuedeser±½. d)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. Larespuestacorrectaeslad. 1.209. ¿Cuál de las siguientes especies tiene una configuración electrónica diferente a las otras? a)Ar b) c) d) (O.Q.L.Murcia2008) LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelAr(Z=18)es[Ne]3s 3p . La configuración electrónica abreviada del K (Z = 19) es [Ar] 4s . La configuración electrónicadelK es[Ne]3s 3p . LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelSc(Z=21)es[Ar]4s 3d .Laconfiguración electrónicadelSc es[Ne]3s 3p . La configuración electrónica abreviada del Mg (Z = 12) es [Ne] 3s . La configuración electrónicadelMg es[He]2s 2p . Laespeciequetieneunaconfiguraciónelectrónicadiferentealasotrases . Larespuestacorrectaeslad. 1.210.Elijequétresformasmolecularesestánconstituidassoloporátomosdehidrógeno: a)Hidrógeno,deuterioyozono. b)Hidrógeno,tritioyaguapesada. c)Hidrógeno,tritioydeuterio. d)Hidrógeno,hidronioydeuterio. (O.Q.L.Murcia2008) Hidrógeno( H),deuterio( H)ytritio( H)sontresisótoposdelhidrógeno. Larespuestacorrectaeslac. 1.211.SabiendoquelaenergíadelenlaceCl−Cles243kJ delaradiaciónnecesariapararomperesteenlace. a)817μm b)4,92μm c)817nm d)492nm (Datos.h=6,626·10 Js;c=2,998·10 m ;L=6,022·10 ,calculalalongituddeonda ) (O.Q.L.Madrid2008) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 100 LaenergíadeunenlaceCl‒Cles: 243 kJ 1mol 10 J =4,04·10 mol 6,022·10 enlaces 1kJ J DeacuerdoconlaecuacióndePlanck,E=h·ν,lalongituddeondadelaradiaciónnecesaria pararompereseenlacees: λ= 6,626·10 J·s 2,998·10 m·s J 4,04·10 1nm 10 m =492nm Larespuestacorrectaeslad. (CuestiónsimilaralaspropuestasenMadrid2006y2007). 1.212.Apartirdelaconfiguraciónelectrónicadel estadofundamentaldelosionesFe(II)y Fe(III),(Z=26)sepuedededucirque: a)Elion esmásestablequeelion . b)Losdosionestienenlamismaestabilidad. c)Elion tienetendenciaatransformarseenelion . d)Nosepuedededucirlaestabilidaddelosionesapartirdesuconfiguraciónelectrónica. (O.Q.L.Madrid2008) La estructura electrónica abreviada del Fe (Z = 26) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d ElFe pierdedoselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranenelorbital4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar]3d : 4s 3d SielFe pierdeunelectrónmás,elqueseencuentraapareadoenunodelosorbitales3d seformaelFe conunaconfiguraciónmásestable,yaquedisminuyelarepulsiónentre electroneseneseorbital. 4s 3d Larespuestacorrectaeslac. 1.213.IndicacuáldelassiguientesafirmacionessobrelateoríaatómicadeBohrescierta: a)Elelectrónnosemuevealrededordelnúcleo. b)Alelectrónsolamenteleestápermitidomoverseenlaórbitademenorradio. c)Latransicióndelelectrónentredistintasórbitasgeneralaslíneasespectrales. d)Lalongituddeondadelaslíneasespectralesesdirectamenteproporcionalalaconstante dePlanck. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 101 a‐b)Falso.DeacuerdoconelprimerpostuladodeBohr,elelectrónsemueveenorbitales circularesalrededordelnúcleo.Estasórbitas,llamadasestacionariascumplenlacondición decuantizacióndequeelmomentoangulardelelectrónenellasesunmúltiploenterode laconstantedePlanck. c)Verdadero.Cuandounelectrónsaltadeunaórbita(niveldeenergía)aotradiferente absorbe o emite la diferencia de energía existente entre ambas en forma de radiación electromagnética. d)Falso.Ladiferenciadeenergíacorrespondienteaunsaltoelectrónico(unalíneaenel espectro)esinversamenteproporcionalalalongituddeonda: ΔE=h·= h·c λ Larespuestacorrectaeslac. 1.214.Losnúmerosatómicosdedoselementossoni)15yii)25.Indicalosnúmeroscuánticos quecorrespondenalorbital,encadacaso,delúltimoelectrónquecompletalaconfiguración electrónicaensuestadofundamental. Elementoi Elementoii nlm nlm a) 300 400 b) 311 322 c) 311 400 d) 300 323 (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008) Elementoi)Z=15.Suconfiguraciónelectrónicaabreviadaenelestadofundamentales [Ne]3s 3p . Elúltimoelectrónseencuentraenelorbital3p,portanto,n=3,l=1,m=1. Elementoi)Z=25.Suconfiguraciónelectrónicaabreviadaenelestadofundamentales [Ar]4s 3d . Elúltimoelectrónseencuentraenelorbital3d,portanto,n=3,l=2,m=2. Larespuestacorrectaeslab. 1.215.Considerelassiguientesconfiguracioneselectrónicasenelestadofundamental: i)1 2 2 ii)1 2 iii)1 2 2 iv)1 2 2 3 DigacuálescumplenelprincipiodeexclusióndePauliydeduzcaparaloselementosconla configuracióncorrectaelestadodeoxidaciónmásprobable. a)ElprincipiodeexclusióndePaulilacumpleniiiyiv.Suestadodeoxidaciónmásprobable esel+5y+1,respectivamente. b)ElprincipiodeexclusióndePaulilacumpleniyiv.Suestadodeoxidaciónmásprobablees el‐1y+1,respectivamente. c)ElprincipiodeexclusióndePaulilacumpleniiiyiv.Suestadodeoxidaciónmásprobable esel+1y–1,respectivamente. d)ElprincipiodeexclusióndePaulilacumpleniiiyiv.Suestadodeoxidaciónmásprobable esel–1y+1,respectivamente. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008) ElPrincipiodeExclusióndePaulidiceque: “enunorbitalcaben,comomáximo,doselectronesconsusspinesantiparalelos”. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 102 Lasconfiguracioneselectrónicas(i)1s 2s 2p y(ii)1s 2s incumplenelPrincipiode ExclusióndePauliyatienensieteytreselectronesenunorbital2py2s,respectivamente. Laconfiguraciónelectrónica(iii)1s 2s 2p correspondeaunátomoquepuedeganar un electrón para completar el subnivel 2p y así adquirir la configuración electrónica 1s 2s 2p degasinerte.Suestadodeoxidaciónmásprobablees–1. La configuración electrónica (iv) 1s 2s 2p 3s corresponde a un átomo que puede cederelelectróndelsubnivel2syasíadquirirlaconfiguraciónelectrónica1s 2s 2p de gasinerte.Suestadodeoxidaciónmásprobablees+1. Larespuestacorrectaeslad. 1.216.Laexistenciadeespectrosdiscontinuos(delíneas)demuestraque: a)Laluzblancaestácompuestaporradiacionesdemuchaslongitudesdeonda. b)Solamentesepuedenexcitaralgunoselectronesespecíficosenunátomo. c)LaecuacióndePlancksolosecumpleparaalgunoselectrones. d) Los electrones en los átomos pueden poseer solamente ciertos valores específicos de la energía. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008) a)Falso.Elespectrodelaluzblancaescontinuo. b)Falso.Todosloselectronesdelosátomospuedenserexcitados. c)Falso.LaecuacióndePlanckesaplicableatodosloselectrones. d) Verdadero. Si un electrón pudiera poseer cualquier valor de la energía el espectro correspondienteseríacontinuo. Larespuestacorrectaeslad. 1.217.¿Cuáleslaprobabilidaddeencontrarunelectrón2 a)Nula b)Uno c)1/2 d)Máxima enlospuntosdelplanoyz? (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008) Losorbitalespxtienenformalobular yloselectronessolo puedenencontrarseenloslóbulosqueestánsobreelejeX. Laprobabilidaddeencontrarlosenelplanoqueformanlos ejesYZesnula. Larespuestacorrectaeslaa. 1.218.Elnúmerodeelectronesdesapareadosdelcobalto(Z=27)enelestadofundamental es: a)Uno b)Dos c)Tres d)Cuatro ((O.Q.L.CastillayLeón2008) LaestructuraelectrónicaabreviadadelCo(Z=27)enelestadofundamentales[Ar]4s 3d . DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 103 “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, ladistribucióndeloselectronesenlosorbitaleses: 4s 3d ElCopresenta3electronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslac. 1.219. ¿Cuál transición? a)1 2 2 b)1 2 2 c)1 2 2 d)1 2 2 de los elementos que se indican puede ser clasificado como elemento de 3 3 3 3 3 3 3 4 4 3 3 4 3 3 4 4 (O.Q.L.CastillayLeón2008) Losmetalesdetransiciónsonaquelloselementosqueenvíansuelectróndiferenciadoral subniveld. a)Electróndiferenciador3p setratadeunnometal. b)Electróndiferenciador4p setratadeunnometal. c)Electróndiferenciador setratadeunmetaldetransición. d)Electróndiferenciador4p setratadeungasinerte. Larespuestacorrectaeslac. 1.220.¿Cuáldelossiguientessupuestossepuederelacionarconespeciesisoelectrónicas? a)Dosátomosneutrosdistintos b)Doscationesdedistintacargadelmismoelemento c)Dosanionesdistintosdelmismoelemento d)Doscationesdedistintoelemento (O.Q.L.CastillayLeón2008) Especiesquímicasisoelectrónicassonaquellasquetienenelmismonúmerodeelectrones enidénticaconfiguraciónelectrónica. a) Falso. Dos átomos neutros distintos tienen diferente número atómico y por ello diferentenúmerodeelectrones. b) Falso. Dos átomos del mismo elemento tienen igual número de electrones, pero al formarcationespierdenelectronesdesucapamásexterna.Siloscationestienendistinta cargacedendiferentenúmerodeelectrones,conloqueelnúmerodeestosesdiferenteen ambos. c) Falso. Dos átomos del mismo elemento tienen igual número de electrones, pero al formar aniones ganan electrones en su capa más externa. Si los aniones son distintos es que tienen distinta carga para lo que han tenido que captar diferente número de electrones,conloqueelnúmerodeestosesdiferenteenambos. d)Verdadero.Dosátomosdediferenteselementostienendistintonúmerodeelectrones. Para formar cationes deben perder electrones de su capa más externa. El número de CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 104 electrones que pierden para formar los cationes hace posible que ambos tengan igual númerodeelectrones. Porejemplo,Na yMg 1s 2s 2p . sonespeciesisoelectrónicasyatienenlaestructuraelectrónica Larespuestacorrectaeslad. 1.221. El número de neutrones en el núcleo de un elemento de número atómico 51 y de númeromásico122es: a)51 b)173 c)71 d)173 (O.Q.L.CastillayLeón2008) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerode(protones+neutrones)deunátomo. Elátomodelelementodenúmeroatómico,Z=51,tiene51protones. Elnúmerodeneutroneses(122–51)=71. Larespuestacorrectaeslac. 1.222.Elclorotienedosisótoposnaturalescuyasmasasson35y37unidades.¿Cuálserála contribucióndelosisótopossilamasaatómicadelcloroesiguala35,54unidades? a)Mayorproporcióndelcloro‐35quedecloro‐37. b)Tendránlamismaproporción. c)Mayorproporcióndelcloro‐37quedecloro‐35. d)Nosepuededeterminarconlosdatosaportados. (O.Q.L.CastillayLeón2008) Lamasaatómicadeunelementosecalculahaciendolamediaponderadadelasmasasde susisótoposnaturales. Si solo hay dos isótopos, tendrá mayor contribución en la masa atómica el isótopo más abundante,yportanto,elvalordelamasaatómicaseacercarámásalamasadeeste.En estecaso,elcloro‐35. Larespuestacorrectaeslaa. 1.223.Unorbitalcuyosvaloresdelosnúmeroscuánticossonn=2,l=1, como: a)Unorbital2s b)Unorbital1p c)Unorbital2d d)Unorbital2p =0serepresenta (O.Q.L.CastillayLeón2008) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =–l,,0,+l Además, los diferentes valores del número cuántico secundario se corresponden con el tipodeorbitalatómico: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf 105 a)Falso.Paraunorbital2s(n=2,l=0,m =0). b) Falso. Un orbital 1p no puede existir ya que si n = 1 el valor de l solo puede ser 0. Combinaciónprohibida. c)Falso.Unorbital2dnopuedeexistiryaquesi n=2 elvalordelsolopuedeser0o 1. Combinaciónprohibida. d)Verdadero.Paraunorbital2p(n=2,l=1,m =–1,0,+1). Larespuestacorrectaeslad. 1.224.¿Cuáleslasubcapaqueseocuparádespuésdehabersellenadolasubcapa4s? a)4d b)4p c)3d d)3f (O.Q.L.CastillayLeón2008) DeacuerdoconeldiagramadeMoellerdellenadodesubnivelesdeenergíaenunátomo polielectrónico,despuésdelsubnivel4selsiguienteenenergíaesel3d. Larespuestacorrectaeslac. 1.225. La longitud de onda de emisión correspondiente al salto de energía ( átomodehidrógenoes121,57nm.¿CuálseráestevalorexpresadoenJ· ? a)0,985·10 J· b)0,985·10 J· c)1,635·10 J· d)1,617·10 J· (Datos.h=6,6256·10 Js;c=3,0·10 m ; =6,022·10 – ) del ;1nm=10 m) (O.Q.L.LaRioja2008) Deacuerdoconlaecuacióndelossaltoselectrónicos: ΔE= hc λ Elvalordelaenergíaes: ΔE= 6,6256·10 J·s 3,0·10 m·s 121,57nm 1nm 10 m =1,635·10 LaenergíaexpresadaenJ·mol–1es: 1,635·10 6,022·10 á tomo J =9,84·10 J· á tomo 1mol Larespuestacorrectaeslaa. J·átomo CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 106 1.226.¿Cuántoselectronescabencomomáximoentodoslosorbitalesddenúmerocuántico principalmenoroigualacinco? a)32 b)20 c)18 d)30 (O.Q.L.LaRioja2008) Encadaorbitalcaben2electrones,elnúmerodeorbitalesdexistentesenunsubniveles5, esdecir,5orbitalesencadasubnivelyenellos10electrones. Como los orbitales d existen a partir del valor del número cuántico n = 3, el número de electronesquecabenenlosorbitales3d,4dy5des30. Larespuestacorrectaeslad. 1.227¿Cuántoselectrones,neutronesyprotonestieneelion a)57,86,60 b)60,86,57 c)57,73,73 d)70,73,70 (Z=60)? (O.Q.L.LaRioja2008) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. La diferencia entre el número másico y el número atómico proporciona el número de neutrones. Altratarsedeunionconcarga3+quieredecirquehaperdido3electrones. Elion 57electrones Nd estáintegradopor 60protones 86neutrones Larespuestacorrectaeslaa. 1.228.¿Cuáldelossiguientesespeciesquímicaesdiamagnética? a)ÁtomosdeLi b)Iones c)ÁtomosdeF d)ÁtomosdeS e)ÁtomosdeO (O.Q.N.Ávila2009) DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”. Unaespeciequímicaesdiamagnéticasinopresentaelectronesdesapareados. a)Falso.ElelementocuyosímboloesLipertenecealgrupo1delsistemaperiódicoporlo que tiene un único electrón en su capa más externa y su configuración electrónica abreviadaes[He]2s . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 107 Como se observa, presenta un electrón desapareado, por tanto, es una especie paramagnética. b)Verdadero.ElelementocuyosímboloesClpertenecealgrupo17delsistemaperiódico por lo que tiene siete electrones en su capa más externa y su configuración electrónica abreviadaes[Ne]3s 3p . ElionCl ganaunelectrónensucapamásexternaysuestructuraelectrónicaabreviada es[Ne] yloselectronesseencuentrandistribuidosenlosorbitalesdelasiguiente forma: 3s 3p Comoseobserva,elionCl nopresentaelectronesdesapareados,porloquelaespeciees diamagnética. c)Falso.ElelementocuyosímboloesFpertenecealgrupo17delsistemaperiódicoporlo quetienesieteelectronesensucapamásexternaysuconfiguraciónelectrónicaabreviada es[He]2s 2p .Loselectronesseencuentrandistribuidosenlosorbitalesdelasiguiente forma: 2s 2p Comoseobserva,elátomodeFpresentaunelectróndesapareado,porloquelaespeciees paramagnética. d‐e)Falso.LoselementosdesímboloSyOpertenecenalgrupo16delsistemaperiódico por lo que tienen seis electrones en su capa más externa y su configuración electrónica abreviada es ns np . Los electrones se encuentran distribuidos en los orbitales de la siguienteforma: ns np Como se observa, ambos átomos presentan dos electrones desapareados, por lo que se tratadeespeciesparamagnéticas. Larespuestacorrectaeslab. 1.229. El número de electrones desapareados en un ion fundamentales: a)0 b)1 c)2 d)3 e)5 (Z = 29) en su estado (O.Q.N.Ávila2009) La estructura electrónica abreviada del Cu (Z = 29) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4s 108 3d Setratadeunaanomalíaenlaestructuraelectrónicayaquesecompletaanteselsubnivel 3dqueel4s,debidoaqueestaconfiguracióntienemenosenergíayesmásestable. ElCu pierdeunelectrón,elmásalejadodelnúcleo,queeselquetienemayorvalordeny queseencuentraenelorbital4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Comoseobserva,elCu nopresentaelectronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslaa. 1.230.¿Cuáldelossiguientesconjuntosdenúmeroscuánticoscorrespondeaunelectrónenun orbital5d? a)n=5;l=4; =–4; =½ b)n=5;l=2; =–2; =½ c)n=5;l=1; =–1; =½ d)n=5;l=3; =–4; =½ e)n=5;l=3; =–3; =½ (O.Q.N.Ávila2009) Aunelectrónqueseencuentreenunorbital5dlecorrespondelasiguientecombinación denúmeroscuánticos: n=5(quintoniveldeenergía) l=2(subniveldeenergíad) m = 2, 1, 0, –1, –2 (indistintamente, ya que el subnivel d está quíntuplemente , degenerado,esdecir,elsubniveldtiene5orbitalesdiferentesd ,d ,d ,d d ) m =½ Larespuestacorrectaeslab. 1.231.Laenergíadeunfotónprocedentedeunláserdeargónionizado, longituddeondade514,5nmes: a)3,86·10 J b)3,86·10 J c)1,28·10 J d)1,28·10 J e)1,00·10 J (Datos.h=6,626·10 J·s;c=2,998·10 m ,queemiteauna ) (O.Q.N.Ávila2009) Laenergíaasociadaaunfotónpuedecalcularsepormediodelaecuación: E= h·c λ Elvalordelaenergíaes: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) E= 6,626·10 J·s 2,998·10 m·s 514,5nm 1nm 10 m =3,86·10 109 J Larespuestacorrectaeslab. 1.232.CuandosebombardeaunaláminadeAuconpartículasalfa,lamayoríalaatraviesa sindesviarse.EstoesdebidoaquelamayorpartedelvolumendeunátomodeAuconsistede: a)Deuterones b)Neutrones c)Protones d)Espacionoocupado (O.Q.L.Murcia2009) En el experimento de E. Rutherford, realizadoporH.GeigeryE.Marsden,se bombardeó una fina lámina de oro con partículas alfa observándose que la mayoría de estas atravesaba la lámina sin desviarse. La interpretación que Rutherford dio a este hecho fue que el átomo estaba en su mayor parte hueco por lo que las partículas alfa, muy masivas y con carga positiva, no encontraban ningún obstáculo en su camino. Porotraparte,eldeuterio( H)nofueaisladohasta1931porH.Urey;elneutrónen1932 porJ.Chadwickyelprotónen1918porelpropioRutherford. Larespuestacorrectaeslad. (CuestiónsimilaralapropuestaenMurcia2005). 1.233.¿Cuáldelossiguientesátomoscontieneexactamente15protones? a) b) c) d) (O.Q.L.Murcia2009) Elnúmeroatómicodeunelementoindicaelnúmerodeprotonesquecontieneátomodel mismo. De todos los átomos propuestos el único que puede tener 15 protones es aquel cuyo númeroatómicosea15,esdecir,elfósforo(P),independientementedelvalordelnúmero másicodado. Larespuestacorrectaeslaa. 1.234.Señalelarespuestacorrectaparacadaunodelosconjuntosdenúmeroscuánticos: a)n=2,l=0,m=1 b)n=1,l=1,m=1 c)n=3,l=1,m=–1 d)n=3,l=2,m=–3 (O.Q.L.Murcia2009) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 110 Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l a)Incorrecto.Sil=0,elvalordemsolopuedeser0. b)Incorrecto.Sin=1,elvalordelsolopuedeser0yportantoelmtambién0. c)Correcto.Losvaloresdelostresnúmeroscuánticossonadecuados. d)Incorrecto.Sil=0,elvalordemsolopuedeser–2,–1,0,1y2. Larespuestacorrectaeslac. 1.235.Delassiguientesafirmacionesseñalelaqueconsidereincorrecta: a)[Ar]4 3 correspondeaunelementodetransición. b)1 2 2 3 correspondeaunátomoexcitado. c)1 2 2 correspondealion . d)1 2 2 correspondealionbromuro. (O.Q.L.Murcia2009) a)Correcto.Loselementosdetransiciónenvíansuelectróndiferenciadoraunorbitald. b)Correcto.SeincumpleelPrincipiodeMínimaEnergíayaquesecomienzaallenarantes elorbital3santesdehabercompletadoelorbital2pdemenorenergía. c)Correcto.ElelementocuyosímboloesMgeselmagnesiocuyaconfiguraciónelectrónica es1s 2s 2p 3s . La configuración electrónica del ion Mg externosdelorbital3s. es 1s 2s 2p ya que pierde dos electrones d)Incorrecto.Elelementobromotienelaconfiguraciónelectrónica1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p . Laconfiguraciónelectrónicadelionbromuro,Br ,es yaquecaptaunelectrónenelorbital5p.Estaconfiguraciónelectrónicanocoincideconla propuesta. Larespuestaincorrectaeslad. 1.236. La transición electrónica que ha tenido lugar en un átomo de hidrógeno da lugar a una línea en el espectro de frecuencia 10 Hz. ¿Cuál sería la frecuencia para el ion hidrogenoide ,paramismatransiciónelectrónica? a)Lamisma. b)3·10 Hz c)4·10 Hz d)9·10 Hz (O.Q.L.Madrid2009) SegúnelmodelodeBohr,laenergíacorrespondienteaunelectrónenunnivelcuánticose calculamediantelaecuación: E J =–2,18·10 Z n dondeZeselnúmeroatómicoynelnúmerocuánticoprincipalqueindicaelnivelcuántico enelqueseencuentraelelectrónperosoloesaplicableaátomoshidrogenoides,esdecir, CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 111 que tienen un solo electrón. De acuerdo con su estructura electrónica, el Li y el H son especiesisoelectrónicas,esdecirquetienenelmismonúmerodeelectrones. De acuerdo con la ecuación dada, la energía del nivel cuántico del Li es 9 veces la correspondientealH. – 2,18·10 E = EH – 2,18·10 3 1 =9 1 1 Teniendo en cuenta que la frecuencia asociada a una transición electrónica es directamenteproporcionalalaenergíadelamismo,ΔE=h,entoncessilafrecuenciade latransicióndelHes10 Hz,paralatransicióndelLi será9·10 Hz. Larespuestacorrectaeslad. 1.237. Tras analizar la configuración electrónica más estable del ion concluirqueelnúmerodeelectronesdesapareadosdebeseriguala: a)1 b)2 c)5 d)3 e)0 se puede (O.Q.L.Madrid2009)(O.Q.N.Sevilla2010) La estructura electrónica abreviada del Fe (Z = 26) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d El Fe pierde tres electrones, los más alejados del núcleo, que son dos del orbital 4s y otrodelorbital3d,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Comoseobserva,elFe presenta5electronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslac. 1.238. Sabiendo que el número atómico y el número de masa del azufre son 16 y 32, respectivamente,determineelnúmerodeprotonesquetendráelnúcleodelionsulfuro, : a)16protones b)30protones c)14protones d)32protones (O.Q.L.CastillayLeón2009) Deacuerdoconlosconceptosde: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 112 Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro.En estecaso16. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elquesetratedeunionnoafectaparanadaalnúmerodeprotonesdelnúcleo,soloafecta alnúmerodeelectrones. Larespuestacorrectaeslaa. 1.239.Considerandoelnúcleodeunátomodelisótopo138delbario(númeroatómicoigual a56),¿cuáleselporcentajedeneutrones? a)59,42% b)50% c)40,58% d)68,29% (O.Q.L.CastillayLeón2009) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elnúmerodeprotoneses56yeldeneutrones(138–56)=82. Elporcentajedeneutronesdelnúcleoes: 82neutrones 100=59,42% 138nucleones Larespuestacorrectaeslaa. 1.240.Siunaespecietiene11protones,12neutronesy10electrones,estamoshablandode un: a)Átomodemagnesio b)Catión c)Catión d)Átomodesodio (O.Q.L.CastillayLeón2009) Silaespecietienediferentenúmeroprotonesyelectronesnopuedetratarsedeunátomo neutro. Si como ocurre en este caso el número de protones es superior al de electrones quieredecirquesetratadeuncatión. Como el número atómico indica el número de protones, 11 en este caso, se trata del . elementosodio,yportenerunelectrónmenoslaespecieeselcatión Larespuestacorrectaeslac. 1.241.Losiones , yelátomodeNeseparecenenque: a)Tienenelmismonúmerodeelectrones. b)Tienenelmismonúmerodeprotones. c)Tienenelmismonúmerodemasa. d)Ennada. (O.Q.L.CastillayLeón2009) ElelementoconsímboloNaeselsodioypertenecealgrupo1yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) La configuración electrónica del ion Na es [He] capamásexterna. 113 ya que cede el electrón de su ElelementoconsímboloOeseloxígenoypertenecealgrupo16yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]3s 3p . La configuración electrónica del ion O completaelorbital2p. es [He] ya que gana dos electrones y ElelementoconsímboloNeeselneónypertenecealgrupo18yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He] . Lastresespeciessonisoelectrónicasyaquetienen10electrones. Larespuestacorrectaeslaa. 1.242. Un átomo que posee la configuración electrónica 1 2 2 correspondeconunelemento: a)Alcalinotérreo b)Nometálico c)Detransición d)Delosgasesnobles 3 3 3 4 se (O.Q.L.CastillayLeón2009) Losmetalesdetransiciónsonaquelloselementosqueenvíansuelectróndiferenciadoral subniveld. Larespuestacorrectaeslac. 1.243.¿Cuáldelossiguientesconjuntosdenúmeroscuánticos(n,l, aunelectróndeterminado? a)4,4,1,½ b)4,3,4,–½ c)4,3,2,1 d)4,3,–2,–½ , )sepuedeasignar (O.Q.L.CastillayLeón2009)(O.Q.L.Murcia2013) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =–l,…,0,…,+l m =±½ a)Prohibido.Sin=4,elvalordeldebeser0,1,2o3. b)Prohibido.Sil=3,elvalordem debeser–3,–2,–1,0,1,2o3. c)Prohibido.m debeser±½. d)Permitido.Todoslosvaloresdelosnúmeroscuánticossoncorrectos. Larespuestacorrectaeslad. 1.244.Deduzcacuáldelossiguientessupuestosescierto: a)Doscationesdedistintoselementospuedenserisoelectrónicos. b)Dosátomosdedistintoselementospuedenserisoelectrónicos. c)Dosátomosdelmismogrupopuedenserisoelectrónicos. d)Unátomoyloscationesquepuedeformarsonisoelectrónicos. (O.Q.L.CastillayLeón2009) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 114 Especiesquímicasisoelectrónicassonaquellasquetienenelmismonúmerodeelectrones enidénticaconfiguraciónelectrónica. a)Verdadero.Doscationesisoelectrónicosdedistintoselementostendrándiferentecarga eléctrica.Porejemplo,Na yMg ,tienenlaestructuraelectrónica1s 2s 2p . b) Falso. Dos átomos de distintos elementos nunca podrán ser isoelectrónicos ya que tienendiferentenúmerodeelectrones. c) Falso. Dos átomos del mismo grupo tienen igual número de electrones externos pero diferentenúmerototaldeelectrones. d) Falso. Un átomo y sus respectivos cationes siempre tendrán diferente número de electrones. Larespuestacorrectaeslaa. 1.245. ¿Cuántos elementos como máximo pueden existir en el nivel energético con valor del númerocuánticoprincipaln=3? a)9 b)16 c)18 d)14 (O.Q.L.CastillayLeón2009) El número máximo de electrones, y por tanto de elementos, de un nivel cuántico viene dadoporlaexpresión,N=2n .Sin=3,entonces,N=18. Larespuestacorrectaeslac. 1.246.¿Cuáldelassiguientesespeciestieneelmismonúmerodeneutronesquedeprotones? a) b) c) d) (O.Q.L.LaRioja2009)(O.Q.L.LaRioja2010) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. La diferencia entre el número másico y el número atómico proporciona el número de neutrones. a)Falso.Laestructuraelectrónicadel Cres1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .Lasumadelos superíndicesindicaquesunúmeroatómicoes24. Laespecie Crestáintegradapor 24protones (47–24)=23neutrones b)Falso.Laestructuraelectrónicadel Coes1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .Comosetrata de un ion con carga 3+, tiene tres electrones menos. La suma de los superíndices indica quesunúmeroatómicoes27. Laespecie Co estáintegradapor 27protones (60–27)=33neutrones CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 115 c)Verdadero.Laestructuraelectrónicadel Mges1s 2s 2p 3s .Comosetratadeun ionconcarga2+,tienedoselectronesmenos.La sumadelossuperíndicesindicaque su númeroatómicoes12. estáintegradapor Laespecie 12protones (24–12)=12neutrones d)Falso.Laestructuraelectrónicadel Cles1s 2s 2p 3s 3p .Comosetratadeunion con carga 1‐, tiene un electrón más. La suma de los superíndices indica que su número atómicoes17. Laespecie Cl estáintegradapor 17protones (35–17)=18neutrones Larespuestacorrectaeslac. 1.247.¿Cuántosprotonesyelectronestieneelion a)24protonesy26electrones b)36protonesy34electrones c)35protonesy35electrones d)34protonesy36electrones ? (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmero(protones+neutrones)deunátomo. Elselenioesunelementoquepertenecealgrupo14yperiodo4delsistemaperiódicopor lo que su estructura electrónica es 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p . Sumando los superíndicesseobservaquetiene34electronesyportanto,34protones.Comolaespecie Se ,aniónseleniuro,tienedoscargasnegativas,significaquetienedoselectronesmásen suúltimacapa,esdecir,36electrones. Larespuestacorrectaeslad. 1.248. ¿Cuáles son las designaciones por letras para los valores del número cuántico l=0,1,2,3? a)s,l,p,d b)s,p,d,f c)p,d,s,l d)a,b,c,d (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009) Los diferentes valores del número cuántico secundario l se corresponden con el tipo de orbitalatómico: l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 116 1.249.¿Cuántosorbitaleshayencadaunadelassiguientescapasosubcapas? a)capan=1b)capan=2c)subcapa3dd)subcapa4p a)1,4,7,3,respectivamente b)1,4,5,3,respectivamente c)3,4,5,3,respectivamente d)4,3,5,1,respectivamente (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ Los diferentes valores del número cuántico secundario l se corresponden con el tipo de orbitalatómico: l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf a)Enlacapan=1soloexisteelorbital1s. b)Enlacapan=2existenelorbital2sytresorbitales2p(4entotal). c)Enlasubcapaosubnivel3dexistencincoorbitales3d(3d ,3d ,3d ,3d ,3d ). d)Enlasubcapaosubnivel4pexistentresorbitales4p(4p ,4p ,4p ). Larespuestacorrectaeslab. 1.250.¿EsposiblequeunestadoexcitadodelátomodeHtengaunelectrónenelorbital4p? ¿YparaunátomodeCa? a)Esposibleenamboscasos. b)EsposiblesoloenelcasodelátomodeCa. c)Noesposibleparaningunodelosdosátomos. d)EsposiblesoloparaelátomodeH. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009) LasestructuraselectrónicasdelosátomosdeHyCason,respectivamente,1s y[Ar]4s . Por tanto, para ambos átomos, un electrón puede ocupar un orbital 4p si se incumple el principiodemínimaenergía,dandolugaraunestadoexcitado. Larespuestacorrectaeslaa. 1.251.Indicacuáldeestasafirmacionesesverdadera: a)Losrayoscatódicosestánformadosporlosanionesdelgasresidualquellenaeltubode rayoscatódicos. b)Losrayoscatódicosestánformadosporelectrones. c)Larelaciónm/qparalosrayoscatódicosdependedelgasresidual. d)Losrayoscatódicosestánformadosporprotones. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009) a)Falso.Elgasresidualconstituyelosrayoscanalesopositivos. b) Verdadero. Los mal llamados “rayos catódicos” están formados por partículas (se desvíanporuncampomagnético)concarganegativa(sedesvíanhacialapartepositivade uncampoeléctrico). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 117 Estas partículas, a las que Stoney llamó electrones, son las mismas independientemente del gas con el que se llene el tubo de descarga y de qué material sean los electrodos del mismo. c) Falso. La relación carga masa (m/q) llamada “carga específica”, es constante y no dependedeconquégasselleneeltubodedescarga. d)Falso.Sieltubodedescargadegasessellenaconhidrógenogaseoso,losrayoscanales estánformadosporprotones(H ). Larespuestacorrectaeslab. 1.252.Laenergíaenelestadofundamentaldelátomodehidrógenoes: a)–7,27·10 J b)–2,179·10 J c)–5,45·10 J d)+5,45·10 J e)–2,179·10 J (Datos.h=6,626·10 J·s;c=2,998·10 m ; =109678 ) (O.Q.N.Sevilla2010) De acuerdo con el modelo de Bohr, la energía del átomo de hidrógeno y la constante de Rydberg(cm ),vienendadasporlassiguientesexpresiones: E=– me 1 8h ε n E=– R = me 8h cε hcR H n El estado fundamental de un átomo es el de mínima energía, que para el hidrógeno se correspondeconn=1.Sustituyendoenlaexpresiónanterior: E=– 2,998·10 m·s 6,626·10 J·s 109678cm 2 1 1m 10 cm =–2,179·10 J Larespuestacorrectaeslae. 1.253.¿Cuáldelassiguientesconfiguracioneselectrónicascorrespondeaunestadoexcitado? a)1 2 2 b)1 2 2 c)1 2 2 3 d)1 2 2 3 e)1 2 2 3 3 (O.Q.N.Sevilla2010) a‐b‐d‐e) Falso. Se trata de un estado fundamental ya que de acuerdo con el Principio de MínimaEnergía,loselectroneshanidoocupandolosorbitalessegúnenergíascrecientes. c) Verdadero. Se trata de un estado excitado ya que de acuerdo con el Principio de MínimaEnergía,sedeberíahaberempezadoallenarelorbital3senlugardecompletarel 2p. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 118 1.254. Indique la proposición correcta en relación a la radiación del espectro electromagnético: a)Laenergíaesdirectamenteproporcionalalalongituddeonda. b)Laenergíaesinversamenteproporcionalalafrecuencia. c)Laenergíaesdirectamenteproporcionalalnúmerodeondas. d)Lalongituddeondaylaamplituddeondasondirectamenteproporcionales. e)Laluzvisibletienemayorenergíaquelaluzultravioleta. (O.Q.N.Sevilla2010) Deacuerdoconlaecuación: E=h·ν= h·c λ a‐b)Falso. c)Verdadero.Elnúmerodeondaseselinversodelalongituddeonda. d)Falso.Laamplituddeunaondanoguardaningunarelaciónconsulongitud. e)Falso.LaradiaciónUVtienenmenorlongituddeondaquelavisibley,portanto,mayor energía. Larespuestacorrectaeslac. 1.255.ElmodeloatómicodeBohrexplicadeformasatisfactoria: a)LadistribucióndeelectronesenelátomodeCl. b)LadiferentevelocidaddelelectróndelHencadaórbita. c)LaafinidadelectrónicadelLi. d)ElespectrodeemisióndelNa. (O.Q.L.Murcia2010) LavelocidaddeunelectróndelátomodehidrógenoenunaórbitaenelmodelodeBohrse calculamediantelaexpresión: e=cargadelelectró n 1 e h=constantedePlanck v= ε =constantedielé ctrica 2hε n n=nú merocuá nticoprincipal dondelaúnicavariableesn,cuyosvalores1,2,3,…determinanlavelocidaddelelectrón enesaórbita.Lavelocidaddisminuyealaumentarn. Larespuestacorrectaeslab. 1.256.Unprotóntieneaproximadamentelamismamasaque: a)Unneutrón b)Unapartículaalfa c)Unapartículabeta d)Unelectrón (O.Q.L.Murcia2010) Lasmasasdelprotónyneutrónsonsimilares,aunqueladelneutrón(m =1,6749·10 kg)esligeramentesuperioraladelprotón(m =1,6726·10 kg). Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 119 1.257. Cuando los electrones de un átomo que se encuentra en estado excitado caen a un niveldeenergíamásbajo,laenergía: a)Seabsorbe b)Selibera c)Seabsorbeyseliberaalmismotiempo(principiodeequivalencia) d)Niseabsorbeniselibera. (O.Q.L.Murcia2010) Cuando un electrón de un átomo excitado cae a un nivel de energía más bajo emite la diferenciadeenergíaentreambosnivelesenformaderadiaciónelectromagnéticadevalor hν. Larespuestacorrectaeslab. 1.258. Cuando un electrón excitado situado en el tercer nivel de energía de un átomo de hidrógeno cae hasta el primer nivel de energía, emite una radiación electromagnética de longituddeonda: a)7,31·10 Å b)1025,8Å c)8,7·10 Å d)9,75·10 Å 1 1 ν= m2 n2 (Datos. =3,29·10 ;c=3·10 m· ) (O.Q.L.Baleares2010) Sustituyendo en la ecuación del modelo de Bohr que permite calcular la frecuencia correspondienteaunalíneaespectralasociadaaunsaltoelectrónicoes: ν= 3,29·10 s 1 1 =2,92·10 s 1 3 Lalongituddeondaes: λ= 3·10 m·s 2,92·10 s 10 A =1025,8Å 1m Larespuestacorrectaeslab. 1.259.Delsiguientegrupodenúmeroscuánticosparaelectrones,¿cuálesfalso? a)2,1,0,–½ b)2,1,–1,+½ c)2,2,1,+½ d)2,0,0,–½ (O.Q.L.Asturias2010) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ a‐b‐d)Permitido.Todoslosvaloresdelosnúmeroscuánticossoncorrectos. c)Prohibido.Sin=2,elvalordeldebeser0o1. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 1.260.¿Cuántosorbitalestienenlosnúmeroscuánticosn=4,l=3y a)1 b)3 c)7 d)0 e)0 120 =0? (O.Q.L.LaRioja2010)(O.Q.L.LaRioja2012) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =‐l,,0,+l Los diferentes valores del número cuántico secundario l se corresponden con el tipo de orbitalatómico: l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf Silosvaloresdelosnúmeroscuánticossonn= 4yl =3quieredecirquesetratadeun orbital4f.Existensietevaloresdiferentesparaelnúmerocuánticom ,–3,–2,–1,0,1,2,3, portanto,solounodeestosorbitalespuedetenerelvalor0. Larespuestacorrectaeslaa. 1.261. La niebla fotoquímica se forma cuando el oxígeno producido en la siguiente fotodisociaciónreaccionaconsustanciasorgánicas: (g)+hνNO(g)+O(g) LaentalpíadeestareacciónesΔH°=+306kJ· .Silaenergíaparaqueseproduzcaesta reacción proviene de la luz solar, estima cuál es la longitud de onda de la radiación que necesita. a)25555,89 b)391·10 m c)7,67·10 Hz d)255,56 (Datos.h=6,626·10 Js;c=2,998·10 m ;L=6,022·10 ) (O.Q.L.LaRioja2010) LaenergíapararomperunenlaceN‒Oes: 306 kJ 1mol 10 J =5,08·10 mol 6,022·10 enlaces 1kJ J DeacuerdoconlaecuacióndePlanck: E= hc λ lalongituddeondadelaradiaciónnecesariapararompereseenlacees: λ= 6,626·10 J·s 2,998·10 m·s 5,08·10 =3,91·10 J Larespuestacorrectaeslab. m CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 121 1.262.¿Cuáleslaconfiguraciónelectrónicadelestadofundamentaldeunátomode fasegas? a)1 2 2 3 3 3 b)1 2 2 3 3 3 c)1 2 2 3 3 3 4 d)1 2 2 3 3 3 4 en (O.Q.L.LaRioja2010) Laestructuraelectrónicadel Coensuestadofundamentales o en forma abreviada [Ar] . De acuerdo con el Principio de Máxima MultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d Larespuestacorrectaeslad. 1.263. ¿Cuál de las siguientes combinaciones de números cuánticos indica una solución permitidadelaecuacióndeonda? a)n=2,l=2, =1, =–½ b)n=3,l=2, =–2, =–½ c)n=3,l=–2, =0, =+½ d)n=2,l=1, =0, =0 (O.Q.L.CastillayLeón2010) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =–l,…,0,…,+l m =±½ a)Prohibido.Sin=2,elvalordem debeser0o1. b)Permitido.Todoslosvaloresdelosnúmeroscuánticossoncorrectos. c)Prohibido.Elvalordem nuncapuedeser<0. d)Prohibido.Elvalordem debeser±½. Larespuestacorrectaeslab. 1.264.EnelmodeloatómicodeBohr: a)Existencuatroorbitalesatómicos. b) El electrón solo puede girar en órbitas estacionarias en las que puede absorber o emitir energía. c)Lasórbitasenlasquegiraelelectrónestáncuantizadasporelnúmerocuánticon. d) Para que un electrón salte de un orbital a otro dentro del mismo nivel energético debe absorberenergía. (O.Q.L.CastillayLeón2010) a‐d)Falso.ElmodeloatómicodeBohrnoutilizalosorbitalesatómicos. ElprimerpostuladodeBohrestableceque: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 122 “los electrones en sus giros en torno al núcleo no emiten energía y aunque están gobernados por ecuaciones clásicas, solo son posibles las órbitas que cumplen la condicióndecuantización”. Suexpresiónmatemáticaes: v=velocidaddelelectró n n·h m=masadelelectró n m·v·r= h=constantedePlanck 2π r=radiodelaó rbita n es el número cuántico principal que solo puede tomar valores enteros (1, 2, 3,…, ∞) y queindicalaórbitaenlaquesemueveelelectrón. Estasórbitasenlasqueelelectrónnoemiteenergíasellamanestacionarias. b)Falso.Elelectrónnoabsorbeniemiteenergíaenlasórbitasestacionarias. c) Verdadero. Cada órbita estacionaria está caracterizada por el valor del número cuánticon. Larespuestacorrectaeslac. 1.265.Unisótopocuyonúmerodemasaesiguala18,tiene2neutronesmásqueprotones. ¿Cuálseráelnúmerodeelectrones? a)9 b)18 c)10 d)8 (O.Q.L.CastillayLeón2010) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerode(protones+neutrones)deunátomo. Elnúmerodeprotonesoelectroneses8,yaqueelnúmerodeneutronesdebesersuperior aldeprotones. Larespuestacorrectaeslad. 1.266. Imagine un universo en el que el valor del número cuántico pueda tomar los valores +½, 0 y –½ en lugar de ±½. Suponiendo que todos los otros números cuánticos puedentomarúnicamentelosvaloresposiblesennuestromundoyqueseaplicaelprincipio deexclusióndePauli,lanuevaconfiguraciónelectrónicadelátomodenitrógenoserá: a)1 2 2 b)1 2 2 c)1 2 3 d)1 2 2 (O.Q.L.CastillayLeón2010) Elnitrógeno(Z=7)porloquesuconfiguraciónelectrónicaes . Si en ese universo el número cuántico m puede tener tres valores diferentes cambia el enunciadodelPrincipiodeExclusióndePauli,loquequieredecirqueencadaunodelos orbitales atómicos caben 3 electrones, por lo tanto, la configuración electrónica del . nitrógenoeneseuniversoes CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 123 Larespuestacorrectaeslaa. 1.267.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescierta? a)Unelementoquímicotieneunamasaconstanteyúnica. b)Unelementoquímicopuedetenerdistintosnúmerosmásicos. c)Unelementoquímicopuedetenerdistintonúmerodeprotones. d)Unelementoquímicopuedetenerdistintonúmerodeelectrones. (O.Q.L.CastillayLeón2010) a)Falso.Lamasadeunelementosecalculateniendoencuentalosdiferentesisótoposque loforman. b) Verdadero. Los diferentes isótopos de un elemento se diferencian en el valor de su númeromásico. c‐d)Falso.Cadaelementoestácaracterizadoporunnúmeroatómicoquecoincideconel númerodeprotonesdesunúcleoodeelectronesdesucorteza. Larespuestacorrectaeslab. 1.268. ¿En qué tipo de orbital atómico se encuentra el electrón definido por los números cuánticosn=4,l=2, =0y =½? a)Orbitalatómico“f” b)Orbitalatómico“s” c)Orbitalatómico“p” d)Orbitalatómico“d” (O.Q.L.CastillayLeón2010) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =–l,…,0,…,+l m =±½ Además los diferentes valores del número cuántico secundario se corresponden con el tipodeorbitalatómico: l=0orbitals l=1orbitalp l=2orbitald l=3orbitalf De acuerdo con los valores de los números cuánticos dados se trata de un electrón pertenecienteaunorbital4d. Larespuestacorrectaeslad. 1.269. Indicar cuál de los siguientes grupos de valores correspondientes a números cuánticos n,lymeselpermitido: a)3,–1,1 b)1,1,3 c)5,3,–3 d)0,00 (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 124 a)Prohibido.lnuncapuedeser<0. b)Prohibido.Sin=1,lymsolopuedenvaler0. c)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. c)Prohibido.lnuncapuedeser0. Larespuestacorrectaeslac. 1.270.Enelefectofotoeléctrico: a)Laenergíadelosfotonesdependedelaintensidaddelaradiaciónincidente. b)Laenergíadelosfotonesesindependientedelaintensidaddelaradiaciónincidente. c)Seproduceemisiónacualquierfrecuencia. d) El número de fotoelectrones emitidos es independiente de la intensidad de la radiación incidente. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010) LaecuaciónpropuestaporEinsteinparaexplicarelefectofotoeléctricoes: E =hc ν E =energı́aciné ticadelfotoelectró n c=velocidaddelaluz ν h=constantedePlanck ν=frecuenciadelfotó nincidente ν =frecuenciacaracterı́sticadelmetal a‐d)Falso.Laintensidaddelaluzeselnúmerodefotonesporunidaddetiempo,portanto, amayorintensidadmayornúmerodeelectronesemitidos. b)Verdadero.Laintensidaddelaluzeselnúmerodefotonesporunidaddetiempo,por tanto,amayorintensidadmayornúmerodeelectronesemitidos. c) Falso. Para que se produzca la emisión es necesario que la energía de los fotones sea suficienteparaarrancarelectronesdelaplacametálica,ν>ν0. Larespuestacorrectaeslab. 1.271.LahipótesisdePlanckestableceque: a)Cadafotóntieneunacantidadparticulardeenergíaquedependeademásdelafrecuencia delaluz. b) Cada fotón tiene una cantidad particular de energía que no depende además de la frecuenciadelaluz. c)Losfotonesdeluztienenlamismacantidaddeenergía. d)Cadafotóntieneunacantidadparticulardeenergíaquedependedelavelocidaddelaluz. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010) LahipótesispropuestaporM.Planck(1900)proponeque: “Laenergíaesabsorbidaoemitidaporloselectronesenformadecantidadesdiscretas, llamadascuantos,devalorE=hν”. Posteriormente,A.Einsteindenominaráfotonesaloscuantosdeluz. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 125 1.272.Elelementoestablealquemásfácilmenteselepuedenarrancarfotoelectronesesel cesio,quetieneunalongituddeondacaracterísticade580nm.Cuandoseiluminaunaplaca decesioconunaluzrojade660nm: a)Seconsiguequeseemitanfotoelectrones. b)Noseproduceefectofotoeléctrico. c)Noesciertoqueelcesioseaelelementoquemásfácilmenteemitefotoelectrones. d)Noesciertoqueunaluzrojapuedatenerunalongituddeondade660nm. e)Elelectrónemiteenergíacinética. (O.Q.N.Valencia2011)(O.Q.L.Valencia2014) LaecuaciónpropuestaporEinsteinparaexplicarelefectofotoeléctricoes: E =hc 1 λ E =energı́aciné ticadelfotoelectró n c=velocidaddelaluz 1 h=constantedePlanck λ λ=longituddeondadelfotó nincidente λ =longituddeondacaracterı́sticadelfotó nmetal Para que se produzca efecto fotoeléctrico es preciso que la energía de los fotones sea suficienteparaarrancarelectronesdelaplacametálica:λ<λ Como (660nm)> (580nm),noseproduceelefectofotoeléctrico. Larespuestacorrectaeslab. 1.273.Laconfiguraciónelectrónicadelion a)[Ar]4 3 b)[Ar]4 3 c)[Ar]3 d)[Ar]4 3 e)[Ar]4 3 es: (O.Q.N.Valencia2011) La estructura electrónica abreviada del Cr (Z = 24) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d ElCr pierdetreselectrones,losmásalejadosdelnúcleo,quesonlosquetienenmayor valordenyqueseencuentranunodeellosenelorbital4syotrosdosenelorbital3d,ysu estructuraelectrónicaes[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 126 1.274.Indicacuáldelassiguientessalesestáformadaporionesisoelectrónicos: a)KI b) c) d) (O.Q.L.Asturias2011) Especiesisoelectrónicassonaquellasquetienenidénticaestructuraelectrónica. a) Falso. La sal KI está formada por elementos K e I. El elemento con símbolo K es el potasio y pertenece al grupo 1 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s . La configuración electrónica del ion K es [Ne] 3s 3p ya que pierde un electrón de su capamásexterna. El elemento con símbolo I es el iodo y pertenece al grupo 17 y periodo 5 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Kr]4d 5s 5p . La configuración electrónica del ion I es [Kr] 4d 5s 5p ya que gana un electrón y completaelorbital5p. b)Falso.LasalAlCl estáformadaporelementosAlyCl.ElelementoconsímboloAlesel aluminio y pertenece al grupo 13 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . LaconfiguraciónelectrónicadelionAl es[He]2s 2p yaquepierdetreselectronesde sucapamásexterna. ElelementoconsímboloCleselcloroypertenecealgrupo17yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] 3s 3p ya que gana un electrón y completaelorbital3p. c)Falso.LasalCaBr estáformadaporelementosAlyCl.ElelementoconsímboloCaesel calcioypertenecealgrupo2yperiodo4delsistemaperiódicoporloquesuconfiguración electrónicaabreviadaes[Ar]4s . LaconfiguraciónelectrónicadelionCa es[Ne]3s 3p yaquepierdedoselectronesde sucapamásexterna. ElelementoconsímboloBreselbromoypertenecealgrupo17yperiodo4delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s 4p . La configuración electrónica del ion Br es [Ar] 4s 4p ya que gana un electrón y completaelorbital4p. d)Verdadero.LasalMgF estáformadaporelementosAlyCl.Elelementoconsímbolo Mgeselmagnesioypertenecealgrupo2yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . LaconfiguraciónelectrónicadelionMg sucapamásexterna. es[He] yaquepierdedoselectronesde El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) La configuración electrónica del ion F es [He] completaelorbital2p. 127 ya que gana un electrón y Larespuestacorrectaeslad. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón2007). 1.275.¿Cuáldelassiguientesconfiguracioneselectrónicascorrespondeal a)1 2 2 3 3 4 3 b)1 2 2 3 3 3 c)1 2 2 3 3 3 4 3 d)1 2 2 3 3 4 3 ? (O.Q.L.LaRioja2011) ElelementodesímboloVeselvanadioypertenecealgrupo5delsistemaperiódico,que estáintegradoporloselementos: Periodo Elemento 4 V 5 Nb 6 Ta 7 Db seencuentraenelperiodo4,porloquesuestructuraelectrónicaes: o,deformaabreviada,[Ar] . Larespuestacorrectaeslaa. 1.276.¿CuáldeestaspropuestasesCORRECTA? a)Elproductodelalongituddeondaporlafrecuenciaesunaconstanteparalaluzvisibleen elvacío. b)Amedidaqueaumentalalongituddeondadelaluz,aumentalaenergíadelfotón. c)Amedidaqueaumentalalongituddeondadelaluz,aumentasuamplitud. d)Laluzverdetienemayorfrecuenciaquelaluzazul. e)Laamplitudaumentaconlalongituddeonda. (O.Q.L.LaRioja2011)(O.Q.L.Madrid2013) a) Verdadero. Frecuencia y longitud de onda están relacionadas por medio de la expresiónc=λ·ν. b)Falso.Deacuerdoconlaecuación: E=h·ν= h·c λ c)Falso.Laamplituddeunaondanoguardaningunarelaciónconsulongitud. d)Falso.Lafrecuenciadelaluzverdeesmenorqueladelluzazul. e)Falso.Laamplituddeunaondanodependedesufrecuencia. Larespuestacorrectaeslaa. 1.277.¿CuáldelassiguientesafirmacionesesINCORRECTA? a)Dosanionesdistintospuedenserisoelectrónicos. b)Uncatiónyunaniónpuedenserisoelectrónicos. c)Dosátomosneutrospuedenserisoelectrónicos. d)Doscationesdistintospuedenserisoelectrónicos. (O.Q.L.LaRioja2011) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 128 Especiesquímicasisoelectrónicassonaquellasquetienenelmismonúmerodeelectrones enidénticaconfiguraciónelectrónica. a) Correcto. Dos aniones isoelectrónicos de distintos elementos tendrán diferente carga eléctrica.Porejemplo,F yO ,tienenlaestructuraelectrónica1s 2s 2p . b) Correcto. Un catión y un anión de distintos elementos pueden ser isoelectrónicos si tienen el mismo número de electrones. Por ejemplo, F y Na , tienen la estructura electrónica1s 2s 2p . c) Incorrecto. Dos átomos neutros de diferentes elementos tienen distinto número de electrones. d) Correcto. Dos cationes isoelectrónicos de distintos elementos tendrán diferente carga eléctrica.Porejemplo,Na yMg ,tienenlaestructuraelectrónica1s 2s 2p . Larespuestacorrectaeslac. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón2009). 1.278.ElmodeloatómicodeBohrplantea,entreotrascosas,que: a)Loselectronesestándistribuidosenorbitalesllamadoss,p,d,f,etc. b)Elnúmerodeelectronesenunorbitaldependedelvalorden. c)Loselectronesgiranalrededordelnúcleoavelocidadconstante. d)Loselectronescuandogiranalrededordelnúcleonosufrenaceleración. (O.Q.L.Murcia2011) a‐b) Falso. En el átomo de Bohr los electrones giran en órbitas circulares, no existen orbitales. c)Verdadero.Enelátomodehidrógeno,elnúcleoatraealelectrónconunafuerzacentral electrostáticadeformaqueelelectróngiraenunaórbitacircularsinemitirenergía(órbita estacionaria). Laexpresiónmatemáticaparaunadeestasórbitases: v=velocidaddelelectró n e=cargadelelectró n e v k =m m=masadelelectró n r r k=constante r=radiodelaó rbita Elvalorv /reslaaceleraciónnormaldelelectrón. d)Falso.Comosehavistoenlapropuestaanterior. Larespuestacorrectaeslac. 1.279. Cuando los átomos de dos elementos tienen en sus núcleos el mismo número de protonesperodistintonúmerodeneutronessellaman: a)Isómeros b)Isótopos c)Heterodoxos d)Isoprotónicos (O.Q.L.Murcia2011) Isótopos son átomos de un mismo elemento con el mismo número atómico (número de protones)ydistintonúmeromásico(distintonúmerodeneutrones). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 129 Larespuestacorrectaeslab. 1.280.Dadoelanión a)7electrones b)10electrones c)14neutrones d)14protones esposibleasegurarquetiene: (O.Q.L.Murcia2011) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Laespeciequímicapropuestatiene7protonesy(14–7)=7neutrones.Comolaespeciees aniónica (está cargada negativamente), significa que tiene tres electrones de más en su últimacapa,esdecir,(7+3)=10electronesentotal. Larespuestacorrectaeslab. 1.281.Paraelpotasio escorrectodecirque: a)Sunúmeroatómicoes41. b)Suconfiguraciónelectrónicaes1 2 2 3 3 c)Ensunúcleohay19neutronesy22protones. d)Esunisómerodel . 4 . (O.Q.L.Murcia2011) Deacuerdoconlosconceptosde: ▪Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. ▪Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elpotasioesunelementoquepertenecealgrupo1yperiodo4delsistemaperiódicopor .Comosunúmeroatómicoes loquesuestructuraelectrónicaes 19 tiene 19 protones y por tanto, 19 electrones y su núcleo contiene (41 – 19) = 22 neutrones. Losátomosnotienenisómeros. Larespuestacorrectaeslab. 1.282. ¿Cuál de las siguientes configuraciones no es posible de acuerdo con el principio de exclusióndePauli? a)1 2 2 b)1 2 2 3 c)1 2 3 d)1 2 2 3 3 4 3 (O.Q.L.Murcia2011) a‐d) Falso. Se trata de un estado fundamental ya que de acuerdo con el Principio de MínimaEnergía,loselectroneshanidoocupandolosorbitalessegúnenergíascrecientes. b) Verdadero. Se trata de un estado prohibido ya que de acuerdo con el Principio de Exclusión de Pauli, en un orbital pueden existir, como máximo, dos electrones con los spinesopuestos.Enlaconfiguraciónpropuestaenelorbital3shaytreselectrones. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 130 c) Falso. Se trata de un estado excitado ya que de acuerdo con el Principio de Mínima Energía,sedeberíahaberempezadoallenarelorbital2penlugardel3p. Larespuestacorrectaeslab. 1.283.Elnúmerodeelectronesdelion a)23 b)29 c)26 d)3 es: (O.Q.L.CastillayLeón2011) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. La especie química propuesta tiene 26 protones y (58 – 26) = 32 neutrones. Como la especie es catiónica (está cargada positivamente), significa que tiene tres electrones de menosensuúltimacapa,esdecir,(26−3)=23electronesentotal. 1.284.¿Cuáldelassiguientescombinacionesdenúmeroscuánticosesposibleparaunelectrón situadoenunorbital4d? a)n=4;l=3; =–3; =+½ b)n=4;l=2; =+1; =+½ c)n=4;l=1; =–2; =–½ d)n=4;l=0; =0; =–½ (O.Q.L.CastillayLeón2011) Aunelectrónqueseencuentreenunorbital4dlecorrespondelasiguientecombinación denúmeroscuánticos: n=4(cuartoniveldeenergía) l=2(subniveldeenergíad) m = 2, 1, 0, ‐1, ‐2 (indistintamente, ya que el subnivel d está quíntuplemente , degenerado,esdecir,elsubniveldtiene5orbitalesdiferentesd ,d ,d ,d d ) m =½ Larespuestacorrectaeslab. 1.285.¿CuántoselectronesdesapareadostieneelátomodeSensuestadofundamental? a)0 b)4 c)2 d)6 (O.Q.L.CastillayLeón2011) La estructura electrónica abreviada del S (Z = 16) es [Ne] 3s 3p . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 3s 131 3d Comoseobserva,elSpresenta2electronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslac. 1.286.¿Enquésediferencianlosisótoposdeunelemento? a)Enelnúmeromásico d)Enelnúmerodeprotones b)Enelnúmeroatómico c)Enladisposiciónelectrónica (O.Q.L.CastillayLeón2011) Isótopossonátomosdeunmismoelementoconigualnúmeroatómico(mismonúmerode protonesyelectrones)ydiferentenúmeromásico(distintonúmerodeneutrones). Larespuestacorrectaeslaa. 1.287.ElelementoXdeconfiguraciónelectrónica1 2 2 quepierdaoganeelectronesparaformaruniondevalencia: a)–1 b)+5 c)+1 d)–7 3 3 lomásprobablees (O.Q.L.CastillayLeón2011) La valencia iónica se define como el número de electrones que un átomo gana o pierde paraformarunionconunaconfiguraciónelectrónicaestable. SielelementoXganaunelectróncompletasucapamásexternayconsigueunaestructura electrónicamuyestabledegasinerte,1s 2s 2p 3s 3p ,formandounioncuyavalencia iónicaes–1. Larespuestacorrectaeslaa. 1.288.¿Quévaloresdesiguientetabla sonincorrectos? Nºprotones Z Nºneutrones A 13 14 14 27 10 10 11 22 17 17 21 37 Nºelectrones 13 10 17 a)Elnúmerodeprotonesdelostresisótopos. b)Elnºdeelectronesde ,elvalordeZde yelvalordeAde c)ElvalordeZde ,elvalordeAde yelnºdeneutronesde d)Elnºdeprotonesde ,elnºdeneutronesde Isótopo . . yelvalordeAde . (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 132 13protones Isótopo Al(Z=13)estáintegradopor 13electrones (27–13)=14neutrones 10protones Isótopo Ne(Z=10)estáintegradopor 10electrones (21–10)=11neutrones 17protones Isótopo Cl(Z=17)estáintegradopor 17electrones (37–17)=20neutrones a)Correcto.Elnúmerodeprotonesdelostresisótoposeselqueapareceenlatabla. b)Correcto.Elnúmerodeelectronesde Al;elvalordeZdelisótopo NeyelvalordeA de Clsonlosqueaparecenenlatabla. c)Incorrecto.ElvalordeZdelisótopo Alnoes14;elvalordeAdelisótopo Nenoes 22;nielnúmerodeneutronesde Cles21. d)Correcto.Elnúmerodeprotonesdelisótopo Al,elnúmerodeelectronesdelisótopo NeyelvalordeAdelisótopo Clsonlosfiguranenlatabla. Larespuestaincorrectaeslac. 1.289.Elnúmeromáximodeelectronesquepuedenexistirenelniveldeenergían=4es: a)4 b)18 c)9 d)32 (O.Q.L.CastillayLeón2011) El número máximo de electrones, y por tanto de elementos, de un nivel cuántico viene dadoporlaexpresión,N=2n .Sin=4,entonces,N=32. Larespuestacorrectaeslad. 1.290.ElconceptodeórbitaenelmodeloatómicodeBohrsedefinecomo: a)Laregióndelespaciomáscercanaalnúcleoenlaqueseencuentraelelectrón. b)Ladensidaddecargarepartidaalrededordelnúcleo. c)Unazonadelátomodondeesmásprobableencontraralelectrón. d)Unatrayectoriacircularoelípticaenlaquesemuevengirandoloselectronesalrededordel núcleo. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011) ElprimerpostuladodeBohrestableceque: “los electrones en sus giros en torno al núcleo no emiten energía y aunque están gobernados por ecuaciones clásicas, solo son posibles las órbitas que cumplen la condicióndecuantización”. Estas órbitas denominadas estacionarias son circulares y están caracterizadas por un número entero denominado número cuántico principal. Las orbitas elípticas son introducidasporSommerfeldparacorregirelmodelopropuestoporBohr. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 133 1.291.Delassiguientescombinacionesdenúmeroscuánticos,cuálescorrecta. a)3,1,1,0 b)1,1,0,+½ c)5,3,–3,–½ d)2,1,–2,+½ e)4,3,3,0 f)5,0,1,+½ (O.Q.L.PreselecciónValencia2011) Losvaloresposiblesdelosnúmeroscuánticosson: n=1,2,3,4,….,∞ 0→orbitals 1→orbitalp l=0,1,2,3,….(n1)l= 2→orbitald 3→orbitalf 4→orbitalg m =0,±1,±2,±3,…±l m =±½ a) La combinación de números cuánticos (3, 1, 1, 0) no es correcta ya que el número cuánticom solopuedevaler±½. b)Lacombinacióndenúmeroscuánticos(1,1,0,½)noescorrectayaquesielnúmero cuánticon=1,elnúmerocuánticolsolopuedevaler0. c) La combinación de números cuánticos (5, 3, –3, –½) es correcta ya que no presenta ninguna discrepancia en los valores de los mismos y corresponde a un electrón en un orbital5f. d)Lacombinacióndenúmeroscuánticos(2,1,2,+½)noescorrectayaquesielnúmero cuánticol=1,elnúmerocuánticom solopuedevaler–1,0,+1. e)Lacombinacióndenúmeroscuánticos(4,3,3,0)noescorrectayaquesielnúmero cuántico n = 4, el número cuántico l solo puede valer 0, 1, 2 o 3; y además el número cuánticomssolopuedevalor±½. f)Lacombinacióndenúmeroscuánticos(5,0,1,+½)noescorrectayaquesielnúmero cuánticol=0,elnúmerocuánticom solopuedevaler0. Larespuestacorrectaeslac. 1.292. ¿Cuáles de las siguientes configuraciones electrónicas correspondientes a átomos neutrosenelestadofundamentalsonincorrectas? a)1 2 3 3 b)1 2 2 3 3 4 3 c)1 2 2 3 3 d)1 2 2 3 3 e)1 2 2 2 3 3 (O.Q.L.Galicia2011) a) Incorrecta. La configuración electrónica incumple el Principio de MínimaEnergíayaqueseocupanlossubniveles3sy3pantesqueel2p. incumple el b) Correcta. La configuración electrónica PrincipiodeMínimaEnergíaperosinembargopresentamayormultiplicidad.Setratade unaexcepciónenlaconfiguraciónelectrónicadeloselementos. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 134 c‐e)Incorrectas.Lasconfiguraciónelectrónica y nopuedenexistiryaqueensubnivel2pcabencomomáximoseiselectrones. d) Correcta. La configuración electrónica MínimaEnergía. cumple el Principio de Lasrespuestasincorrectassona,cye. 1.293.¿CuáleslaconfiguraciónelectrónicadelestadofundamentaldelCu? a)[Ar]3 4 b)[Ar]3 4 c)[Ar]3 4 d)[Kr]3 4 e)[Ne]3 4 (O.Q.N.ElEscorial2012) LaestructuraelectrónicaabreviadadelCu(Z=29)es[Ar] conelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: ,yaquedeacuerdo “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d Larespuestacorrectaeslac. 1.294.Cuáldelassiguientesparejasdeátomostieneelmismonúmerodeneutronesenlos dosnúcleos: a) y b) y c) y d) y e) y (O.Q.N.ElEscorial2012) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elnúmerodeneutronesdeunátomoseobtienemedianteladiferencia(A–Z). a)Falso.Esimposiblequedosisótopostenganelmismonúmerodeneutrones. b) Falso. Es imposible que dos núcleos con el mismo número másico tengan el mismo númerodeneutrones. c‐e) Falso. Es imposible que dos núcleos de elementos no consecutivos en la tabla periódica cuyo número másico se diferencia en una unidad tengan el mismo número de neutrones. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 135 d)Verdadero.Dosnúcleosdeelementosconsecutivosenlatablaperiódicacuyonúmero másicosediferenciaenunaunidadtienenelmismonúmerodeneutrones. Larespuestacorrectaeslad. 1.295. De los siguientes cationes, el que presenta mayor valor de su momento magnético (paramagnetismo)es: a) b) c) d) e) (O.Q.N.ElEscorial2012) Unaespeciequímicaesparamagnéticasipresentaelectronesdesapareados,ysumomento magnéticotendrámayorvalorcuantosmáselectronesdespareadospresentedichoion. a) Falso. El elemento cuyo símbolo es Ca y número atómico 20 es el calcio cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo2yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionCa es[Ne]3s 3p yaquepierde2electronesdesu capamásexterna.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Como se observa, no tiene electrones desapareados, por tanto, no es una especie paramagnética. b) Falso. El elemento cuyo símbolo es Sc y número atómico 21 es el escandio cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s 3d . La suma de los superíndices indica quepertenecealgrupo3yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. La configuración electrónica del ion Sc es [Ne] 3s 3p ya que pierde los 3 electrones másalejadosdelnúcleo.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Como se observa, no tiene electrones desapareados, por tanto, no es una especie paramagnética. c) Falso. El elemento cuyo símbolo es Mn y número atómico 25 es el manganeso cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s 3d . La suma de los superíndices indica quepertenecealgrupo7yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionMn es[Ar]3d yaquepierdelos3electronesmás alejadosdelnúcleo.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d Comoseobserva,presentacuatroelectronesdesapareados,portanto,síesunaespecie paramagnética. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 136 d) Verdadero. El elemento cuyo símbolo es Fe y número atómico 26 es el hierro cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s 3d . La suma de los superíndices indica quepertenecealgrupo8yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. Laconfiguraciónelectrónicadelion Fe es[Ar] 3d ya quepierdelos3 electronesmás alejadosdelnúcleo.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d Comoseobserva,presentacuatroelectronesdesapareados,portanto,síesunaespecie paramagnética. e) Falso. El elemento cuyo símbolo es Cu y número atómico 29 es el cobre cuya configuración electrónica abreviada es[Ar] 4s 3d .La sumadelos superíndicesindica quepertenecealgrupo11yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionCu es[Ar]3d yaquepierdelos2electronesmás alejadosdelnúcleo.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d Como se observa, presenta un electrón desapareado, por tanto, sí es una especie paramagnética. El momento magnético de mayor valor le corresponde al ion Fe ya que es la especie presentamáselectronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslad. 1.296.El yel a)Isómeros b)Isógonos c)Isótopos d)Isologos son: (O.Q.L.Murcia2012) Los átomos de carbono propuestos se diferencian en el número másico, por tanto son isótopos. Larespuestacorrectaeslac. 1.297. El modelo atómico de Bohr no pudo explicar el llamado efecto Zeeman (el desdoblamientoqueseproducedelaslíneasoriginalesdeunespectrodeemisiónenpresencia deuncampomagnético).Sommerfeldperfeccionóestemodelo: a)Introduciendolavelocidaddegiroenlasórbitas. b)Aplicandounmodelohiperdimensionalencapas. c)Incluyendoórbitaselípticasenmodelo. d)Demostrandoquelosprotonestambiénsemuevenalrededordelnúcleo. (O.Q.L.Murcia2012) Las restricciones impuestas por Bohr fueron insuficientes para poder explicar los espectrosdeátomospolielectrónicos. SommerfeldgeneralizaelmodelopropuestoporBohrhaciendoqueelelectrónademásde girarenórbitascirculareslohagatambiénenórbitaselípticas.Estasórbitasseencuentran asociadasalnúmerocuánticosecundariooazimutall. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 137 Larespuestacorrectaeslac. 1.298.LaconfiguraciónelectrónicadelCr(Z=24)es: a)[Ar]4 3 b)[Ar]4 3 c)[Ar]4 3 d)[Ar]4 3 (O.Q.L.Murcia2012) La estructura electrónica abreviada del Cr (Z = 24) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d Larespuestacorrectaeslad. 1.299.Nopuedenexistirenunátomodoselectronesconlosmismosnúmeroscuánticos.Esto esunaconsecuenciadel: a)PrincipiodeAufbau b)PrimeraregladeHund c)PrincipiodeexclusióndePauli d)UnpostuladodeBohr (O.Q.L.CastillayLeón2012) ElPrincipiodeExclusióndePaulidiceque “enunorbitalcaben,comomáximo,doselectronesconsusspinesantiparalelos”. Portanto,esosdoselectronesdebentenerdiferentenúmerocuánticodespín. Larespuestacorrectaeslac. 1.300.¿Cuántosorbitalesatómicospuedenexistirconunnúmerocuánticoprincipaliguala n? a)norbitales b) orbitales c)2norbitales d)(2n–1)orbitales (O.Q.L.CastillayLeón2012) Elnúmerodeorbitalesconigualnúmerocuánticones .Porejemplo: n=2(1orbital2s)+(3orbitales2p)2 orbitales n=3(1orbital3s)+(3orbitales3p)+(5orbitales3d)3 orbitales n=4(1orbital4s)+(3orbitales4p)+(5orbitales4d)+(7orbitales4f) 4 orbitales Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 138 1.301.ErnestRutherforddemostróexperimentalmentelaexistenciade: a)Lapartículaα b)Elelectrón c)Elneutrón d)Elnúcleo (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012) En el experimento de E. Rutherford, realizado por H. Geiger y E. Marsden, se bombardeó una fina lámina de oro con partículas alfa observándose que la mayoría de estas atravesaba la lámina sin desviarse.LainterpretaciónqueRutherford dioaestehechofuequeelátomoestabaen sumayorpartehuecoconunazonacentral diminuta, positiva y muy densa llamada núcleoatómico. Larespuestacorrectaeslad. 1.302.¿Existenorbitales3pdeunátomodenitrógeno? a)Nunca b)Siempre c)Solocuandoestáexcitado. d)Solocuandoelnitrógenoestáenestadolíquido. (O.Q.L.Asturias2012) Unorbitalatómicoesunaregióndel espaciocon unaciertaenergíaenla queexisteuna elevada probabilidad de encontrar un electrón y que viene descrito por una función matemáticallamadafuncióndeonda,Ψ.Estádefinidoportesnúmerocuánticos(n,lym ). Sisehabladeunorbital3pparaelnitrógenoquieredecirqueunodelossieteelectrones delnitrógenoincumpleelprincipiodemínimaenergíayseencontraríaeneseorbitalde mayorenergía,dandolugaraunestadoexcitado.Susnúmeroscuánticosserían: n=3(tercerniveldeenergía) l=1(subniveldeenergíap) m =1,0,–1(indistintamente,yaqueelsubnivelpestátriplementedegenerado,es decir,elsubnivelptiene3orbitalesdiferentesp ,p ,p ) m =½ Larespuestacorrectaeslac. 1.303.¿Cuáldelassiguientesespeciestieneelmismonúmerodeneutronesquedeelectrones? a) b) c) d) (O.Q.L.LaRioja2012) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 139 Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Uncatiónconcarga2+indicaqueelnúmerodeelectronesesdosunidadesinferioralde protones. Un anión con carga 1− indica que el número de electrones es una unidad superior al de protones. Elcromo(Cr)esunelementodelgrupo6y4ºperiodocuyaconfiguraciónelectrónicaes 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .Lasumadelossuperíndicesindicaquetiene24protones.El númerodeneutronesdelaespeciees(47–24)=23. Elestroncio(Sr)esunelementodelgrupo2y5ºperiodocuyaconfiguraciónelectrónica es1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s .Lasumadelossuperíndicesindicaquetiene38 protones.Elnúmerodeneutronesdelaespeciees(88–38)=50. El magnesio (Mg) es un elemento del grupo 2 y 3 periodo cuya configuración electrónicaes1s 2s 2p 3s .Lasumadelossuperíndicesindicaquetiene12protones. Elnúmerodeneutronesdelaespeciees(24–12)=12. Elcloro(Cl)esunelementodelgrupo17y3 periodocuyaconfiguraciónelectrónicaes 1s 2s 2p 3s 3p .Lasumadelossuperíndicesindicaquetiene17protones.Elnúmero deneutronesdelaespeciees(35–17)=18. En la siguiente tabla se indica el número de partículas de cada una de las especies propuestas: Protones Electrones Neutrones Laespecie 24 24 23 38 36 50 12 10 12 17 18 18 K 19 19 20 Cd 48 48 72 estáintegradapor18electronesy18neutrones. Larespuestacorrectaeslad. 1.304.¿Cuáldelassiguientesespeciestieneigualnúmeroprotones,electronesyneutronesen laproporción38:36:50? a) b) c) d) (O.Q.L.LaRioja2012) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elqueelnúmerodeelectronesseadosunidadesinferioraldeprotonesindicaquesetrata deuncatiónconcarga2+. Elestroncio(Sr)esunelementodelgrupo2y5ºperiodocuyaconfiguraciónelectrónicaes 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s . La suma de los superíndices indica que tiene 38 protones.Elnúmerodeneutronesdelaespeciees(88–38)=50. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Laespecie 140 estáintegradapor38protones,36electronesy50neutrones. Larespuestacorrectaeslab. 1.305.¿Quéconjuntodenúmeroscuánticos(l,m)podríanrepresentaraunelectrónsituadoen unorbital5f? a)(4,2) b)(5,3) c)(3,4) d)(3,0) (O.Q.L.Galicia2012) Aunelectrónqueseencuentreenunorbital5flecorrespondelasiguientecombinaciónde númeroscuánticos: n=5(quintoniveldeenergía) l=3(subniveldeenergíaf) m =3,2,1,0,–1,–2,–3(indistintamente,yaqueelsubniveldestáheptuplemente degenerado,esdecir,elsubnivelftiene7orbitalesdiferentes) m =½ Larespuestacorrectaeslad. 1.306. La primera energía de ionización del sodio es 495,9 kJ . ¿Cuál es la máxima longituddeondadelaradiaciónquepodríaarrancarunelectróndeunátomodesodio? a)2,41·10 m b)4,14m a)4,14·10 m d)2,41·10 m (Datos.h=6,626·10 Js;c=2,99·10 m ;L=6,022·10 ) (O.Q.L.Galicia2012) Laprimeraenergíadeionizacióndelsodio: 495,9 kJ 1mol 10 J =8,23·10 mol 6,022·10 enlaces 1kJ J DeacuerdoconlaecuacióndePlanck,lalongituddeondadelaradiaciónnecesariapara rompereseenlacees: λ= 6,626·10 J·s 2,99·10 m·s 8,23·10 J =2,41·10 m Larespuestacorrectaeslaa. 1.307.Dadoslossiguientesgruposdenúmeroscuánticos(n,l,m).Indicarquégrupoeselque estápermitido. a)(3,2,0) b)(2,3,0) c)(3,3,2) d)(2,–1,1) (O.Q.L.Madrid2012) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ 141 a)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. b)Prohibido.Sin=2,elvalordelsolopuedeser0o1. c)Prohibido.Sin=3,elvalordelsolopuedeser0,1o2. d)Prohibido.Elvalordelnuncapuedesernegativo. Larespuestacorrectaeslaa. 1.308. La energía de disociación del yodo es 240 kJ . ¿Cuál es la máxima longitud de ondadelaradiaciónquepuedeproducirladisociacióndelyodo? a)4,99·10 m b)49,7Å a)4,97·10 m d)497,2nm (Datos.h=6,626·10 Js;c=3·10 m ;L=6,022·10 ) (O.Q.L.Madrid2012)(O.Q.L.Madrid2013) Laenergíapararomperelenlacedeunamoléculadeyodoes: 240 kJ 1mol 10 J =3,99·10 mol 6,022·10 enlaces 1kJ J DeacuerdoconlaecuacióndePlanck,lalongituddeondadelaradiaciónnecesariapara rompereseenlacees: λ= 6,626·10 J·s 3·10 m·s 3,99·10 J 1nm 10 m =497,2nm Larespuestacorrectaeslad. (Cuestión similar a la propuesta en Madrid 2007 y en Madrid 2013 se cambian respuestas). 1.309. El número de electrones desapareados de un átomo de cromo en su estado fundamentales: a)2 b)3 c)5 d)6 (O.Q.L.Madrid2012) La estructura electrónica abreviada del Cr (Z = 24) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 142 Comoseobserva,elCrpresenta6electronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslad. 1.310.Dadaslassiguientescombinacionesdenúmeroscuánticos,lacorrectaes: a)2,1,–2,+½ b)7,3,3,–½ c)6,4,–1,–½ d)3,3,0,+½ e)0,0,0,+½ (O.Q.L.PreselecciónValencia2012) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ a)Incorrecta.Sil=1,elvalordemdebeser–1,0,1. b‐c)Correctas.Todoslosvaloresdelosnúmeroscuánticossoncorrectos. d)Incorrecta.Sin=3,elvalordeldebeser0,1o2. e)Incorrecta.Elnúmerocuánticoprincipalnnopuedevaler0. Lasrespuestascorrectassonbyc. 1.311.Lasconfiguracioneselectrónicasdelcromoydelcatión a)1 2 2 3 3 3 4 y1 2 2 3 3 3 4 b)1 2 2 3 3 3 4 y1 2 2 3 3 3 4 c)1 2 2 3 3 3 4 y1 2 2 3 3 3 4 d)1 2 2 3 3 3 4 y1 2 2 3 3 3 4 e)1 2 2 3 3 3 4 y1 2 2 3 3 3 4 son,respectivamente: (O.Q.L.Valencia2012)(O.Q.L.Galicia2013) El cromo es un elemento perteneciente al grupo 6 del sistema periódico, que está integradopor: Periodo 4 5 6 7 Elemento Cr Mo W Sg El cromo se encuentra en el grupo 6 y periodo 4, por lo que su estructura electrónica deberíaser1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s o,deformaabreviada,[Ar]4s 3d : 4s 3d Aunquealdesaparearelelectróndelorbital4sypromocionarloalorbital3dseincumple el Principio de Mínima Energía que dice que: “los electrones van ocupando los orbitales según energías crecientes, pero de acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund que dice que: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentranlomásseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”,seconsigue o, de forma abreviada, una nueva estructura electrónica [Ar] : CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4s 143 3d que presenta ambos orbitales 4s y 3d, semillenos, con 6 electrones desapareados, con menosenergíayporellomásestable. se eliminan los dos electrones más Para obtener la estructura electrónica del ion externos, uno del orbital 4s y otro del 3d quedando la siguiente estructura electrónica: o,deformaabreviada,[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslab. (EnlacuestiónpropuestaenGalicia2013solosepreguntaelCr ). 1.312. De las siguientes proposiciones, referentes a la teoría de Bohr para el átomo de hidrógeno,señalalaqueconsiderescorrecta: a)Lasórbitasdelelectrónsoncircularesypuedentenercualquierradio. b)Cuandounelectrónsemuevealrededordelnúcleo,lohaceemitendoenergía. c) El electrón puede tener cualquier energía. La diferencia entre dos niveles energéticos es siempreconstante. d)Paraqueunelectrónpasedeunaórbitaaotrahadeabsorberoemitirenergía. (O.Q.L.Baleares2012) a)Falso.EnelátomodeBohrsoloexistenórbitascircularesllamadas“estacionarias”enlas quesecumplelacondición: m=masadelelectró n v=velocidaddelelectró n h mvr=n r=radiodelaó rbita 2π h=constantedePlanck n=nºcuá nticoprincipal Enelátomodehidrógeno,elnúcleoatraealelectrónconunafuerzacentralelectrostática de forma que el electrón gira en una órbita circular sin emitir energía (órbita estacionaria). b)Falso.Deacuerdoconel2ºpostuladodeBohr,enlasórbitas“estacionarias”elelectrón giraentornoalnúcleosinemitirenergía. c)Falso.LaenergíadelelectrónenelátomodeBohrestácuantizadaysuvalordepende exclusivamentedelnúmerocuánticoprincipalnquesolopuedetomarvaloresdenúmeros enteros.Además,ladiferenciadeenergíaentredosnivelesconsecutivosnoesconstante yaquelaenergíadeunnivelestádeacuerdoconlaexpresión: E=– k n2 d)Verdadero.Cuandoloselectronespasanaunaórbitasuperiorgananenergíaycuando laemitencaenaunaórbitainferior. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 144 1.313.Enelátomodehidrógenolosorbitales3s,3py3dtienen: a)Diferenteenergía. b)Lamismaenergía. c)Elhidrógenonotieneorbitales3s,3py3d. d)3sy3ptienenlamismaenergía,pero3dno. (O.Q.L.Baleares2012) El Principio Principio de Mínima Energía que dice que: “los electrones van ocupando los orbitalessegúnenergíascrecientes.Portanto,todoslosorbitalestienendiferenteenergía. Larespuestacorrectaeslaa. 1.314.Consideraelsiguientediagramadenivelesdeenergíaparaelátomodehidrógeno: Latransiciónenlaqueseemiteunaluzcon mayorlongituddeondaes: a)n=4n=3 b)n=4n=2 c)n=4n=1 d)n=3n=2 e)n=2n=1 (O.Q.N.Alicante2013) Bohr, con su modelo atómico obtiene una ecuación que explica satisfactoriamente la posicióndelasrayasenelespectrodelhidrógeno.Cadarayasecorrespondeconunsalto electrónico. Combinandolassiguientesecuaciones: 1 =R λ 1 1 n n ΔE= ΔE=hcR hc λ 1 1 n n La mayor longitud de onda le corresponde al salto que sea menos energético, es decir, aquélquepresenteunvalormáspequeñode: 1 1 n n yportanto,mayoresvaloresparan yn .Setratadelsaltodesde =4 =3. Larespuestacorrectaeslaa. 1.315.Laluzverdetieneunalongituddeondade550nm.Laenergíadeunfotóndeluzverde es: a)3,64·10 J b)2,17·10 J c)3,61·10 J d)1,09·10 J e)5,45·10 J (Datos.h=6,626·10 J·s;c=3,0·10 m ) (O.Q.N.Alicante2013)(O.Q.L.PreselecciónValencia2014) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 145 Laenergíaasociadaaunfotónpuedecalcularsepormediodelaecuación: E= h·c λ Elvalordelaenergíaes: E= 6,626·10 J·s 3,0·10 m·s 550nm 1nm 10 m =3,61·10 J Larespuestacorrectaeslac. (CuestiónsimilaralapropuestaenÁvila2009). 1.316.¿Cuántosorbitalesftienenelvalorn=3? a)0 b)3 c)5 d)7 e)1 (O.Q.N.Alicante2013)(O.Q.L.Cantabria2014) Losvaloresposiblesdelosnúmeroscuánticosson: n=1,2,3,4,….,∞ 0→orbitals 1→orbitalp l=0,1,2,3,….(n1)l= 2→orbitald 3→orbitalf 4→orbitalg m =0,±1,±2,±3,…±l m =±½ Sielvalordelnúmerocuánticon=3,entonceslosvaloresposiblesdedelnúmerocuántico lson0(orbitals),1(orbitalesp)y2(orbitalesd). Paraesevalorden,noesposiblelaexistenciadeorbitalesf. Larespuestacorrectaeslaa. 1.317.LasconfiguracioneselectrónicasdelCu(Z=29)ensuestadofundamentalydel son,respectivamente: a)[Ar]4 3 y[Ar]4 3 b)[Ar]4 3 y[Ar]3 c)[Ar]4 3 y[Ar]3 d)[Ar]4 3 y[Ar]4 3 e)[Ar]4 3 y[Ar]4 3 (O.Q.N.Alicante2013)(O.Q.L.Valencia2013) El cobre es un elemento perteneciente al grupo 11 del sistema periódico, que está integradopor: Periodo 4 5 6 7 Elemento Cu Ag Au Rg El cobre se encuentra en el grupo 11 y periodo 4, por lo que su estructura electrónica deberíaser1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s o,deformaabreviada,[Ar]4s 3d : CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4s 146 3d Aunquealdesaparearelelectróndelorbital4sypromocionarloalorbital3dseincumple el Principio de Mínima Energía que dice que: “los electrones van ocupando los orbitales según energías crecientes, pero de acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund que dice que: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentranlomásseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”,seconsigue o, de forma abreviada, una nueva estructura electrónica [Ar] : 4s 3d quepresentaelorbital4ssemilleno,con1electróndesapareado,conmenosenergíaypor ellomásestable. Para obtener la estructura electrónica del ion se eliminan los dos electrones más externos, uno del orbital 4s y otro del 3d quedando la siguiente estructura electrónica: o,deformaabreviada,[Ar] : 4s 3d Larespuestacorrectaeslac. 1.318.Lainvestigacióndelespectrodeabsorcióndeundeterminadoelemento,muestraqueun fotónconunalongituddeondade500nmproporcionalaenergíaparahacersaltarunelectrón desdeelsegundonivelcuánticohastaeltercero.Deestainformaciónsepuedededucir: a)Laenergíadelniveln=2. b)Laenergíadelniveln=3. c)Lasumadelasenergíasdelosnivelesn=2yn=3. d)Ladiferenciadelasenergíasentrelosnivelesn=2yn=3. e)Todaslasanteriores. (O.Q.N.Alicante2013)(O.Q.L.Valencia2013) Bohr, con su modelo atómico obtiene una ecuación que explica satisfactoriamente la posicióndelasrayasenelespectrodelhidrógeno.Cadarayasecorrespondeconunsalto electrónicoycuandosequiereestudiarestesaltoparaotroelementobastaconcambiarel valordelaconstanteR . Combinandolassiguientesecuaciones: 1 1 n n 1 =R λ ΔE= ΔE=hcR hc λ 1 1 n n Como se observa, el valor la longitud de onda del fotón proporciona la diferencia de energíaentrelosnivelescuánticosentrelosquesaltaelelectrón. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 147 1.319. El nitrógeno tiene 5 electrones de valencia. Dadas las siguientes distribuciones electrónicas,laquecorrespondealestadofundamentaldelion es: 2s2p a) b) c) d) e) (O.Q.L.Valencia2013) a‐b‐c‐d) Incorrecto. Las estructuras electrónicas dadas solo tienen cinco electrones y mientrasqueelionN tieneseis. e)Correcto.LaestructuraelectrónicacorrespondealestadofundamentaldelN yaque tieneseiselectrones ysecumpleel Principiode MáximaMultiplicidaddeHundquedice que: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”. Larespuestacorrectaeslae. 1.320.¿Cuántoselectronesdeunátomopuedentenerlosnúmeroscuánticosn=3yl=2? a)2 b)5 c)10 d)18 e)6 (O.Q.L.Valencia2013)(O.Q.L.PreselecciónValencia2014) Sielnúmerocuánticon=3indicaquesetratadelsegundoniveldeenergía. Sielnúmerocuánticol=2indicaquesetratadeunsubniveldeenergíad. Sielnúmerocuánticol=2,losvaloresposiblesdelnúmerocuánticomagnéticom,son0, 1, –1, 2 y –2, lo que indica que el subnivel de energía d se encuentra quintuplemente degeneradooloqueeslomismoqueenestesubnivelhay5orbitales3dconidénticovalor delaenergía. Como elnúmerocuánticossolopuedetenerlosvalores +½y–½,quieredecirqueen cada orbital caben dos electrones con espines opuestos. Por tanto, el número total de electronesquecabenenelsubnivel3des10. Larespuestacorrectaeslac. 1.321.Laconfiguraciónelectrónicadel a)1 2 2 3 3 3 b)1 2 2 3 3 4 3 c)1 2 2 3 3 4 3 d)1 2 2 3 3 4 3 (Z=30)es: (O.Q.L.LaRioja2013) Elcincesunelementopertenecientealgrupo12delsistemaperiódico,queestáintegrado por: Periodo Elemento 4 Zn 5 Cd 6 Hg 7 Cn CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 148 El cinc se encuentra en el grupo 12 y periodo 4, por lo que su estructura electrónica deberíaser1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d o,deformaabreviada,[Ar]4s 3d . ElZn pierdelosdoselectronesmásalejadosdelnúcleoqueseencuentranenelorbital 4sysuconfiguraciónelectrónicaes . Larespuestacorrectaeslaa. 1.322.Elnúmerototaldeprotones,neutronesyelectronesdelion a)15protones,15neutronesy16electrones b)15protones,16neutronesy16electrones c)31protones,15neutronesy16electrones d)15protones,15neutronesy15electrones es: (O.Q.L.LaRioja2013) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Elfósforoesunelementoquepertenecealgrupo15yperiodo3delsistemaperiódico,por lo que su estructura electrónica es 1s 2s 2p 3s 3p . Sumando los superíndices se observaquetiene15electronesyportanto,15protonesy(31–15)=16neutrones.Como laespecie P ,estácargadanegativamente,significaquetieneunelectróndemásensu últimacapa,esdecir,16electrones. Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenOviedo2002). 1.323.Dadoslossiguientesgruposvaloresdenúmeroscuánticos,indicarcuáleselcorrecto: a)3,2,–2,0 b)4,0,1,+½ c)2,1,–1,–½ d)2,–1,0,–½ (O.Q.L.Galicia2013) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ a)Incorrecta.Elvalordessolopuedeser±½. b)Incorrecta.Sil=0,elvalordemdebeser0. c)Correcta.Todoslosvaloresdelosnúmeroscuánticossoncorrectos. d)Incorrecta.Elvalordelnuncapuedesernegativo. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 149 1.324.Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta: a)Unelementoesunasustanciaenlaquetodoslosátomostienenelmismonúmeroatómico. b)Unelementoesunasustanciaenlaquetodoslosátomostienenelmismonúmeromásico. c)Dosisótoposdeunelementosediferencianenelnúmeroatómico. d)Dosisótoposdeunelementosediferencianenelnúmerodeelectrones. (O.Q.L.CastillayLeón2013) a) Verdadero. Los elementos se caracterizan por su número atómico, por lo que están formadosporátomosquetienenidénticonúmeroatómico. b)Falso.Loselementossecaracterizanporsunúmeroatómico,porloqueestánformados por átomos que tienen idéntico número atómico pero si el elemento presenta isótopos tienendiferentenúmeromásico. c‐d) Falso. Los isótopos son átomos de un mismo elemento igual número atómico Z (protonesyelectrones)ydiferentenúmeromásicoA(diferentenúmerodeneutrones). Larespuestacorrectaeslaa. 1.325.¿Cuálserálaprimeracapaquecontengaunasubcapag? a)Laquetengaunnúmerocuánticoprincipaln=3 b)Laquetengaunnúmerocuánticoprincipaln=4 c)Laquetengaunnúmerocuánticoprincipaln=5 d)Laquetengaunnúmerocuánticoprincipaln=6 (O.Q.L.CastillayLeón2013) Los diferentes valores de los números cuánticos n y l, indican el tipo de subnivel o subcapa: n=1,2,3,4,….,∞ 0→subcapas(n=1) 1→subcapap(n=2) l=0,1,2,3,….(n1)l= 2→subcapad(n=3) 3→subcapaf(n=4) 4→subcapag(n=5) Larespuestacorrectaeslac. 1.326. El número máximo de electrones que pueden existir en el subnivel p, en el segundo nivelenergéticoyenelsubnivelfson,respectivamente: a)6,8y10 b)2,6y8 c)6,8y14 d)8,10y14 (O.Q.L.CastillayLeón2013) Elnúmerodeelectronesqueexistenenunniveldeenergíavienedadoporlaexpresión 2n2 .Paraelniveln=2elnúmerodeelectroneses8. El subnivel de energía p está triplemente degenerado, es decir, está integrado por tres orbitales atómicos, y como en cada uno de ellos caben dos electrones, el número de electronesdelsubnivelpes6. El subnivel de energía f está heptuplemente degenerado, es decir, está integrado por sieteorbitalesatómicos,ycomoencadaunodeelloscabendoselectrones,elnúmerode electronesdelsubnivelfes14. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 150 Larespuestacorrectaeslac. 1.327.Delossiguientesátomoseiones a) , yNe b) y c) ,AryK d)NeyAr , , ,K,NeyAr,señalelosisoelectrónicos: (O.Q.L.Asturias2013) Especiesisoelectrónicassonaquellasquetienenidénticaestructuraelectrónica. El elemento con símbolo N es el nitrógeno y pertenece al grupo 15 y periodo 2 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . Laconfiguraciónelectrónicadelion capamásexterna. es[He] yaquecapta3electronesensu El elemento con símbolo Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . Laconfiguraciónelectrónicadelion capamásexterna. es[He] yaquecede2electronesdesu ElelementoconsímboloCleselcloroypertenecealgrupo17yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . Laconfiguraciónelectrónicadelion másexterna. es[Ne] yaquecapta1electrónensucapa ElelementoconsímboloKeselpotasioypertenecealgrupo1yperiodo4delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s . ElelementoconsímboloAreselargónypertenecealgrupo18yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne] . ElelementoconsímboloNeeselneónypertenecealgrupo18yperiodo2delsistema . periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He] , y Haydosgruposdeespeciesisoelectrónicas y Nohayningunarespuestacorrecta. 1.328.Enunátomoelnúmerodeelectronesconlanotación(2,1,2,+½)será: a)Seiselectrones b)Doselectrones c)Unelectrón d)Ningúnelectrón (O.Q.L.Asturias2013) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=‐l,…,0,…,+l s=±½ Lacombinaciónpropuestaesincorrectayaquesil=1,elvalordemdebeser0o1. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 151 Larespuestacorrectaeslad. 1.329. En unas determinadas condiciones, un elemento X tiene la estructura electrónica 1 2 2 4 .Indiquequéafirmaciónescorrecta: a)Xesunelementodelgrupo15. b)Xseencuentraenelestadofundamental. c)Losnúmeroscuánticosdelelectrónmásexternoson(4,1,0,+½). d)Estaconfiguraciónnoesposible. (O.Q.L.Asturias2013) a) Falso. Tiene un único electrón en su capa más externa lo que indica que pertenece al grupo1. b)Falso.Eseátomoseencuentraenunestadoexcitado,yaqueseincumpleelPrincipiode MínimaEnergíaalocuparseanteselsubnivel4pqueel3ssiendolaestructuraelectrónica enelestadofundamental: 1s 2s 2p 3s c)Verdadero.Comoelelectrónmásexternoseencuentraenelorbital4p,losvaloresde los números cuánticos son n = 4, (se encuentra en el cuarto nivel de energía); l = 1, (se encuentraenunorbitals).Elrestodelosvaloressonadecuadosparaeseelectrón. d)Falso.Estaconfiguraciónsíesposibleparaunelectrónqueseencuentreenunestado excitado. Larespuestacorrectaeslac. 1.330. ¿Cuántos electrones poseen los átomos de argón (Ar), de número atómico 18, en su capaoniveldeenergíamásexterno? a)2electrones b)6electrones c)8electrones d)18electrones (O.Q.L.Extremadura2013) LaestructuraelectrónicaabreviadadelAr(Z=18)enelestadofundamentales[Ne]3s 3p ,portanto,tiene8electronesensuniveldeenergíamásexterno. Larespuestacorrectaeslac. 1.331.¿QuétienenencomúnlasconfiguracioneselectrónicasdelosátomosdeLi,Na,KyRb? a)Queposeenunsoloelectrónensucapaonivelmásexterno. b)Queposeenelmismonúmerodecapasonivelesocupadosporelectrones. c)Quetienencompletoelsubnivelsmásexterno. d)Susconfiguracioneselectrónicassonmuydiferentesynotienennadaencomún. (O.Q.L.Extremadura2013) a)Verdadero.Loselementosdadossonmetalesalcalinosquepertenecenalgrupo1del sistema periódico. Se caracterizan por tener un único electrón en su capa más externa alojadoenelorbitals. b) Falso. Los elementos dados poseen el mismo número de electrones en su capa más externaperosediferencianenelnúmerodecapaselectrónicasqueposeen. c)Falso.Loselementosdadostienenunúnicoelectrónenelsubnivels,loselementosque poseenelsubnivelscompletosonlosmetalesalcalinotérreosquepertenecenalgrupo2. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 152 d)Falso.Lapropuestaesabsurda. Larespuestacorrectaeslaa. 1.332.¿Aquéelementoquímico,representaríaelconjuntodenúmeroscuánticos:n=4;l=1 y =0;deunelectróndevalenciadeunátomoensuestadofundamental? a)Fe b)In c)Pd d)Se (O.Q.L.Madrid2013) Un elemento cuyo electrón electrón de valencia posea el siguiente conjunto de números cuánticos: n=4(debeperteneceralcuartoperiodooniveldeenergía) l=1(setratadelsubnivelp) m=0(setratadeunodelostresorbitalesp) Las configuraciones electrónicas abreviadas en el estado fundamental de los elementos propuestosson: Fe[Ar]4s 3d In[Kr]5s 4d 5p Pd[Kr]5s 4d Se[Ar] Elelementoquecumplelaspropuestasdadaseselselenio. Larespuestacorrectaeslad. 1.333. El número de electrones desapareados en un ion fundamentales: a)0 b)3 c)5 d)7 e)9 (Z = 27) en su estado (O.Q.L.Cantabria2013) La estructura electrónica abreviada del Co (Z = 27) es [Ar] 4s 3d . De acuerdo con el PrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 153 ElCo pierdelosdoselectronesmásalejadosdelnúcleo,queseencuentraenelorbital : 4s,ysuestructuraelectrónicaes[Ar] 4s 3d Comoseobserva,elCo presenta3electronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenÁvila2009). 1.334.¿Cuáldelassiguientesespeciesquímicasnoesparamagnética? a)ÁtomosdeNa b)Iones c)ÁtomosdeCl d)ÁtomosdeN e)ÁtomosdeO (O.Q.L.Cantabria2013) Una especie química que presenta electrones desapareados es paramagnética y si no los tieneesdiamagnética. a) Falso. El elemento cuyo símbolo es Na es el sodio cuya configuración electrónica abreviadaes[Ne]3s .Ladistribucióndeloselectronesenelorbital3ses: 3s Presentaunelectróndesapareado,portanto,esunaespecieparamagnética. b)Verdadero.ElelementocuyosímboloesBreselbromocuyaconfiguraciónelectrónica abreviadaes[Ar]3d 4s 4p .LaconfiguraciónelectrónicadelionBr es[Ar]3d 4s 4p yaquegana1electrónensucapamásexterna.Ladistribucióndeloselectronesenlos orbitales4sy4pes: 4s 4p Nopresentaelectronesdesapareados,portanto,noesunaespecieparamagnética. c) Falso. El elemento cuyo símbolo es Cl es el cloro cuya configuración electrónica abreviadaes[Ne]3s 3p .Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Presentaunelectróndesapareado,portanto,esunaespecieparamagnética. d) Falso. El elemento cuyo símbolo es N es el nitrógeno cuya configuración electrónica abreviadaes[He]2s 2p .Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales2sy2pes: 2s 2p Presentatreselectronesdesapareados,portanto,esunaespecieparamagnética. d) Falso. El elemento cuyo símbolo es O es el oxígeno cuya configuración electrónica abreviadaes[He]2s 2p .Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales2sy2pes: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 2s 2p 154 Presentadoselectronesdesapareados,portanto,esunaespecieparamagnética.. Larespuestacorrectaeslab. 1.335.Quétienenencomúnlassiguientesespeciesquímicas: a)Estánelmismoperiodo. b)Elmismonúmerodeprotones. c)Elmismonúmerodeneutrones. d)Elmismonúmerodeelectrones. d)Elmismonúmerodeprotonesmáselectrones. (O.Q.L.Cantabria2013) ElelementoconsímboloNeeselneónypertenecealgrupo18yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . Comosunúmeroatómicoes10tieneesenúmerodeprotonesydeelectrones;ycomosu númeromásicoes20,tiene(20–10)=10neutrones. El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . Comosunúmeroatómicoes9tieneesenúmerodeprotones,perocomotratadeunion con una carga negativa, F , tiene un electrón más, 10; y como su número másico es 19, tiene(19–9)=10neutrones. El elemento con símbolo Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . Comosunúmeroatómicoes12tieneesenúmerodeprotones,perocomotratadeunion condoscargaspositivas,Mg ,tienedoselectronesmenos,10;ycomosunúmeromásico es24,tiene(24–12)=12neutrones. Setratadeespeciesisoelectrónicas. Larespuestacorrectaeslad. 1.336.Cuandoenelátomodehidrógenoseproducelatransiciónelectrónican=4n=2: a)Seabsorbeenergía. b)Seemiteenergía. c)Noseabsorbeniseemiteenergía. d)Enelátomodehidrógenonohaynivelesn=4nin=2. e)Loselectronesnopuedencambiardeorbitalesenunátomo. (O.Q.N.Oviedo2014) Laenergíaasociadaaunatransiciónelectrónicasecalculamediantelaexpresión: ΔE=1316 1 1 n n Laenergíaaociadaalatransiciónelectrónica42es: ΔE24 =1316 1 1 =‐247kJ mol 4 2 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 155 ComoΔE<0setratadeunsaltoelectrónicoenelqueseemiteenergía. Larespuestacorrectaeslab. 1.337.Laenergíadelestado(n,l,m)delátomodehidrógenoenunasciertasunidadeses: 1 =– 2 Enestasunidades,laenergíanecesariaparaproducirlatransición2p3des: a)0 b)1/2 c)1/8 d)5/72 e)5/90 (O.Q.N.Oviedo2014) Laenergíaasociadaaesatransiciónelectrónicaes: E =– 1 1 2 =– 8 2·2 1 1 E =– 2 =– 18 2·3 ΔE = Larespuestacorrectaeslad. 1.338.Delossiguientesátomos: Fe:[Ar]3 4 ;Ca:[Ar]4 ;Cu:[Ar]3 4 ;Zn:[Ar]3 losquepresentancomportamientoparamagnéticoson: a)CayZn b)CuyPd c)FeyCu d)FeyZn e)ZnyPd 4 ;Pd:[Ar]4 (O.Q.N.Oviedo2014) Unaespeciequímicaesparamagnéticasipresentaelectronesdesapareados. Hierro (Fe). De acuerdo con el principio de máxima multiplicidad de Hund, la distribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d Como se observa, presenta cuatro electrones desapareados, por tanto, sí es un átomo paramagnético. Calcio(Ca).DeacuerdoconelprincipiodemáximamultiplicidaddeHund,ladistribución deloselectronesenelorbital4ses: 4s Como se observa, no tiene electrones desapareados, por tanto, no es un átomo paramagnético. Cobre(Cu).DeacuerdoconelprincipiodemáximamultiplicidaddeHund,ladistribución deloselectronesenlosorbitales4sy3des: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4s 3d 156 Como se observa, presenta un electrón desapareado, por tanto, sí es un átomo paramagnético. Cinc(Zn).DeacuerdoconelprincipiodemáximamultiplicidaddeHund,ladistribución deloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d Como se observa, no tiene electrones desapareados, por tanto, no es un átomo paramagnético. Paladio (Pd). De acuerdo con el principio de máxima multiplicidad de Hund, la distribucióndeloselectronesenelorbital4des: 4d Como se observa, no tiene electrones desapareados, por tanto, no es un átomo paramagnético. Larespuestacorrectaeslac. 1.339.Lalongituddeondadelaluzemitidacuandounelectróndeunátomodehidrógeno excitadocaedesdeelnivelcuánticon=5hastaelniveln=2es: a)5,12·10 m b)4,34·10 m c)6,50·10 m a)5,82·10 m e)Ningunadeellas. (Datos. =1,097·10 ) (O.Q.L.PreselecciónValencia2014) LaecuacióndelmodelodeBohrquepermitecalcularlalongituddeondacorrespondiente aunalíneaespectralasociadaaunsaltoelectrónicoes: 1 =R λ 1 1 n n Sustituyendo: 1 =1,097·10 m λ 1 1 =2,304·10 m λ=4,34·10 5 2 m Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenMadrid2006). 1.340. ¿Cuál de estos conjuntos de números cuánticos (n, l, últimoelectróndelgalio? a)3,2,1,–½ b)4,1,0,+½ c)4,1,2,+½ d)3,1,–1,–½ , ) puede corresponder al (O.Q.L.CastillayLeón2014) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 157 El galio es un elemento perteneciente al grupo 13 y periodo 4 del sistema periódico. Le correspondeunaestructuraelectrónicaabreviada[Ar]3d 4s 4p .Deacuerdoconella, losvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdesuelectrónmásexternoson: n=4(seencuentraenel4ºperiodooniveldeenergía) l=1(setratadelsubnivelp) m=+1,0,–1(setratadeunorbitalp) s=±½(segúncuálseaelspíndelelectrón) Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenAlmería1999). 1.341.Elnúmerodeneutronesdelnúcleodeunátomode a)94 b)239 c)145 d)333 es: (O.Q.L.CastillayLeón2014) Elnúmerodeneutronesdeunátomovienedadoporladiferenciaentreelnúmeromásico yelnúmeroatómico.Enestecaso,(239–94)=146. Larespuestacorrectaeslac. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón2007). 1.342. Solo una de las siguientes combinaciones de números cuánticos es posible para un electrón: a)n=3,l=3, =0 b)n=3,l=0, =–2 c)n=6,l=2, =+3 d)n=3,l=2, =+1 (O.Q.L.Murcia2014) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m =‐l,…,0,…,+l a)Prohibida.Sin=3,elvalordeldebeser0,1o2. b)Prohibida.Elvalordem debeser0. c)Prohibida.Elvalordem debeser0,±1,±2. d)Posible.Todoslosvaloresdelosnúmeroscuánticossoncorrectos. Larespuestacorrectaeslad. 1.343.¿Cuáldelasconfiguracioneselectrónicassiguientescorrespondeaunátomoenestado excitado? a)1 2 2 3 3 b)1 2 2 3 3 4 c)1 2 2 3 3 d)1 2 2 3 (O.Q.L.Murcia2014) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 158 a)Falso.SetratadeunestadoprohibidoyaquedeacuerdoconelPrincipiodeExclusión de Pauli, en un orbital pueden existir, como máximo, dos electrones con los spines opuestos.Enlaconfiguraciónpropuestaenunodelosorbitales3phaytreselectrones. b) Verdadero. Se trata de un estado excitado ya que de acuerdo con el Principio de MínimaEnergía,sedeberíahabercompletadoelsubnivel3pantesdeocuparel4s. c‐d)Falso.SetratadeunestadoprohibidoyaquedeacuerdoconelPrincipiodeExclusión de Pauli, en un orbital pueden existir, como máximo, dos electrones con los spines opuestos.Enlaconfiguraciónpropuestaenelorbital3shaytreselectrones. Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenMurcia2000). 1.344.¿Cuáldelossiguientessímbolosdeisótopospuedesercorrecto? a) b) c) d) (O.Q.L.Murcia2014) a)Incorrecto.Laconfiguraciónelectrónicaabreviadadelníquel(Ni)es[Ar]4s 3d ,porlo quesunúmeroatómicoesZ=18+2+8=28. b)Incorrecto.Laconfiguraciónelectrónicaabreviadadelhierro(Fe)es[Ar]4s 3d ,porlo quesunúmeroatómicoesZ=18+2+6=26.Además,eseisótopotienedenúmeromásico A = 50, lo que indica que tiene (50 – 26) = 24 neutrones, y siempre debe cumplirse que p/n>1. c) Incorrecto. La configuración electrónica abreviada del germanio (Ge) es [Ar] 4s 3d 4p ,porloquesunúmeroatómicoesZ=18+2+10+4=32. d)Incorrecto.Elnúmeroatómiconuncapuedesermayorqueelnúmeromásico. Ningunarespuestaescorrecta. 1.345.¿Cuáldelassiguientessecuenciasqueindicanelnúmerodeelectronesdesapareados enelestadofundamentaldeBe,Cr,N,Arescorrecta? a)(0,5,30) b)(0,4,3,0) c)(0,5,2,0) d)(0,6,3,0) (O.Q.L.Baleares2014) ElelementodesímboloBeeselberiliocuyaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He] 2s .Ladistribucióndeloselectronesenelorbital2ses: 2s Nopresentaelectronesdesapareados. ElelementodesímboloCreselcromocuyaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar] 4s 3d .Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 159 Presenta6electronesdesapareados. El elemento de símbolo N es el nitrógeno cuya configuración electrónica abreviada es [He]2s 2p .Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales2sy2pes: 2s 2p Presenta3electronesdesapareados. ElelementodesímboloAreselargóncuyaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne] 3s 3p .Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Nopresentaelectronesdesapareados. Larespuestacorrectaeslad. 1.346.Laconfiguraciónelectrónica: 1 2 2 3 3 3 4 4 nopuedecorresponderalasiguienteespeciequímica: a) b) c) d) (O.Q.L.LaRioja2014) a) Falso. El elemento cuyo símbolo es Br es el bromo cuya configuración electrónica abreviadaes[Ar]3s 3p 3d 4s 4p . La configuración electrónica del ion Br es [Ar] 3s 3p 3d 4s 4p ya que gana un electrónycompletaelorbital4p.Estaconfiguraciónelectrónicacoincideconlapropuesta. b)Verdadero.ElelementocuyosímboloesSeeselseleniocuyaconfiguraciónelectrónica abreviadaes[Ar]3s 3p 3d 4s 4p . LaconfiguraciónelectrónicadelionSe es[Ar]3s 3p 3d 4s 4p yaquepierdedos electrones externos del orbital 4p. Esta configuración electrónica no coincide con la propuesta. c) Falso. El elemento cuyo símbolo es Kr es el kriptón cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] 3s 3p 3d 4s 4p . Esta configuración electrónica coincide con la propuesta. d) Falso. El elemento cuyo símbolo es Rb es el rubidio cuya configuración electrónica abreviadaes[Kr]5s . La configuración electrónica del ion Rb es [Ar] 3s 3p 3d 4s 4p ya que pierde el electrón más externo del orbital 5s. Esta configuración electrónica coincide con la propuesta. Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón1997,LaRioja2004yotras). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 160 1.347. Indica cuál de los siguientes conjuntos de números cuánticos representa una delas solucionesparalaecuacióndeondadelelátomodehidrógeno: a)2,0,–1,½ b)4,2,0,½ c)3,4,0,–½ d)3,1,2,–½ (O.Q.L.LaRioja2014) Deacuerdoconlosvaloresquepuedentomarlosnúmeroscuánticosdeunelectrón: n=1,2,3,…,∞ l=0,1,2,…,(n–1) m=–l,…,0,…,+l s=±½ a)Prohibido.Sil=0,elvalordemdebeser0. b)Permitido.Todoslosnúmeroscuánticostienenlosvaloresadecuados. c)Prohibido.Elvalorden=3,elvalordel=0,1o2. d)Prohibido.Sil=1,elvalordemsolopuedeser–1,0,1. Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenCiudadReal1997). 1.348.Laenergíaparaeltránsitodeunelectrónden=4an=2enlaseriedeBalmeres: a)3,40eV b)–3,40eV c)–2,55eV d)–1,51eV e)1,51eV (O.Q.L.Galicia2014) Laenergía,eneV,asociadaaunatransiciónelectrónicasecalculamediantelaexpresión: ΔE=13,6 1 1 n n Por tratarse de un salto electrónico desde un nivel de energía superior a un nivel de energíainferiorseemiteenergía,portanto,elsignodebesernegativo. Sustituyendo: ΔE42 =13,6 1 1 =–2,55eV 4 2 Larespuestacorrectaeslac. 1.349.¿Aquéelementoquímico,representaríaelconjuntodenúmeroscuánticos:n=5;l=1 y =0;deunelectróndevalenciadeunátomoensuestadofundamental? a)Ag b)In c)Pb d)Te e)Po (O.Q.L.Galicia2014) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 161 Un elemento cuyo electrón electrón de valencia posea el siguiente conjunto de números cuánticos: n=5(debeperteneceralcuartoperiodooniveldeenergía) l=1(setratadelsubnivelp) m=0(setratadeunodelostresorbitalesp) Las configuraciones electrónicas abreviadas en el estado fundamental de los elementos propuestosson: Ag[Kr]5s 4d In[Kr]5s 4d 5p Pb[Xe]4f 6s 5d 6p Te[Kr] Po[Xe]4f 5d 6s 6p Elelementoquecumplelaspropuestasdadaseseltelurio. Larespuestacorrectaeslad. (CuestiónsimilaralapropuestaenMadrid2013). 1.350.Delossiguientesátomosneutrosyenestadofundamental,señalaelquetengasmás electronesdesapareados: a)X(Z=5) b)R(Z=16) c)X(Z=20) D)T(Z=35) (O.Q.L.Asturias2014) a) Falso. El elemento cuyo símbolo es X y número atómico 5 tiene la siguiente configuraciónelectrónicaabreviada,[He]2s 2p .Deacuerdoconelprincipiodemáxima multiplicidaddeHund,ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: 2s 2p Comoseobserva,tieneunelectróndesapareado. b) Verdadero. El elemento cuyo símbolo es R y número atómico 16 tiene la siguiente configuraciónelectrónicaabreviada,[Ne]3s 3p .Deacuerdoconelprincipiodemáxima multiplicidaddeHund,ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Comoseobserva,tienedoselectronesdesapareados. c) Falso. El elemento cuyo símbolo es X y número atómico 20 tiene la siguiente configuración electrónica abreviada, [Ar] 4s . De acuerdo con el principio de máxima multiplicidaddeHund,ladistribucióndeloselectronesenelorbital4ses: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 162 4s Comoseobserva,notieneelectronesdesapareados. d) Falso. El elemento cuyo símbolo es T y número atómico 35 tiene la siguiente configuración electrónica abreviada, [Ar] 4s 3d 4p . De acuerdo con el principio de máximamultiplicidaddeHund,ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy3des: 4s 3d 4p Comoseobserva,presentaunelectrónesdesapareado. Larespuestacorrectaeslab. 1.351.Uniontiene37protones,48neutronesy36electrones,larepresentacióncorrectaes: a) b) c) d) (O.Q.L.Asturias2014) Deacuerdoconlosconceptosde: Númeroatómicoindicaelnúmerodeprotonesodeelectronesdeunátomoneutro. Númeromásicoindicaelnúmerodeprotones+neutronesdeunátomo. Sitiene37protonessunúmeroatómicodebeser37. Tambiéndeberíatener37electrones,peroaltener36debeestarcargadopositivamente. Sitiene45neutrones,sunúmeromásicoes(37+48)=85. Setratadelaespecie . Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenLuarca2005). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 163 2.PROBLEMASdeESTRUCTURAATÓMICA 2.1. De acuerdo con el modelo atómico de Bohr, la energía de los diferentes niveles electrónicosdelosátomoshidrogenoides(unátomohidrogenoideesaquelqueposeeunsolo electrón,comoporejemploel ,el ,etc.)vienedada,eneV,por =–13,6 / dondeZrepresentaelnúmerodeprotonesdelnúcleo. Suponga las especies hidrogenoides y , y que ambas se encuentran en su estado electrónicofundamental.SegúnelmodelodeBohr: a)¿Encuáldeellasgiraríaelelectrónmásrápidamente? b)¿Cuálseríalarelaciónentrelasvelocidadesdeamboselectrones? c)¿Cuáldelosdoselectronesdescribiráórbitasmáspróximasalnúcleo? (Murcia1997) a)EnelmodelodeBohr: mv 2 1 Ze2 = 4πε0 r 2 r mvr=n h 2π v= Ze2 1 2hε0 n 2 r= h ε0 2 n Zπme2 Paraambasespeciesn=1,luegolavelocidadconlaquegiraelelectrónesdirectamente proporcionalalvalordeZ,luegogiramásrápidoelelectróndel . b)Aplicandolaecuaciónobtenidaenelapartadoanterior: v v e2 1 v 2hε0 n = 2 v Z e 1 2hε0 n Z = Z Z =2 c) Para ambas especies n = 1, luego el radio de la órbita en la que gira el electrón es inversamenteproporcionalalvalordeZ: r h ε0 n Zπme2 Porlotanto,describeórbitasmáspróximasalnúcleoelelectróndelBe3+. 2.2.a)¿Cuáldelossiguientessímbolosproporcionamásinformaciónacercadelátomo: o ?¿Porqué? b)Indiquelosnúmeroscuánticosquedefinenelorbitalqueocupaelelectróndiferencialdel . c) Si el átomo de gana tres electrones, ¿cuál será la configuración electrónica del ion resultante? (Extremadura1998) a) En el símbolo Na, 23 es el número másico, que indica el número de nucleones (protones+neutrones)queexistenenelnúcleodeeseátomo. En el símbolo Na, 11 es el número atómico, que indica el número de protones que existen en el núcleo de ese átomo. Como se trata de una especie neutra, ese número tambiénindicaelnúmerodeelectrones. Portanto,elsímboloqueofrecemásinformaciónes . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 164 b) La estructura electrónica abreviada del As es [Ar] 3d 4s 4p . El electrón diferenciadorseencuentraenunorbital4palquelecorrespondenlossiguientesvalores delosnúmeroscuánticosn,lym: n=4 orbital4p l=1 m=0,+1,–1 c) Si el átomo As gana tres electrones, consigue una configuración electrónica de gas . inerte,muyestable,quees[Ar] 2.3. En un recipiente cerrado se encuentra una cierta cantidad de hidrógeno atómico en estadogaseoso.Eventualmenteseproducencolisionesreactivasdeestosátomosparaformar moléculas , proceso que transcurre con desprendimiento de energía. Suponga que se produce una de estas colisiones y que la molécula de formada recibe toda la energía liberadaenlareacciónenformadeenergíacinéticatraslacional.Considereahoraqueesta molécula (para la que ignoraremos cualquier otra contribución energética) choca con un átomo de hidrógeno cediéndole, en todo o en parte, su energía cinética. Si el átomo de hidrógeno se encuentra en su estado electrónico fundamental, ¿sería posible el paso a un estadoelectrónicoexcitadocomoconsecuenciadeestacolisión? Supongaahoraqueunátomodehidrógeno,enunestadoelectrónicoexcitado(porejemplo, n = 3) regresa al nivel fundamental mediante la emisión de un fotón, ¿podría ese fotón disociarunamoléculade ? Datos. ConstantedePlanck,h=6,63·10 J·s Velocidaddelaluz,c=3·10 m· ConstantedeRydberg,R=109677,6 , NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 Energíadedisociacióndelhidrógenomolecular=458kJ· . (Murcia1998) LaenergíaliberadaenlaformacióndeunamoléculadeH : 458 kJ 103 J 1mol =7,60·10 mol 1kJ 6,022·1023 molé culas J molé cula Relacionandoestaenergíaconlacorrespondienteaunsaltocuántico: ΔE=hν= hc λ 1 7,60·10 J = λ 6,63·10 J·s 3·108 m·s 1cm 100m =38238cm–1 Laecuacióncorrespondienteaunsaltocuánticoes: 1 1 1 =R – λ n n Considerandoque el átomose encuentra ensuestadofundamental(n =1)paraquese produzcaunsaltoelectrónicoesnecesarioquelaenergíaaportada(1/λ)hagaquen 2. 38238cm =109677,6cm 1– 1 n =1,24 n CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 165 Como se observa, 1,24 < 2, por lo tanto, con la energía liberada en la formación de una moléculadeH elelectrónnopuedepasaraunestadoelectrónicoexcitado. Laenergíadelfotónliberadoenelsaltoelectrónicodesdeelnivelcuántico3al1es: ΔE=hcR 1 1 – n n Sustituyendolosvaloresdelsalto: ΔE= 6,63·10 J·s 3·108 m·s 109677,6cm– 100m 1cm 1– 1 =1,94·10 3 J ComparandoestaenergíaconlacorrespondientealadisociacióndelamoléculadeH : 1,94·10 6,022·1023 molé culas 1kJ kJ J 3 =1167,7 mol molé cula mol 10 J Comoseobserva,1167,7kJ>458kJ,portanto,conlaenergíacorrespondientealfotón emitidoalpasarelelectróndesdeelniveln=3hastaelniveln=1síesposibledisociar lamoléculade . 2.4. Para los enunciados siguientes A y B, solo una afirmación es correcta. Subraya las afirmacionescorrectasparacadaenunciado. A. Rutherford y sus colaboradores realizaron experimentos en los que dirigían un haz de partículasalfasobreunadelgadaláminadeoro,yobservaronque: a)Lamayoríadelaspartículassedesviabanmucho. b)Sedesviabanpocaspartículasyconángulospequeños. c)Sedesviabanlamayoríadelaspartículasconángulospequeños. d)Sedesviabanpocaspartículasperoconángulosgrandes. B.Deestehechodedujeronque: a)Loselectronessonpartículasdemasaelevada. b)Laspartesdelátomoconcargapositivasonmuypequeñasypesadas. c)Laspartesdelátomoconcargapositivasemuevenavelocidadescercanasaladela luz. d)Eldiámetrodelelectrónesaproximadamenteigualaldiámetrodelnúcleo. (Valencia1998) El experimento realizado por Rutherford, Geiger y Marsden en 1907 en Manchester llevó a un nuevo modelo atómico, el modelo nuclear. Las afirmaciones correctas para propuestasAyBson,respectivamente: las d)Sedesviabanpocaspartículasperocon ángulosgrandes. b)Laspartesdelátomoconcargapositiva sonmuypequeñasypesadas. 2.5.Alhacerincidirunaciertaradiaciónsobreátomosdeunmismoelementoseobservaun espectro de emisión, entre cuyas líneas aparecen las correspondientes a las frecuencias 6,028·10 y2,098·10 . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 166 Determine: a)Lanaturalezadelosátomosirradiados. b)Lafrecuenciadelaradiaciónincidente. c)Eltamañodelosátomosexcitados. (Datos. En su estado fundamental, el átomo de hidrógeno tiene un radio de 0,529 Å; 1Å=10 m;1eV=1,6·10 J.SupongaaplicableelmodeloatómicodeBohr,secumple E=–13,2( / )eV) (Murcia2001) a)Laecuaciónparacalcularlaenergíacorrespondienteaunsaltoelectrónicoes: ΔE=13,2Z 1 1 – n n siendoparaunespectrodeemisión,n =niveldellegadayn =niveldepartida. Enelcasodelalíneaqueaparecea6,028·10 s λ1 = 6,028·1015 s 3·108 m·s : 109 nm =498nm 1m EsevalordelongituddeondaaparecedentrodelazonaVISdelEEM(400‐700nm),porlo que se trata de una línea que corresponde a un salto de un determinado nivel cuántico hastaelniveln =2(seriedeBalmer). Enelcasodelalíneaqueaparecea2,098·10 s λ2 = 3·108 m·s 2,098·1015 s : 109 nm =1430nm 1m EsevalordelongituddeondaaparecedentrodelazonaIRdelEEM,cercadelaregiónVIS (>700nm),porloqueprobablementesetratadeunalíneaquecorrespondeaunsaltode undeterminadonivelcuánticohastaelniveln1=3(seriedePaschen). Las energías, en eV, correspondientes a dichas frecuencias se calculan mediante la expresión: ΔE=h donde,heslaconstantedePlanckylafrecuenciadelalínea. ΔE= 6,626·10 J·s 6,028·1015 s ΔE= 6,626·10 J·s 2,098·1015 s 1eV 1,602·10 J 1eV 1,602·10 J =24,96eV =8,69eV Sustituyendo estos valores en la ecuación de la energía correspondiente a un salto electrónico, se puede obtener el valor de Z, la naturaleza de los átomos irradiados, y n , niveldesdeelqueseproduceelsaltoelectrónicodelosátomosirradiados. 24,96=13,2 Z 1 1 – 2 n 8,69=13,2 Z 1 1 – 3 n Z=3 n =5 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 167 =5 loselectronessaltandesdeelnivelcuántico losátomosirradiadoscorrespondenalelementodeZ=3. b) La radiación incidente debe proporcionar la energía para calcular realizar el salto electrónicodesdeelestadofundamental,n =1,hastaelestadoexcitadocorrespondiente alnivelcuánticon =5. Secalculapreviamentelaenergíadelsalto,quetendrásignopositivoyaqueparaexcitarel átomoestedebeabsorberenergía: ΔE=13,2 3 1 1 – =114,05eV 1 5 ΔE=114,05eV 1,602·10 1eV J =1,825·10 J Lafrecuenciaes: ν= 1,825·10 6,626·10 J J·s =2,75·1016 Hz c)Laecuaciónqueproporcionaeltamañodelosátomos(Å)enelmodelodeBohres: r=0,529 n Z LosátomosexcitadosdelelementodeZ=3correspondenalvalorden=5: r=0,529A 5 10 m =4,41·10 3 1A m 2.6.Indicalaposibleexistenciadelosorbitales: a)2f b)5g c)3p d)4d Justificalarespuesta. e)3g f)5f. (Valencia2002) Losvaloresposiblesdelosnúmeroscuánticosson: n=1,2,3,4,….,∞ 0→orbitals 1→orbitalp l=0,1,2,3,….(n1)l= 2→orbitald 3→orbitalf 4→orbitalg m=0,±1,±2,±3,…±l s=±½ a)Alorbital2flecorrespondenlosnúmeroscuánticosn=2yl=3.Esteúltimovalores imposibleyaquesin=2,losúnicosvaloresposiblesdelson0o1.Portanto,elorbital2f nopuedeexistir. b) Al orbital 5g le corresponden los números cuánticos n = 5 y l = 4. Valores que son correctos.Portanto,elorbital5gsípuedeexistir. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 168 c) Al orbital 3p le corresponden los números cuánticos n = 3 y l = 1. Valores que son correctos.Portanto,elorbital3psípuedeexistir. d) Al orbital 4d le corresponden los números cuánticos n = 4 y l = 2. Valores que son correctos.Portanto,elorbital4dsípuedeexistir. e)Alorbital3glecorrespondenlosnúmeroscuánticosn=3yl=4.Esteúltimovalores imposibleyaquesin=3,losúnicosvaloresposiblesdelson0,1o2.Portanto,elorbital 3gnopuedeexistir. f) Al orbital 5f le corresponden los números cuánticos n = 5 y l = 3. Valores que son correctos.Portanto,elorbital5fsípuedeexistir. 2.7. Dadas las siguientes configuraciones electrónicas, justifica cuáles son aceptables como configuración electrónica en el estado fundamental, cuáles lo son como configuración electrónicaexcitadaycuálessonprohibidas. a)1 2 2 3 3 b)1 2 3 c)1 2 2 2 d)7 e)1 2 2 3 (Valencia2003) a) La configuración electrónica cumple el Principio de Mínima Energíaporloquecorrespondeaunestadofundamental. incumpleelPrincipiodeMínimaEnergíaya b)Laconfiguraciónelectrónica queantesdecomenzarallenarseelsubnivel3ddebíahaberseocupadoelsubnivel2ppor loquecorrespondeaunestadoexcitado. c)Laconfiguraciónelectrónica quenoexisteelsubnivel2d. correspondeaunestadoprohibido,ya incumpleelPrincipiodeMínimaEnergíayaqueantes d)Laconfiguraciónelectrónica de comenzar a llenarse el subnivel 7d debía haberse llenado el subnivel 1s por lo que correspondeaunestadoexcitado. incumpleelPrincipiodeMínimaEnergía e)Laconfiguraciónelectrónica yaqueantesdecomenzarallenarseelsubnivel3pdebíahaberseocupadoelsubnivel3s porloquecorrespondeaunestadoexcitado. 2.8.Completelasiguientetabla: Símbolo Protones 208 82Pb Au 31 52 Neutrones Electrones 38 75 117 54 Carga 0 +3 –1 (Murcia2004) Recordandoque: Z=nºatómico=nºdeprotones=nºdeelectrones(átomoneutro) A=nºmásico=nºdeprotones+nºdeneutrones EnelcasodelPb: SiZ=82ylacargaes0,elátomotiene82protonesy82electrones. SiA=208yelátomotiene82protones,tiene(208–82)=126neutrones. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 169 Enelcasodelelementocon31protones: Z=31ylacargaes+3,elátomotiene31protonesy(31–3)=28electrones. Sitiene31protonesy38neutrones,A=(31+38)=69. Si Z = 31, su estructura electrónica abreviada es [Ar] 3d 4s 4p . La suma de los superíndicesindicaquepertenecealgrupo13yelvalorden=4alcuartoperiodo: B(n=2),Al(n=3),Ga(n=4),In(n=5),Tl(n=6) SetratadelelementoGa(galio). Enelcasodelelementocon52protones: Z=52y54electrones,lacargaes(52–54)=‐2. Sitiene52protonesy75neutrones,A=(52+75)=127. Si Z = 52, su estructura electrónica abreviada es [Kr] 4d 5s 5p . La suma de los superíndicesindicaquepertenecealgrupo16yelvalorden=5alquintoperiodo: O(n=2),S(n=3),Se(n=4),Te(n=5),Po(n=6) SetratadelelementoTe(telurio). EnelcasodelAu: Suestructuraelectrónicaes[Xe]4f 6s 5d ,esteelementotiene54(ZdelXe)+1+14+ 10=79protones. SiZ=79ylacargaes–1,elátomotiene(79+1)=80electrones. Sitiene79protonesy117neutrones,A=(79+117)=196. Latablacompletaes: Símbolo 208 82Pb 69 31 127 52 196 79 Protones Neutrones Electrones Carga 82 126 82 0 31 38 28 +3 52 75 54 ‐2 79 117 80 ‐1 2.9. Calcula la longitud de onda, la frecuencia y la energía de la radiación que se emite cuando un electrón del átomo de hidrógeno salta del nivel n = 3 al n = 1. ¿A qué línea del espectrocorresponde? Si la energía del electrón en su estado fundamental es de 13,6 eV, calcula la energía del electrónenelniveln=3. (Datos.R=109677 ,h=6,626·10 J·s,1eV=1,602·10 J;c=3·10 m· ) (Valencia2005) Lalongituddeondadelaradiaciónasociadaaunsaltoelectrónicosecalculapormediode laexpresión: 1 1 1 =RH 2 2 λ n1 n1 sustituyendo: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 170 1 1 2 =97491cm 1 3 1 =109677cm λ dedonde: λ= 1 97491cm =1,026·10 cm 1m 10 nm =102,6nm 10 cm 1m Larelaciónentrefrecuenciaylongituddeondavienedadaporlaexpresión: c=λ·ν sustituyendo: ν= 3·108 m·s1 102 cm =2,92·1015 s1 5 1m 1,026·10 cm Laenergíadelaradiaciónemitidaes: ∆E=h·ν∆E= 6,626·10 J·s 2,92·1015 s 1eV 1,602·10 J =12,1eV Portratarsedeunespectrodeemisión,laenergíaesdesprendidayelsignoesnegativo, ΔE=–12,1eV. SetratadeunalíneadelaseriedeLyman(n =1)queaparecea102,6nm. Silaenergíadeunelectrónenelestadofundamentales13,6eV,laenergíaqueposeeen undeterminadonivelcuánticosecalculamediantelaexpresión: E eV =– 13,6 n Elvalordelaenergíaenelnivel3es: E=– 13,6eV 32 =–1,511eV 2.10. En los siguientes párrafos modifica, de aquello que no está subrayado, lo que sea incorrecto: a)Paraunfotónlarelaciónentrelafrecuencia(ν)ylalongituddeonda(λ)esν=1/λ. b)Losfotonesdeluzultravioletadeλ=300nmposeenmenorenergíaquelosderadiación infrarrojadeλ=1000nm. c)Enunátomohidrogenoidelaenergíadelosorbitales3desmayorqueladelorbital3s. d)Siunelectróntienelosnúmeroscuánticosn=6,l=4,m=–3,s=+½elorbitalqueocupa esel6f. e)LaseriedelíneasdeBalmerdelátomodehidrógenocorrespondealastransicionesdesde n=3,4,5,6,…hastan=1(n=nºcuánticoprincipal). f) En el átomo de hidrógeno la transición 3d 3p solo genera una línea espectral en el espectrodeemisióndelhidrógeno (Valencia2005)(Valencia2011) a)Larelaciónentrelafrecuenciaylalongituddeondavienedadaporlaexpresión: c=λ·ν b)Laenergíadeunfotónsecalculamediantelaexpresión: E= hc λ CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 171 Comoseobserva,laenergíaesinversamenteproporcionalalvalordelalongituddeonda, λ.Portanto,losfotonesdeluzUVdeλ=300nmposeenmayorenergíaquelosradiación IRdeλ=1000nm. c) De acuerdo con el diagrama de energía de orbitales Moeller, los orbitales 3d tienen mayorenergíaquelosorbitales3s. d) Un electrón que se encuentra en un orbital 6f tiene los siguientes valores para los númeroscuánticos: n=6 l=3 m=0,±1,±2,±3 s=±½ e) La serie de líneas de Balmer del átomo de hidrógeno corresponde a las transiciones desden=3,4,5,6,…hastan=2(n=nºcuánticoprincipal). f) Un electrón que se encuentra en el orbital 3d solo genera una línea en el espectro de emisióncuandocaealorbital3p. (Enlacuestiónpropuestaen2011sereemplazalaopciónc)porlaf),enlad)secambian losnúmeroscuánticosyelorbital6fpor7d). 2.11.Completalatablasiguiente: Z Elemento Símbolo Grupo Periodo 28 33 53 79 Ni As I Au Configuración Electrónica Au Nºelectrones desapareados I Au (Valencia2005) ElelementocuyosímboloesNiynúmeroatómicoes28eselníquelcuyaconfiguración electrónicaabreviadaes[Ar] .Lasumadelossuperíndicesindicaqueperteneceal grupo10yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. ya que pierde dos electrones La configuración electrónica del ion Ni es [Ar] externosdelorbital4s.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales3des: 3d Comoseobserva,presentadoselectronesdesapareados. El elemento cuyo símbolo es As y número atómico es 33 es el arsénico cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] . La suma de los superíndices indicaquepertenecealgrupo15yelvalorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo. yaqueganatreselectrones LaconfiguraciónelectrónicadelionAs es[Ar] ensucapamásexterna.Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales4sy4pes: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4s 4p 172 Comoseobserva,notieneelectronesdesapareados. El elemento cuyo símbolo es I y número atómico es 53 es el iodo cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo17yelvalorden=5indicaqueperteneceal5ºperiodo. Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales5sy5pes: 5s 5p Comoseobserva,presentaunelectróndesapareado. LaconfiguraciónelectrónicadelionI es[Kr] capamásexterna. yaquegana1electrónensu El elemento cuyo símbolo es Au y número atómico es 79 es el oro cuya configuración electrónicaabreviadaes[Xe] .Lasumadelossuperíndicesdelosorbitaless y d indica que pertenece al grupo 11 y el valor de n = 6 indica que pertenece al 6º periodo. Ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales6sy5des: 6s 5d Comoseobserva,presentaunelectróndesapareado. 2.12.ElátomodeazufretieneunvalordeZ=16.Indicacuálessuconfiguraciónelectrónica yescribelaseriecompletadeloscuatronúmeroscuánticosparaloscuatroelectronesquese encuentranenelorbital3p. (Canarias2006) Laestructuraelectrónicaabreviadadel Ses[Ne] . Los valores de los números cuánticos n, l, m y s de los cuatro electrones situados en el orbital3psonlossiguientes: n=3(portratarsedeunorbitaldel3erniveldeenergía) l=1(portratarsedeunorbitalp) m = 0, +1, –1 (por la existencia de 3 orbitales p, ya que el subnivel p está triplementedegenerado) s=+½(paratreselectrones)y–½(paraelcuartoelectróndelsubnivel) 2.13.Dadaslassiguientesconfiguracioneselectrónicas,justificacuálessonaceptablescomo configuraciones electrónicas en el estado fundamental de algún elemento, cuáles los son comoconfiguracioneselectrónicasexcitadasycuálessoninaceptables: a)1 2 2 5 b)1 2 2 2 c)2 d)1 2 2 3 e)5 (PreselecciónValencia2006) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 173 a)Laconfiguraciónelectrónica incumpleelPrincipiodeMínimaEnergía yaqueantesdecomenzarallenarseelsubnivel5gdebíahaberseocupadoelsubnivel3s porloquecorrespondeaunestadoexcitado. b)Laconfiguraciónelectrónica quenoexisteelsubnivel2d. correspondeaunestadoinaceptable,ya incumpleelPrincipiodeMínimaEnergíayaqueantes c)Laconfiguraciónelectrónica de comenzar a llenarse el subnivel 2s debía haberse ocupado el subnivel 1s por lo que correspondeaunestadoexcitado. correspondeaunestadoinaceptable,ya d)Laconfiguraciónelectrónica queenelsubnivel2pcabencomomáximoseiselectrones. incumpleelPrincipiodeMínimaEnergíayaqueantes e)Laconfiguraciónelectrónica de comenzar a llenarse el subnivel 5g debía haberse ocupado el subnivel 1s por lo que correspondeaunestadoexcitado. 2.14. ¿Qué elementos presentan las siguientes configuraciones electrónicas del estado fundamental?SeñalaaquégrupodelaTablaPeriódicapertenececadaelemento. a)[Kr]4 5 5 b)[He]2 2 c)[Ar]3 4 4 d)[Xe]6 (PreselecciónValencia2007) a)Elelementocuyaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Kr] .Lasumade lossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo16yelvalorden=5indicaquepertenece al5ºperiodoqueestáintegradoporloselementos: Oxígeno (n=2) Azufre (n=3) Selenio (n=4) Telurio (n=5) Polonio (n=6) b)Elelementocuyaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He] .Lasumadelos superíndicesindicaquepertenecealgrupo14yelvalorden=2indicaqueperteneceal 2ºperiodo(notieneelectronesd)queestáintegradoporloselementos: Carbono (n=2) Silicio (n=3) Germanio (n=4) Estaño (n=5) Plomo (n=6) c)Elelementocuyaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar] .Lasumade lossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo13yelvalorden=4indicaquepertenece al4ºperiododelsistemaperiódicoqueestáintegradoporloselementos: Boro (n=2) Aluminio (n=3) Galio (n=4) Indio (n=5) Talio (n=6) d) El elemento cuya configuración electrónica abreviada es [Xe] 6s2. La suma de los superíndicesindicaquepertenecealgrupo2yelvalorden=6indicaqueperteneceal6º periodoqueestáintegradoporloselementos: Berilio (n=2) Magnesio (n=3) Calcio (n=4) Estroncio (n=5) Bario (n=6) Radio (n=7) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 174 2.15. Determina si cada una de las siguientes configuraciones electrónicas representa el estadofundamentalounestadoexcitadodelátomodado. 1s 2s 2p C N Be O (PreselecciónValencia2007) Paraqueunátomoseencuentreenunestadofundamentaldebecumplirlosprincipiosdel proceso“aufbau”: ‐ Principio de Mínima Energía: “los electrones van ocupando los orbitales según energías crecientes”. ‐ Principio de Máxima Multiplicidad de Hund “en los orbitales de idéntica energía (degenerados),loselectronesseencuentranlomásseparadosposible,desapareadosyconlos spinesparalelos”. ‐PrincipiodeExclusióndePauli:“dentrodeunorbitalsepuedenalojar,comomáximo,dos electronesconsusspinesantiparalelos”. Laconfiguraciónelectrónicapropuestaparaelátomodecarbono: 1s 2s 2p corresponde a un estado excitado ya que los electrones de uno de los orbitales 2p deberíanestardesapareadosyconlosspinesparalelosporloqueseincumpleelPrincipio deMáximaMultiplicidaddeHund. Laconfiguraciónelectrónicapropuestaparaelátomodenitrógeno: 1s 2s 2p correspondeaunestadoexcitadoyaqueunodeloselectronesdelosorbitales2pnotiene elmismospinquelosotrosporloqueseincumpleelPrincipiodeMáximaMultiplicidad deHund. Laconfiguraciónelectrónicapropuestaparaelátomodeberilio: 1s 2s 2p corresponde a un estado excitado ya que el electrón que ocupa el orbital 2p debería ocuparel2sporloqueseincumpleelPrincipiodeMínimaEnergía. Laconfiguraciónelectrónicapropuestaparaelátomodeoxígeno: 1s 2s 2p corresponde a un estado fundamental ya que todos los electrones cumplen los tres principios. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 175 2.16.Completalatablasiguiente: Z Elemento Símbolo Grupo Bloque 29 80 17 23 Cu Hg Cl V Configuración Electrónica Cu Nºelectrones desapareados Cl V (Valencia2007) El elemento cuyo símbolo es Cu y número atómico 29 es el cobre cuya configuración electrónicaabreviadaes[Ar] .Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenece algrupo11yelvalorden=4queesunelementodel4ºperiodo.Elquetengaelectrones d,quepertenecealbloquedelosmetalesdetransición. yaquepierdedoselectronesdelos LaconfiguraciónelectrónicadelionCu es[Ar] orbitales 4s y 3d. De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribucióndeloselectronesenlosorbitales3des: 3d Comoseobserva,elionCu presentaunelectróndesapareado. ElelementocuyosímboloesHgynúmeroatómico80eselmercuriocuyaconfiguración electrónicaabreviadaes[Xe] .Lasumadelossuperíndicesdelosorbitales s, p y d indica que pertenece al grupo 12 y el valor de n = 6 que es un elemento del 6º periodo.Elquetengaelectronesd,quepertenecebloquedelosmetalesdetransición. yaquepierdedoselectrones LaconfiguraciónelectrónicadelionHg es[Xe] del orbital más externo (6s). De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund,ladistribucióndeloselectronesenlosorbitales5des: Comoseobserva,elionHg 5d notieneelectronesdesapareados. El elemento cuyo símbolo es Cl y número atómico 17 es el cloro cuya configuración electrónicaabreviadaes[Ne] .Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenece algrupo17(esteperiodonotieneelectronesd)yelvalorden=3queesunelementodel tercerperiodo.Elquetengaelectronesp,quepertenecealbloquedelosnometales.De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribución de los electronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Comoseobserva,elátomodeclorotieneunelectróndesapareado. La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] capamásexterna. ya que gana un electrón en su ElelementocuyosímboloesV ynúmero atómico23 esel vanadiocuyaconfiguración .Lasumadelossuperíndicesindicaqueperteneceal electrónicaabreviadaes[Ar] grupo5yelvalorden=4queesunelementodelcuartoperiodoyelquetengaelectrones d,quepertenecealbloquedelosmetalesdetransición. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 176 La configuración electrónica del ion V es [Ar] ya que pierde dos electrones del orbitalmásexterno(4s).DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHund,la distribucióndeloselectronesenlosorbitales3des: Comoseobserva,elionV 3d tienetreselectronesdesapareados. 2.17.Explicacuántaslíneasespectralescabeesperarenelespectrodeemisióndelátomode hidrógeno considerando todas las transiciones posibles de los cuatro primeros niveles energéticosdedichoátomo. (PreselecciónValencia2008) El número de líneas espectrales coincide con el número de saltos electrónicos que se puedenrealizar: Desdeelniveln=4esposiblerealizartressaltoshastalosnivelesn=3,2y1. Desdeelniveln=3esposiblerealizardossaltoshastalosnivelesn=2y1. Desdeelniveln=2soloesposiblerealizarunsaltohastaelniveln=1. Eltotaldesaltosydelíneasespectralesposiblesesseis. 2.18.Completalatablasiguiente: NºAtómico Símbolo Elemento 31 Ga 35 Br 52 Te 82 Pb Configuraciónelectrónicadelaespecie Pb (PreselecciónValencia2008) El elemento cuyo símbolo es Ga y número atómico 31 es el galio cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo13yelvalorden=4queesunelementodelcuartoperiodo. La configuración electrónica del ion Ga es [Ar] externos,unodelorbital4pydosdelorbital4s. ya que pierde tres electrones El elemento cuyo símbolo es Br y número atómico 35 es el bromo cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo17yelvalorden=4queesunelementodelcuartoperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionBr es[Ar] completaelorbital4p. yaqueganaunelectróny El elemento cuyo símbolo es Te y número atómico 52 es el telurio (teluro) cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] , la suma de los superíndices indica que pertenece al grupo 16 y el valor de n = 5 que es un elemento del quinto periodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionTe ycompletaelorbital5p. es[Kr] yaqueganadoselectrones El elemento cuyo símbolo es Pb y número atómico 82 es el plomo cuya configuración electrónica abreviada es [Xe] , la suma de los superíndices de los orbitaless,pydindicaquepertenecealgrupo14yelvalorden=6queesunelemento delsextoperiodo. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 177 2.19. Dadas las siguientes configuraciones electrónicas, explica cuáles son aceptables como configuraciones del estado fundamental de algún elemento, cuáles lo son como configuracioneselectrónicasexcitadasycuálessoninaceptables: a)1 2 2 2 b)1 2 2 3 3 3 c)3 d)8 e)1 2 2 3 3 4 3 4 (PreselecciónValencia2008) a)Laconfiguraciónelectrónica correspondeaunestadoinaceptable,ya que el subnivel 2d no existe. Además, los dos electrones situados en dicho subnivel deberíanestarenelsubnivel2p. incumpleelPrincipiodeMínima b)Laconfiguraciónelectrónica Energía ya que antes de comenzar a llenarse el subnivel 3d debería haberse ocupado el subnivel4sporloquecorrespondeaunestadoexcitado. incumpleelPrincipiodeMínimaEnergíayaqueantes c)Laconfiguraciónelectrónica de comenzar a llenarse el subnivel 3s debía haberse ocupado el subnivel 1s por lo que correspondeaunestadoexcitado. incumpleelPrincipiodeMínimaEnergíayaqueantes d)Laconfiguraciónelectrónica de comenzar a llenarse el subnivel 8g debía haberse ocupado el subnivel 1s por lo que correspondeaunestadoexcitado. cumple todos los e) La configuración electrónica principiosdelproceso“aufbau”porloquecorrespondeaunestadofundamental. 2.20.Explicacuántaslíneasespectralescabeesperarenelespectrodeemisióndelátomode hidrógeno considerando todas las transiciones posibles de los cinco primeros niveles energéticosdedichoátomo. (PreselecciónValencia2009) El número de líneas espectrales coincide con el número de saltos electrónicos que se puedenrealizar: Desdeelniveln=5esposiblerealizarcuatrosaltoshastalosnivelesn=4,3,2y1. Desdeelniveln=4esposiblerealizartressaltoshastalosnivelesn=3,2y1. Desdeelniveln=3esposiblerealizardossaltoshastalosnivelesn=2y1. Desdeelniveln=2soloesposiblerealizarunsaltohastaelniveln=1. Eltotaldesaltosydelíneasespectralesposiblesesdiez. 2.21. Dadas las siguientes configuraciones electrónicas, explica cuáles son aceptables como configuraciones electrónicas en el estado fundamental de algún elemento, cuáles los son comoconfiguracioneselectrónicasexcitadasycuálessoninaceptables: a)1 2 2 4 b)1 2 2 3 3 3 3 c)3 d)1 2 2 5 e)1 2 2 3 3 3 4 f)1 2 2 3 g)1 2 2 3 3 4 3 h)1 2 2 3 3 3 4 i)3 (PreselecciónValencia2009)(Valencia2009)(PreselecciónValencia2010) a)Laconfiguraciónelectrónica incumpleelPrincipiodeMínimaEnergía yaqueantesdecomenzarallenarseelsubnivel4sdebíahaberseocupadoelsubnivel3s porloquecorrespondeaunestadoexcitado. b)Laconfiguraciónelectrónica inaceptable,yaquenoexisteelsubnivel3f. correspondeaunestado CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 178 c)Laconfiguraciónelectrónica incumpleelPrincipiodeMínimaEnergíayaqueantes de comenzar a llenarse el subnivel 3d debía haberse ocupado el subnivel 1s por lo que correspondeaunestadoexcitado. incumpleelPrincipiodeMínimaEnergía d)Laconfiguraciónelectrónica yaqueantesdecomenzarallenarseelsubnivel5gdebíahaberseocupadoelsubnivel3s porloquecorrespondeaunestadoexcitado. corresponde a un estado e) La configuración electrónica inaceptable,yaqueenelsubnivel4scabencomomáximodoselectrones. incumpleelPrincipiodeMínimaEnergía f)Laconfiguraciónelectrónica yaqueantesdecomenzarallenarseelsubnivel3sdebíahabersecompletadoelsubnivel 2pporloquecorrespondeaunestadoexcitado. correspondeaunestado g)Laconfiguraciónelectrónica inaceptable,yaqueenelsubnivel3dcabencomomáximodiezelectrones. correspondeaunestado h)Laconfiguraciónelectrónica inaceptable,yaqueenelsubnivel3dcabencomomáximodiezelectrones. i)Laconfiguraciónelectrónica elsubnivel3f. correspondeaunestadoinaceptable,yaquenoexiste (LosapartadosheisoloaparecenenValencia2009). 2.22.Completalatablasiguiente: NºAtómico Símbolo Elemento 34 Se 51 Sb 81 Tl 88 Ra Configuraciónelectrónicadelaespecie Sb Ra (PreselecciónValencia2009) ElelementocuyosímboloesSeynúmero atómico34esel seleniocuyaconfiguración electrónica abreviada es [Ar] . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo16yelvalorden=4queesunelementodelcuartoperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionSe es[Ar] ycompletaelorbital4p. yaquecaptadoselectrones El elemento cuyo símbolo es Sb y número atómico 51 es el antimonio cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] . La suma de los superíndices indica que pertenece al grupo 15 y el valor de n = 5 que es un elemento del quinto periodo. El elemento cuyo símbolo es Tl y número atómico 81 es el talio cuya configuración ,lasumadelossuperíndicesindicaque electrónicaabreviadaes[Xe] pertenecealgrupo13yelvalorden=6queesunelementodelsextoperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionTl es[Xe] orbital6p. yaquecedeunelectróndel El elemento cuyo símbolo es Ra y número atómico 88 es el radio cuya configuración electrónica abreviada es [Rn] , la suma de los superíndices indica que pertenece al grupo2yelvalorden=7queesunelementodelséptimoperiodo. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 179 2.23.Delossiguientesconjuntosdenúmeroscuánticos,indicacuálessonposiblesycuálesno, justificandolarespuesta: a)2,1,–1,½b)7,3,1,–½c)6,4,–4,–½d)3,3,0,½e)0,0,0,½ (Valencia2009) Losvaloresposiblesdelosnúmeroscuánticosson: n=1,2,3,4,….,∞ 0→orbitals 1→orbitalp l=0,1,2,3,….(n1)l= 2→orbitald 3→orbitalf 4→orbitalg m =0,±1,±2,±3,…±l m =±½ a)Elconjuntodenúmeroscuánticos(2,1,–1,½)paraunelectrónesposible,yaqueno presentaningunadiscrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunelectrón situadoenunorbital2p. b)Elconjuntodenúmeroscuánticos(7,3,1,–½)paraunelectrónesposible,yaqueno presentaningunadiscrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunelectrón situadoenunorbital7f. c)Elconjuntodenúmeroscuánticos(6,4,–4,–½)paraunelectrónesposible,yaqueno presentaningunadiscrepanciaenlosvaloresdelosmismosycorrespondeaunelectrón situadoenunorbital6g. d)Elconjuntodenúmeroscuánticos(3,3,0,½)paraunelectrónesimposible,yaquesi elnúmerocuánticon=3,elnúmerocuánticolsolopuedevaler0,1o2. e)Elconjuntodenúmeroscuánticos(0,0,0,½)paraunelectrónesimposible,yaqueel númerocuánticonnopuedevaler0. 2.24.Completalatablasiguiente: Configuración Nºelectrones Z Elemento Símbolo Electrónica desapareados 25 Mn 42 Mo 52 Te 78 Pt Grupo Bloque (Valencia2009) El elemento cuyo símbolo es Mn y número atómico 25 es el manganeso cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s 3d . La suma de los superíndices indica quepertenecealgrupo7yelvalorden=4queesunelementodelcuartoperiodo.Elque tengaelectronesd,quepertenecealbloquedelosmetalesdetransición. ya que pierde dos electrones del La configuración electrónica del ion Mn es [Ar] orbital4s.DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHund,ladistribuciónde loselectronesenlosorbitales3des: Comoseobserva,elionMn 3d presentacincoelectronesdesapareados. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 180 El elemento cuyo símbolo es Mo y número atómico 42 es el molibdeno cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] 5s 4d . La suma de los superíndices indica quepertenecealgrupo6yelvalorden=5queesunelementodelquintoperiodo.Elque tengaelectronesd,quepertenecealbloquedelosmetalesdetransición. yaquepierdecuatroelectronesde LaconfiguraciónelectrónicadelionMo es[Kr] los orbital 5s y 4d. De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribucióndeloselectronesenlosorbitales4des: 4d Comoseobserva,elionMo presentadoselectronesdesapareados. El elemento cuyo símbolo es Te y número atómico 52 es el telurio cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] 5s 4d 5p . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo16yelvalorden=5queesunelementodelquintoperiodo.Elque tenga electrones p, que pertenece al bloque de los no metales, aunque se trata de un metaloide. LaconfiguraciónelectrónicadelionTe ensucapamásexterna. es[Kr] yaqueganadoselectrones De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribución de los electronesenlosorbitales5sy5pes: 5s 5p Comoseobserva,elionTe notieneelectronesdesapareados. El elemento cuyo símbolo es Pt y número atómico 78 es el platino cuya configuración electrónicaabreviadaes[Xe]4f 6s 5d .Lasumadelossuperíndicesdelosorbitaless, pydindicaquepertenecealgrupo10yelvalorden=6queesunelementodelsexto periodo.Elquetengaelectronesd,quepertenecebloquedelosmetalesdetransición. yaquepierdedoselectronesde LaconfiguraciónelectrónicadelionPt es[Xe] los orbitales 6s y 5d. De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribucióndeloselectronesenlosorbitales5des: Comoseobserva,elionPt 5d tienedoselectronesdesapareados. 2.25.Escribelasconfiguracioneselectrónicasdelassiguientesespecies:Cr, (Dato.Z=24) y . (Valencia2009) Laconfiguraciónelectrónicadelcromo(Z=24)deberíaser1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d o,deformaabreviada,[Ar]4s 3d 4s 3d Aunque si desaparea el electrón del orbital 4s y lo promociona al orbital 3d incumple el PrincipiodeMínimaEnergíaquediceque:“loselectronesvanocupandolosorbitalessegún CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 181 energíascrecientes,perodeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundque diceque:“enlosorbitalesdeidénticaenergía(degenerados),loselectronesseencuentranlo más separados posible, desapareados y con los espines paralelos”, se consigue una : estructuraelectrónicaconmásmultiplicidad(másestable)[Ar] 4s 3d quepresentaambosorbitales4sy3d,semillenos,con6electronesdesapareados,conmás multiplicidad,portanto,conmenosenergíayporellomásestable. .Sielcromopierdedoselectrones,unodelorbital4syotrodel3d,adquierela Ion siguienteconfiguraciónelectrónica:[Ar] . Ion .Sielcromopierdetreselectrones,unodelorbital4sydosdel3d,adquierela siguienteconfiguraciónelectrónica:[Ar] . 2.26. Se tienen los elementos , y un tercer elemento C del cual se sabe que tiene 10 electrones,7protonesy7neutrones.Sepide: a)¿Cuálesdelastresespeciesindicadassonátomosneutros? b)¿Algunasdeellasrepresentaunion?Encasoafirmativoindicacuálseríalacargaysiesta seríalamásestabledelelemento. c)¿Cuálessonisótopos?¿Porqué? (Canarias2010) Enlaespecie 105A,10eselnúmeromásico,queindicaelnúmerodenucleones(protones +neutrones)queexistenenelnúcleodeeseátomo,y5eselnúmeroatómico,queindicael númerodeprotones.Portanto,estaespecieestáformadapor5protonesy5neutrones. En la especie 115B, 11 es el número másico y 5 es el número atómico. Por tanto, esta especieestáformadapor5protonesy6neutrones. ComosededucedelsímboloAyBsonátomosneutros,yademás,sonisótoposyaque tienenelmismonúmeroatómicoydistintonúmeromásico. LaespecieCserepresentacomo C ,setratadeunion.Laconfiguraciónelectrónica delátomoneutroes1s 2s 2p .Sigana3electronesadquiereconfiguraciónelectrónica, muyestable,degasinerte,1s 2s 2p ,concarga‐3. 2.27.Completalasiguientetabla: Especie Nombre nºprotones química 35 cadmio 48 25 nºelectrones nºneutrones nºmásico 34 30 63 80 128 (PreselecciónValencia2010) Recordandoque: Z=nºatómico=nºdeprotones=nºdeelectrones(átomoneutro) A=nºmásico=nºdeprotones+nºdeneutrones EnelcasodelCu (cobre) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 182 SiA=63ylaespecietiene34neutrones,posee(63–34)=29protones. Sitiene29protonesylacargaes+2,laespecieposee(29–2)=27electrones. EnelcasodelBr (bromo) Siposee35protonesylacargaes‐1,laespecietiene(35+1)=36electrones. SiA=80ylaespecietiene35protones,posee(80–35)=neutrones45. Enelcasodelcadmio(Cd): Sielátomotiene48protonesynoposeecargatambiénposee48electrones. SiA=128ylaespecietiene48protones,posee(128–48)=neutrones80. EnelcasodelMn (manganeso) Sitiene25protonesylacargaes+2,laespecieposee(25–2)=23electrones. Sitiene25protonesy23neutrones,A=(25+23)=48. Latablacompletaes: Nombre Especiequímica cobre bromo cadmio Cd manganeso nºprotones 29 35 48 25 2.28.Completalatablasiguiente: NºAtómico Símbolo Elemento 49 In 52 Te 56 Ba 83 Bi nºelectrones 27 36 48 23 nºneutrones nºmásico 34 63 45 80 80 128 30 48 Configuraciónelectrónicadelaespecie Ba Bi (PreselecciónValencia2010) El elemento cuyo símbolo es In y número atómico 49 es el indio cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] 5s 4d 5p . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo13yelvalorden=5queesunelementodelquintoperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionIn es[Kr] delorbital5p. yaquepierdeelelectrónexterno El elemento cuyo símbolo es Te y número atómico 52 es el telurio cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] 5s 4d 5p . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo16yelvalorden=5queesunelementodelquintoperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionTe ensucapamásexterna. es[Kr] yaqueganadoselectrones El elemento cuyo símbolo es Ba y número atómico 56 es el bario cuya configuración electrónica abreviada es [Xe] . La suma de los superíndices indica que pertenece al grupo2yelvalorden=6queesunelementodelsextoperiodo. ElelementocuyosímboloesBiynúmeroatómico83eselbismutocuyaconfiguración electrónica abreviada es [Xe] , la suma de los superíndices de los CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 183 orbitaless,pydindicaquepertenecealgrupo15yelvalorden=6queesunelemento delsextoperiodo. 2.29.Completalatablasiguiente: NºAtómico Símbolo Elemento 33 As 52 Te 81 Tl 82 Pb Configuraciónelectrónicadelaespecie Te Tl (PreselecciónValencia2011) ElelementocuyosímboloesAsynúmeroatómico33eselarsénicocuyaconfiguración electrónica abreviada es [Ar] 4s 3d 4p . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo15yelvalorden=4queesunelementodelcuartoperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionAs ycompletaelorbital4p. es[Ar] yaqueganatreselectrones El elemento cuyo símbolo es Te y número atómico 52 es el telurio (teluro) cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] , la suma de los superíndices indicaquepertenecealgrupo16yelvalorden=5queesunelementodelquintoperiodo. El elemento cuyo símbolo es Tl y número atómico 81 es el talio cuya configuración electrónica abreviada es [Xe] , la suma de los superíndices de los orbitaless,pydindicaquepertenecealgrupo13yelvalorden=6queesunelemento delsextoperiodo. El elemento cuyo símbolo es Pb y número atómico 82 es el plomo cuya configuración electrónica abreviada es [Xe] 4f 6s 5d 6p , la suma de los superíndices de los orbitaless,pydindicaquepertenecealgrupo14yelvalorden=6queesunelemento delsextoperiodo. La configuración electrónica del ion Pb es [Xe] electronesexternosdelorbital6p. ya que pierde los dos 2.30.Completalatablasiguiente: Z Símbolo Elemento Configuraciónelectrónicadelaespecie 31 Ga Ga 34 Se 50 Sn 83 Bi Bi Grupo (PreselecciónValencia2012) El elemento cuyo símbolo es Ga y número atómico 31 es el galio cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] . La suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo13yelvalorden=4queesunelementodelcuartoperiodo. ElelementocuyosímboloesSeynúmero atómico34esel seleniocuyaconfiguración electrónica abreviada es [Ar] 4s 3d 4p , la suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo16yelvalorden=4queesunelementodelcuartoperiodo. LaconfiguraciónelectrónicadelionSe es[Ar] ycompletaelorbital4p. yaqueganadoselectrones CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 184 El elemento cuyo símbolo es Sn y número atómico 50 es el estaño cuya configuración electrónica abreviada es [Kr] 5s 4d 5p , la suma de los superíndices indica que pertenecealgrupo14yelvalorden=5queesunelementodelquintoperiodo. La configuración electrónica del ion Sn es [Kr] electronesexternosdelorbital5p. ya que pierde los dos ElelementocuyosímboloesBiynúmeroatómico83eselbismutocuyaconfiguración electrónica abreviada es [Xe] 4f 6s 5d 6p , la suma de los superíndices de los orbitaless,pydindicaquepertenecealgrupo15yelvalorden=6queesunelemento delsextoperiodo. 2.31.Uncocinerousaelhornomicroondasparacalentarsucomida.Lalongituddeondade laradiaciónesde12,0cm. a)¿Cuáleslaenergíadeunfotóndeesaradiación? b) Si usa un horno de 800 W de potencia ¿Cuántos tiempo necesitaría este horno para calentar100gdeaguaa25°Chasta75°C? c)¿Cuantosfotonesseconsumenenelproceso? (Datos. Constante de Planck, h = 6,626·10 J·s; velocidad de la luz, c = 2,998·10 m· calorespecíficodelagua=C=1cal· ·° =4,186J· ·° ) ; (Castilla‐LaMancha2014) a)Laenergíacorrespondienteaunfotónsecalculamediantelaecuación: ΔE=hν= hc λ Sustituyendo: ΔE= 6,626·10 J·s 3·108 m·s 12cm 102 cm =1,66·10 1m J b)Elcalornecesarioparacalentaresacantidaddeaguaes: Q H2 O =mH2 O CH2 O T T Sustituyendo: QH2 O =100g 4,186J 75 g °C 25 °C=2,093·10 J Relacionandoestaenergíaconlapotenciadelhornode800W: 2,093·10 J 1s =26,2s 800J c) Relacionando la energía necesaria para calentar el agua con la correspondiente a un fotón: 2,093·10 J 1fotón 1,66·10 J =1,26·10 fotones CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 185 3.CUESTIONESdeSISTEMAPERIÓDICO 3.1.¿Cuáldelossiguientesátomostienelaprimeraenergíadeionizaciónmásalta? a)Be b)He c)N d)Ne e)B (O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Sevilla2004)(O.Q.L.Extremadura2005)(O.Q.L.Madrid2011) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento He Be B N Ne Z 2 4 5 7 10 estructura electrónica 1s [He]2s 2 2 3 5 8 1 2 2 2 2 (aprox.) n [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p DeacuerdoconlosvaloresdeZ yn,elelementoconmayorenergíadeionizaciónesel He. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: B(801)<Be(900)<N(1402)<Ne(2081)<He(2372) EnlosvaloresdelBeyBseregistraunaanomalía. Larespuestacorrectaeslab. 3.2.Unodeloselementosdelsistemaperiódicopresentalossiguientesvaloresdelaenergíade ionización(E.I.)enkcal· : =215,1 =420,0 =3554 ¿Dequéelementosetrata? a)Flúor b)Silicio c)Berilio d)Neón (O.Q.L.Murcia1996) Lasconfiguracioneselectrónicasdeloselementosdadosson,respectivamente: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Be[He]2s F[He]2s 2p Ne[He]2s 2p Si[Ne]3s 3p 186 Suponiendoquelaenergíadeionizacion,Iesproporcionalalacarganuclearefectiva,Z , y haciendo la aproximación de que un electrón apantalla a un protón, los valores de Z = 1, 2, 3, …determinan que los electrones que se encuentran en un mismo orbital presentanlarelaciónI/Z ≈cte. Enestecaso: I = 215,1 kcal 420 kcal 3554 kcal =215,1 I = =210,0 I = =1184,7 1 mol 2 mol 3 mol Losdosprimerosvalores,I ≈I ,indicanquelosdosprimeroselectronesestánsituados en un mismo tipo de orbital. Esto descarta a los elementos F y Ne que tienen 5 y 6 electrones,respectivamente,enunorbitalp. El siguiente valor, I , mucho mayor que los anteriores, indica que el siguiente electrón debeestarsituadoenunorbitalenunacapaconunvalordeninferioraldeloselectrones extraídos. Esto descarta al elemento Si con el mismo valor de n para los tres electrones dados. SetratadelelementoBe. Larespuestacorrectaeslac. 3.3.¿Cuáldelassiguientesrelacionesentreradiosescorrecta? a)R(Cl)>R( ) b)R( )<R(Na) c)R(I)<R(Cl) d)R(Cl)>R(Na) (O.Q.L.Murcia1996) Elelementocloropertenecealgrupo17yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes17. La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] 3s 3p ya que capta un electrón en su capamásexterna. Al aumentar el número de electrones aumenta la constante de apantallamiento y disminuyelacarganuclearefectiva,loquehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobre elelectrónmásexternoseamenor.Portanto,elradiodelioncloruroesmayorqueeldel átomodecloro. Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s1.Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Al disminuir el número de electrones disminuye la constante de apantallamiento y aumentalacarganuclearefectiva,loquehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobre el electrón más externo sea mayor. Por tanto, el radio del ion sodio es menor que el del átomodesodio. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 187 Elelementoyodopertenecealgrupo17yperiodo5delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [Kr] 4d 5s 5p . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómico es 53. De todas las especies propuestas es la que tiene mayorradioyaquetieneunmayornúmerodecapaselectrónicas. Larespuestacorrectaeslab. 3.4.Lasiguienteconfiguraciónelectrónica: 1 2 2 3 3 correspondeaunátomode: a)Bajaenergíadeionización b)Unmetaldetransición c)Elementodelgrupodeloshalógenos d)Ungasnoble (O.Q.L.Murcia1996)(O.Q.L.CastillayLeón2012) Atendiendoalaconfiguraciónelectrónicadada,setratadeunelementoconsieteelectrones devalencia[Ne]3s 3p .Elelementocondichaconfiguraciónelectrónicaexternapertenece algrupo17delsistemaperiódicoysetratadeunhalógeno. Larespuestacorrectaeslac. (EnCastillayLeón2012sepidequeseidentifiquesiescloro,flúor,fósforooazufre). 3.5.Indiquecuáldelassiguientespropuestasescorrecta: a)Elion esmáselectronegativoqueelátomoneutroNe. b)Elion esmáselectronegativoqueelion . c)Elion esmáselectronegativoqueelion . d)Ningunadelasanteriores. (O.Q.L.Murcia1996) Laelectronegatividadesunapropiedadqueserefierealoselementosnoalosátomosnia losionesqueestosforman.Portantolaspropuestasa),b)yc)notienensentido. Larespuestacorrectaeslad. 3.6.¿Cuáldelossiguientesátomostienelaprimeraenergíadeionizaciónmásbaja? a)Ne b)F c)He d)Li e)O (O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Extremadura2013) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Zef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 188 Elemento He Li O F Ne Z 2 3 8 9 10 estructura electrónica 1s [He]2s 2 1 6 7 8 1 2 2 2 2 (aprox.) n [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p Lamenorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmayorvalordenymenor valordeZ (Z)queenestecasoeselLi. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Li(520)<O(1314)<F(1681)<Ne(2081)<He(2372) Larespuestacorrectaeslad. 3.7.Losionesfluoruroysodiotienenelmismonúmerodeelectrones.Portanto: a)Elradiodelionfluoruroesmayorqueelradiodelionsodio. b)Elradiodelionfluoruroesmenorqueelradiodelionsodio. c)Elradiodelionfluoruroesigualalradiodelionsodio. d)Elradiodelionfluoruroesdobledelradiodelionsodio. (O.Q.L.Murcia1997) Elelementoflúorpertenecealgrupo17yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes9. LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquecaptaunelectrónensucapa másexterna. Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas,porestemotivo,todastienenlamismaconstantedeapantallamientolo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño delaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico.Portanto,elradiodelionfluoruro esmayorqueeldelionsodio. Larespuestacorrectaeslaa. 3.8.LasegundaenergíadeionizacióndeunelementoMeslaenergíanecesariapara: a)Arrancar2molesdeelectronesde1moldeátomosdeM. b)Arrancar1moldeelectronesde1moldeiones . c)Arrancar1moldeelectronesde1moldeiones . d)Introducir1moldeprotonesen1moldeiones . (O.Q.L.Murcia1997) La energía de ionización de un átomo, I, es la energía que debe absorber un átomo en estadogaseosoparapoderquitarleelelectrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 189 Aplicadoalasegundaenergíadeionización,estasedefinecomo: “Lasegundaenergíadeionizacióndeunátomo, ,eslaenergíaquedebeabsorberun enestadogaseosoparapoderquitarleelelectrónmásdébilmenteatraidopor ion elnúcleo”. Correspondealproceso: M (g)+I M (g)+e Larespuestacorrectaeslab. 3.9.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesfalsa? a)LaprimeraenergíadeionizacióndelAresmayorqueladelCl. b)LaafinidadelectrónicadelFesmayorquelaafinidadelectrónicadelO. c)ElAsesmáselectronegativoqueelSe. d)Esmásdifícilarrancarunelectróndelionsodio( )quedelátomodeneón. (O.Q.L.Murcia1997)(O.Q.L.Madrid2009) a) Verdadero. La energía de ionización, I, se puede calcular mediante la siguiente expresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos LoselementosAryClpertenecenaltercerperiododelsistemaperiódico(n=3)porloque estefactornoinfluyealahoradedecidirlamayorenergíadeionización.Porotraparte,Ar (Z=18)yCl(Z=17),luegoIAr>ICl. b)Verdadero.Laafinidadelectrónica,AE,eslaenergíaquedesprendeunátomoenestado gaseoso cuando capta un electrón. Dentro de un mismo periodo aumenta al aumentar la cargaefectivaZ ,aproximadamente,sunúmerodeelectronesdevalencia. Laestructuraelectrónicadeloxígenoes[He]2s 2p yladelflúor[He]2s 2p ,portanto, Z (F)>Z (O),loquedeterminaqueAE(F)>AE(O). c)Falso.Laelectronegatividad,χ,midelacapacidadquetieneunátomoparaatraerhacia síloselectronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelos valores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumentaalaumentarambaspropiedades.Laelectronegatividaddeunelementoesmayor cuantomenoressuradioatómicoycuantomayoressucarganuclearefectiva.Portanto, laelectronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln ‐periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: As:[Ar]3d 4s 4p Se:[Ar]3d 4s 4p Setratadedoselementosdelmismoperiodo,peroelnúmeroatómicodelSe(34)esmayor queeldelAs(33),porloqueelprimeroesmáselectronegativo. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 190 d)Verdadero.Lasconfiguracioneselectrónicasdeambasespeciesson,respectivamente: Elelementoneónpertenecealgrupo18yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes10. Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas,porestemotivo,todastienenlamismaconstantedeapantallamientolo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico)enestecasoelNa .Altenerel mismo valor de n (n = 2) este factor no influye a la hora de decidir la mayor energía de ionización. La especie con mayor Z , Na , es la que presenta mayor dificultad para arrancarleunelectrón. Consultandolabibliografía,losvalores(kJ/mol)son: (4562)>INe (2081) I Larespuestacorrectaeslac. 3.10.¿Cuáldelossiguientesátomostienelaprimeraenergíadeionizaciónmásalta? a)Ne b)Ar c)F d)O e)Mg (O.Q.L.CastillayLeón1997) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento O F Ne Mg Ar Z 8 9 10 12 18 estructura electrónica [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p [Ne]3s 6 7 8 2 8 2 2 2 3 3 (aprox.) n [Ne]3s 3p CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 191 Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z)queenestecasoeselNe. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Mg(738)<O(1314)<F(1681)<Ar(1521)<Ne(2081) Larespuestacorrectaeslaa. 3.11. Las electronegatividades de los elementos químicos potasio, calcio, fósforo y cloro crecenenelorden: a)K<Ca<P<Cl b)Cl<P<Ca<K c)Ca<K<Cl<P d)K<Ca<Cl<P e)Ca<K<P<Cl (O.Q.L.CastillayLeón1997) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. ‐periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: P[Ne]3s 3p Cl[Ne]3s 3p K[Ar]4s Ca[Ar]4s Sepuedeplantearlasiguientetablaconloselementosdados: Elemento (aprox.) n P 5 3 Cl 7 3 K 1 4 Ca 2 4 Teniendo en cuenta los valores de n y de Z , los elementos el orden creciente de electronegatividades: K(0,82)<Ca(1,00)<P(2,19)<Cl(3,16) Larespuestacorrectaeslaa. 3.12.Loselementosmetálicossecaracterizanpor: a)Sergases. b)Cederelectronescuandohayalguienencondicionesdeaceptarlos. c)Fundiratemperaturasmuyaltas. d)Tomarelectronesdeloxígenodelaireconfacilidad. (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.CastillayLeón2008) Los metales son, generalmente, elementos con bajas energías de ionización, por tanto cedenfácilmenteelectronesyseoxidan. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 192 3.13.Señalelaproposicióncorrecta: a)Lospotencialesdeionizaciónsucesivosdeunátomosoncadavezmenores. b)Unátomoqueensuestadofundamental,elvalormáximodelnúmerocuánticoesn=3,no puedetenermásde18electrones. c)Enunátomohidrogenoide(unsoloelectrón),laenergíadelelectrónenelorbitalconn= 2,l=0esmenorquelaenergíaenelorbitalconn=2yl=1. d)Elprimerpotencialdeionizacióndeunátomoconnelectronesessiempremenorqueelde unátomocon(n+1)electrones. e)Paraunátomohidrogenoide,laenergíadelelectrónenunorbitalconn=1yl=0,esla mínimaquepuedetener. (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Extremadura2005) a)Falso.Laenergíaopotencialdeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Conforme el átomo va perdiendo electrones va aumentando el valor de Z y con ello el valordelaenergíadeionización. b) Verdadero. Un átomo que su estado fundamental tiene un valor máximo del número cuántico n = 3 será de un elemento del tercer periodo del sistema periódico. La configuraciónelectrónicadelúltimoelementodeeseperiodoes: 1s 2s 2p 3s 3p quecomoseobservatiene18electrones. c)Verdadero.Unorbitalcuyosnúmeroscuánticossonn=2yl=0esunorbital2syun orbital cuyos números cuánticos son n = 2 y l = 1 es un orbital 2p. De acuerdo con el diagramadeMoellerdellenadodeorbitales,laenergíadelorbital2sesmenorqueladel 2p. d)Falso.Laenergíadeionizacióndeunelementoconnelectrones,porejemploelHe,es mayorqueladelelementosiguientecon(n+1)electrones,enestecasoelLi. e)Verdadero.Unorbitalcuyosnúmeroscuánticossonn=1yl=0esunorbital1squees eldemenorenergía. Lasrespuestascorrectassonlab,cye. 3.14.¿Cuáldelossiguienteselementostieneelsegundopotencialdeionizaciónmásbajo? a)Na b)O c)Ca d)K e)Ne (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.LaRioja2014) Lasegundaenergíadeionización,I ,sedefinecomo: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 193 “la energía que debe absorber un ion en estado gaseoso para poder quitarle el electrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo”. M (g)+I M (g)+e Las configuraciones electrónicas de los elementos dados y de sus respectivos iones monopositivosson,respectivamente: O[He]2s 2p O [He]2s 2p Ne[He]2s 2p Ne [He]2s 2p Na[Ne]3s Na [He]2s 2p K[Ar]4s K [Ne]3s 3p Ca[Ar]4s Ca [Ar]4s Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Tendrá menor 2ª energía de ionización el elemento que presente mayor valor de n y menorvalordeZ . Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Especie Z estructura electrónica (aprox.) n 8 10 11 [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p 19 20 [Ne]3s 3p [Ar]4s 5 7 8 8 1 2 2 2 3 4 SegúnlosvaloresdeZ yn,elelementoconmenor2ªenergíadeionizacióneselCa. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI (kJ/mol)son: Ca(1145)<K(3051)<O(3388)<Ne(3952)<Na(4562) Larespuestacorrectaeslac. 3.15.Unelementoconconfiguraciónelectrónicaexterna : a)Nopuedeconducirbienlacorrienteeléctricapuestoquenotieneelectronesdesapareados. b)Puedeconducirlacorrienteeléctricaporquelabanda solapaconbandassuperiores. c) Si no solapa con bandas superiores, su conductividad eléctrica disminuye con la temperatura. d)Conducirábienelcalorperonolaelectricidad. e)Esunhalógenoyportantonoesunbuenconductor. (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.N.Tarazona2003) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 194 Un elemento con esa configuración electrónica podría ser el magnesio que tiene sus dos electrones externos en el orbital 3s. Según la teoría del orbital molecular existirán el orbital molecular enlazante y el antienlazante. Dado el gran número de átomos que puedenformarunamuestrademetalelconjuntodeorbitalesenlazantesenlosqueestán contenidos los electrones 3s forman la banda de valencia y los antienlazantes, que se encuentran vacíos, la banda de conducción, que es energéticamente muy cercana a la bandadevalenciaypermiteelmovimientodeloselectronesporella. Larespuestacorrectaeslab. 3.16.¿Encuáldelossiguientespareshayuncambioenlatendenciaperiódicadelpotencial deionización? a)O–F b)F–Ne c)Be–B d)Cl–Ar e)C–N (O.Q.N.Burgos1998) Dentrodeunperiodo,elpotencialdeionizaciónaumentaalaumentarelnúmeroatómico del elemento. De acuerdo con esta tendencia, en la pareja Be‐B, es al primero al que deberíacorresponderlelamenorenergíadeionización,peroexisteunaanomalíaentrelos valoresdelBeyB. Como ambos elementos son del segundo periodo (n =2), la energía de ionización únicamentedependedelvalordeZ .Deacuerdoconestosvalores,elelementoconmenor energíadeionizacióndeberíaserelBe,peroexisteunaanomalíaentrelosvaloresdelBey B.SetienequeZ (B)>Z (Be),yaqueelprimerotienemáselectronesdevalencia(s2p1) queelsegundo(s ).Portanto,teniendoencuentaambosfactores,laenergíadeionización delBdeberíasermayorqueladelBe.Estaanomalíasedebeaqueelúnicoelectrónp1del boro se encuentra bien protegido por los electrones s y los internos. Por tanto, se necesita menos energía para arrancar ese electrón p que para quitar uno de los electroness apareadosdelmismoniveldeenergía. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: B(801)<Be(900) Larespuestacorrectaeslac. 3.17.Laprimeraenergíadeionizacióndelosátomosdeloselementosdeunmismogrupode laTablaPeriódicadisminuyealavezqueaumentaelnúmeroatómicodelelemento.¿Cuálde lossiguientesfactoresvaainfluirmásenello? a)Elaumentodelradioatómico b)Ladisminucióndelaenergíadeenlace c)Elaumentodelacarganuclear d)Elaumentodelamasaatómica (O.Q.L.Murcia1998) Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) Lacarganuclearefectivaenungruposemantieneconstantedeformaquenoinfluyeenla variacióndelaenergíadeionizacióndentrodelgrupo. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 195 Elvalordenaumentaconformesecambiaaunperiodosuperior.Tambiénsepuededecir quealcambiaralperiodosuperioraumentaelvalordelradio. Larespuestacorrectaeslaa. 3.18.LaconfiguraciónelectrónicadelosátomosdeunciertoelementoXes: 1 2 2 ¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta? a)Xesunelementodemarcadocaráctermetálico. b)Xescapazdeformarconfacilidadaniones. c)Xesunelementodetransición. d)Xpuedepresentarnúmerosdeoxidación–1y+7. (O.Q.L.Murcia1998) A la vista de la configuración electrónica dada se trata de un elemento que si capta un electrónparaformarunaniónmonovalenteadquiereconfiguracióndegasinerte: 1s 2s 2p +e 1s 2s 2p Larespuestacorrectaeslab. 3.19. Las especies químicas , corresponderleunmenorvolumen? a) b)Ne c) d) , Ne y son isoelectrónicas. ¿A cuál de ellas debe (O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.L.LaRioja2006) Elelementoflúorpertenecealgrupo17yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes9. LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquecaptaunelectrónensucapa másexterna. Elelementooxígenopertenecealgrupo16yperiodo2delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtiene quesunúmeroatómicoes8. LaconfiguraciónelectrónicadelionO es[He]2s 2p yaquecaptadoselectronesensu capamásexterna. Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas,porestemotivo,todastienenlamismaconstantedeapantallamientolo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño de la especie decrece al aumentar el número atómico. Por tanto, el menor volumen le . correspondealaespecieconmayorZ,el CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 196 ElNeesunátomoynotienesentidocompararvolúmenesatómicosconiónicos. Larespuestacorrectaeslad. (EnlacuestiónpropuestaenLaRioja2006soloaparecenNa yF ysepreguntamayor volumen). 3.20.¿Cuáldelossiguienteselementosesmáselectronegativo? a)O b)S c)Si d)Ga (O.Q.L.CastillayLeón1998) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. ‐periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: O[He]2s 2p Si[Ne]3s 3p S[Ne]3s 3p Ga[Ar]3d 4s 4p Sepuedeplantearlasiguientetablaconloselementosdados: Elemento (aprox.) n O 6 2 Si 4 3 S 6 3 Ga 3 4 TeniendoencuentalosvaloresdenydeZ ,elelementomáselectronegativoesO. Larespuestacorrectaeslaa. 3.21. Los elementos químicos situados en una misma columna del sistema periódico presentanunaspropiedadesquímicasanálogasdebidoaque: a)Suvolumenatómicoesanálogo. b)Poseenenergíasdeionizaciónparecidas. c)Tienenlamismacarganuclear. d)Suestructuraelectrónicaexternaesanáloga. (O.Q.L.CastillayLeón1998)(O.Q.L.CastillayLeón2007)(O.Q.L.CastillayLeón2008) Las propiedades químicas de los elementos dependen del número de electrones de valencia que posean. Los elementos de un grupo tienen, salvo excepciones, la misma estructuraelectrónicaexterna. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 197 3.22. Dados los elementos químicos K, Na, Mg y Br y teniendo en cuenta la energía de ionización correspondiente al primer electrón quedarían ordenados en función del valor crecientedelamismadelaforma: a)K<Na<Mg<Br b)Na<K<Mg<Br c)Br<K<Na<Mg d)Mg<Br<Na<K (O.Q.L.CastillayLeón1998) Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Tendrámenorenergíadeionizaciónelelementoquepresentemayorvalordenymenor valordeZ . Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n Na 11 Mg 12 K 19 [Ne]3s [Ne]3s [Ar]4s 1 3 2 3 1 4 Br 35 [Ar]3d 4s 4p 7 4 El elemento con menor energía de ionización es el K (menor Z y mayor n), y por el contrario,eldemayorenergíadeionizacióneselBr(aunquetengamayornelvalordeZ es el máximo). Los elementos Mg y Na tienen el mismo valor de n, por lo que el factor determinanteeselvalordeZ .Entreambos,tienemenorenergíadeionizaciónelNaque tienemenorZ . Elordencrecientedeenergíadeionizacióncorrectoes: K<Na<Mg<Br Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: K(419)<Na(496)<Mg(738)<Br(1140) Larespuestacorrectaeslaa. 3.23.Engeneralunátomoconelectronegatividadelevadatiene: a)Númeroatómicopequeño. b)Radioatómicoelevado. c)Tendenciaaformarionespositivos. d)Elevadopotencialdeionización. (O.Q.L.CastillayLeón1998) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 198 aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menoressuradioatómicoycuantomayoressucarganuclearefectiva. a) Falso. El número atómico no es determinante a la hora de establecer la electronegatividaddeunelemento. b)Falso.Segúnsehaexplicado,unelementoestantomáselectronegativocuantomenores suradio. c)Falso.Loselementosmuyelectronegativostiendenaformaranionesynocationes. d) Verdadero. Según se ha explicado, un elemento es tanto más electronegativo cuanto mayoressupotencialdeionización. Larespuestacorrectaeslad. 3.24.Lossucesivospotencialesdeionizacióndeunelemento(eneV)son: 8,3;25,1;37,9;259,3 Señalelaproposicióncorrecta: a)Laconfiguraciónelectrónicaexternadelelementoes . b)Laconfiguraciónelectrónicaexternadelelementoes . c)Elelementopertenecealgrupo4delsistemaperiódico. d)Elelementopertenecealgrupodelosalcalinotérreos. e)Noperteneceaningunodelosgruposanteriores. (O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Murcia2007) Suponiendoquelaenergíadeionizacion,Iesproporcionalalacarganuclearefectiva,Z , y haciendo la aproximación de que un electrón apantalla a un protón, los valores de Z = 1, 2, 3, …determinan que los electrones que se encuentran en un mismo orbital presentanlarelaciónI/Z ≈cte. Enestecaso: I = 8,3 25,1 37,9 259,3 =8,3eVI = =12,55eVI = =12,63eVI = =64,82eV 1 2 3 4 Elprimervalor,I ,diferentealossiguientesindicaqueelelectrónseencuentrasoloenese orbital;losvalores,I ≈I ,indicanquelosdossiguienteselectronesestánsituadosenun mismo tipo de orbital que debe ser s. El siguiente valor, I , mucho mayor que los anteriores, indica que el siguiente electrón debe estar situado en un orbital en una capa conunvalordeninferioraldeloselectronesextraídos. Portanto,laestructuraelectrónicaexternadelelementodebeser . Larespuestacorrectaeslab. 3.25.¿Cuáldelossiguientesátomostienelaprimeraenergíadeionizaciónmásbaja? a)B b)N c)O d)Ne e)Be (O.Q.N.Almería1999) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I=1312 199 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Be B N O Ne Z 4 5 7 8 10 estructura electrónica [He]2s (aprox.) n [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p 2 3 5 6 8 2 2 2 2 2 Como todos los elementos son del segundo periodo (n =2), la energía de ionización únicamentedependedelvalordeZ .Deacuerdoconestosvalores,elelementoconmenor energíadeionizacióndeberíaserelBe,peroexisteunaanomalíaentrelosvaloresdelBey B.SetienequeZ (B)>Z (Be),yaqueelprimerotienemáselectronesdevalencia(s p ) queelsegundo(s ).Portanto,teniendoencuentaambosfactores,laenergíadeionización delBdeberíasermayorqueladelBe.Estaanomalíasedebeaqueelúnicoelectrónp del boro se encuentra bien protegido por los electrones s y los internos. Por tanto, se necesita menos energía para arrancar ese electrón p que para quitar uno de los electroness apareadosdelmismoniveldeenergía. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: B(801)<Be(900)<O(1314)<N(1402)<Ne(2081) TambiénexisteunaanomalíaenlosvaloresdelNyO. Larespuestacorrectaeslaa. 3.26. Si la primera energía de ionización del helio es 2,37 MJ/mol, la primera energía de ionizacióndelneónenMJ/moles: a)2,68 b)0,11 c)‐2,68 d)2,37 e)2,08 (O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Baleares2012) Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 200 Lacarganuclearefectivaenungruposemantieneconstantedeformaquenoinfluyeenla variacióndelaenergíadeionizacióndentrodelgrupo. Para el He, elemento del primer periodo del sistema periódico, n = 1, y para neón, elementodelsegundoperiodo,n=2.Deacuerdoconestosvalores,I <I porloqueel únicovalorposibledelospropuestosparaelNees2,08MJ/mol. Larespuestacorrectaeslae. 3.27.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta? a)Laconfiguraciónelectrónicadel esdiferentealadelNe. b)Losionesdelosmetalesdetransicióntienentodoslosorbitalesdsemiocupados. c)Elátomodeunelementoalcalinotienenmayorradioqueeldelhalógenodelmismoperíodo. d) La configuración electrónica 1 2 2 3 5 corresponde a un metal alcalino del período5delaTablaPeriódicaensuestadofundamental. (O.Q.L.Murcia1999) a)Falso.Elelementoneónpertenecealgrupo18yperiodo2delsistemaperiódicoporlo quesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . El elemento sodio pertenece al grupo 1 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas. b)Falso.Enelcasodelosionesdelhierroelementoquepertenecealgrupo8yperiodo4 delsistemaperiódicolaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s 3d ,sísecumple lapropuestadequelosorbitalesdestánsemillenos. La configuración electrónica abreviada de los iones Fe y Fe es, respectivamente, [Ar] 3d y [Ar] 3d , ya que cede, respectivamente, dos y tres electrones de su capa más externa: 4s Fe 3d 4s Fe 3d En el caso de los iones del cromo elemento que pertenece al grupo 6 y periodo 4 del sistemaperiódicolaconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s 3d ,nosecumplela propuestadequetodoslosorbitalesdesténsemillenos. La configuración electrónica abreviada de los iones Cr y Cr es, respectivamente, [Ar] 3d y [Ar] 3d , ya que cede, respectivamente, dos y tres electrones de su capa más externa: Cr 4s 3d Cr 4s 3d c) Verdadero. El radio dentro de un periodo decrece a medida que aumenta la carga nuclearyconellalacarganuclearefectiva.Estaesmínimaalprincipiodelperiodo(grupo 1,alcalinos)ymáximaalfinal(grupos17y18,halógenosygasesinertes). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 201 Consultandolabibliografíasepuedeescribirlasiguientetablaparaloselementosdel3er periododelsistemaperiódico: Elemento Z (aprox.) Radio/pm Na 11 1 186 Mg 12 2 160 Al 13 3 143 Si 14 4 117 P 15 5 110 S 16 6 104 Cl 17 7 99 Ar 18 8 98 d)Falso.Laestructuraelectrónicapropuestacorrespondeaunátomoenunestadoexcitado ya que se incumple el Principio de Mínima Energía de llenado de orbitales al ocuparse el orbital5s(demayorenergía)antesqueel3p. Laestructuraelectrónicaparaeseátomoenelestadofundamentalsería: 1s 2s 2p 3s 3p Alavistadeesaestructuraelectrónica,elvalormáximoden=3indicaquesetratadeun elementodeltercerperiododelsistemaperiódicoquenoesmetalalcalino(ns ). Larespuestacorrectaeslac. 3.28.Lapérdidadeunelectrónesuna: a)Desgracia b)Pirólisis c)Ionización d)Protonación (O.Q.L.Murcia1999) Cuandounátomopierdeunelectrónquedacargadopositivamente.Porejemplo: Na(g)+I Na (g)+e Elprocesoesunaionizaciónylaenergíaasociadaalmismoeslaenergíadeionización. Lapirólisisesladescomposicióndeunasustanciaorgánicaporelcalorenunaatmósfera sinoxígeno. Laprotonacióneselprocesoenelqueunabasecaptaunprotón. Larespuestacorrectaeslac. 3.29. ¿Cuál de los siguientes iones isoelectrónicos tendrá, presumiblemente, un menor radio iónico? a) (Z=25) b) (Z=15) c) (Z=16) d) (Z=22) e) (Z=20) f)Ar(Z=18) g) (Z=17) h) (Z=19) i) (Z=24) (O.Q.L.Murcia1999)(O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Extremadura2003)(O.Q.L.Extremadura2013) Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas, en este caso, [Ne] 3s 3p . Por este motivo, todas tienen la misma constante de apantallamiento lo que hace que la fuerza de atracción del núcleo sobre el electrón más externo sea mayor en el núcleo con mayor número de protones (número atómico).Enotraspalabras,elradiodelaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. . Portanto,elmenorradiolecorrespondealaespecieconmayorZ,el RespectoalAr,notienesentidocompararradiosiónicosconatómicos. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 202 Larespuestacorrectaeslaa. (EstacuestiónhasidopropuestaenvariaspruebascondiferenteselementosyenMurcia 1999yExtremadura2013noseproporcionabanlosnúmerosatómicos). 3.30.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta? a)Laprimeraenergíadeionizacióndelmagnesioesmenorqueladelsodio. b)Elradiodelion esmayorqueeldelion . c)Elradiodelion esigualqueeldelion . d)Lasegundaenergíadeionizacióndelsodioesmenorqueladelmagnesio. (O.Q.L.Murcia1999) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). ParaloselementosNayMgsepuedeplantearlasiguientetabla: Especie Z estructura electrónica (aprox.) n Na 11 Mg 12 11 12 [Ne]3s [Ne]3s [He]2s 2p [He]2s 2p 1 3 2 3 8 2 8 2 a)Falso.Laenergíadeionizacióndelsodioesmenorqueladelmagnesio. Consultandolabibliografía,losvalores(kJ/mol)son,respectivamente: INa(496)<IMg(738) d)Falso.LaenergíadeionizacióndelNa esmenorqueladelMg yaqueambostienen elmismovalordenperolacarganuclearefectivadeesteúltimoesmayor. b)Verdadero.Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódico porloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Elelementomagnesiopertenecealgrupo2yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . LaconfiguraciónelectrónicadelionMg capamásexterna. es[He]2s 2p yaquecededoselectronesdesu Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas.Porestemotivo,ambastienenlamismaconstantede apantallamientolo CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 203 quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,elradiode la especie decrece al aumentar el número atómico. Por tanto, el mayor radio le . correspondealaespecieconmenorZ,el Consultandolabibliografía,losvaloresdelosradios(pm)son,respectivamente: Na (99)>Mg (72) c)Falso.Segúnhadiscutidoenelapartadoanterior. Larespuestacorrectaeslab. 3.31.Unelementoquímicoquepresentalaspropiedadessiguientes: 1)altaenergíadeionización 2)altaafinidadelectrónica 3)muchoselectronesdevalencia 4)estructura 5)siempreactúaconnúmerodeoxidación‐1 a)O b)N c)Unalcalinotérreo d)F (O.Q.L.CastillayLeón1999) Alavistadelaestructuraelectrónicadadaconsieteelectronesdevalencians np ,quiere decir que se trata de un elemento que pertenece al grupo 17 del sistema periódico (halógenos)queestáintegradoporloselementos: F Flúor Cl Cloro Br Bromo I Iodo At Astato Si presenta altos valores de la energía de ionización y de la afinidad electrónica, quiere decirquedifícilmentecedeunelectrónyfácilmentelocaptaparaparaadquirirestructura electrónica de gas inerte. Esto motiva que su único número de oxidación sea solo ‐1. El elementopropuestoquereúneesascaracterísticaseselflúor(F). Larespuestacorrectaeslad. 3.32.¿Cuáldelassiguientesafirmaciones,referidasaloselementosqueconstituyenlaTabla Periódica,esincorrecta? a)Laspropiedadesdeloselementossonfuncionesperiódicasdesusnúmerosatómicos. b)Haymáselementosnometálicosquemetálicos. c)Hayunoscuantoselementosquetienenpropiedadesintermediasentrelosmetalesylosno metales. d)Elcomportamientocomometaldeunelementodisminuyealirdeizquierdaaderechaalo largodeunperíodo. (O.Q.L.Murcia2000)(O.Q.L.Murcia2001)(O.Q.L.LaRioja2011) a) Verdadero. Las propiedades de los elementos dependen del número de electrones de valencia(externos)quetengan.EstenúmeroestádeterminadoporelnúmeroatómicoZ. b) Falso. Los elementos no metálicos del sistema periódico se caracterizan por tener energías de ionización, afinidades electrónicas y electronegatividades elevadas. Son muy pocos: F, O, Cl, N, Br, I, S, Se, C, H, P y At (radiactivo). Todos ellos envían su electrón diferenciadoraunorbitalp. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 204 c)Verdadero.Loselementosdelsistemaperiódicollamadosmetaloidesosemimetalesse caracterizanpropiedadesintermediasentrelasdelosmetalesylosnometales.Sonmuy pocos:B,Si,Ge,As,Sb,TeyPo(radiactivo).Todosellosenvíansuelectróndiferenciadora unorbitalp. d)Verdadero.Elcomportamientometálicodeunelementodisminuyeconformeseavanza en un periodo, ya que se va poblando de electrones el nivel y con ello se pierde la capacidaddecederelectrones(oxidarse)característicadelosmetales. Larespuestacorrectaeslab. 3.33.Delelementoquímicodeconfiguraciónelectrónica1 2 2 3 3 3 4 4 Sepuedeconfirmarque: a)Esunmetal. b)Formauncatiónmonovalente. c)Presentatresvalenciascovalentesyunaiónica. d)FormaconelhidrógenouncompuestomonovalentequedisueltoenaguadapHácido. e)Formamoléculastriatómicas. (O.Q.N.Murcia2000) Alavistadelaconfiguraciónelectrónicadada,elvalormáximoden=4indicaquesetratade unelementodelcuartoperiododelsistemaperiódicoycomotiene7electronesdevalencia (s p )pertenecealgrupo17(halógenos)queestáintegradoporloselementos: F Flúor (n=2) Cl Cloro (n=3) Br Bromo (n=4) I Iodo (n=5) At Astato (n=6) EsteelementoformaconelhidrógenoelcompuestoHBrquedisueltoenaguaformauna disoluciónconpHácidosegúnlaecuación: HBr(aq)+H O(l)Br (aq)+H O (aq) Larespuestacorrectaeslad. 3.34.Dadassiguienteslasafirmaciones,indiquecuáleslarespuestacorrecta: 1)Porreglageneral,elradioatómicoenunperiododisminuyedeizquierdaaderecha. 2)Porreglageneral,elradioatómicoenungrupoaumentadearribahaciaabajo. 3)Porreglageneral,paratodoelementolasegundaenergíadeionizaciónesmayor quelaprimera. 4)Porreglageneral,elradiode esmayorqueeldeA. a)Solola1y3sonciertas b)Solola2y3sonciertas c)La1esfalsayla2escierta d)Todassonciertas (O.Q.L.CastillayLeón2000) 1) Verdadero. Conforme se avanza en un periodo crecen la carga nuclear Z y la carga nuclear efectiva Z , esto determina una mayor atracción por parte del núcleo sobre los electronesyconellounadisminucióndelradioatómico. 2)Verdadero.Conformeseavanzaenungrupocreceelnúmerodecapaselectrónicas,lo quedeterminaqueloselectronesse encuentran cadavezmásalejadosdelnúcleoporlo queseregistraunaumentodelradioatómico. 3) Verdadero. La energía de ionización, I, se puede calcular mediante la siguiente expresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I=1312 205 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Conforme un átomo va perdiendo electrones disminuye el efecto pantalla y por eso aumentalacarganuclearefectiva.Además,esposiblequealperderelsegundoelectrónel siguientepertenezcaalacapaanteriorconloquedisminuyeelvalorden.Portanto,siZ aumentaynsemantieneconstanteodisminuyelosvaloresdelasenergíasdeionización sucesivasvansiendocadavezmásgrandes. 4) Verdadero. Al formarse el anión A aumenta el número de electrones y con ello, aumenta la constante de apantallamiento y disminuye la carga nuclear efectiva, lo que hace quela fuerzade atraccióndel núcleosobre elelectrón más externosea menor. Por tanto,elradiodelaniónesmayorqueeldelátomoneutro. Larespuestacorrectaeslad. 3.35.Dadassiguienteslasafirmaciones,indiquecuáleslarespuestacorrecta: +. 1)Enlasespecies , y ,elordenderadioses: > > 2)LaprimeraafinidadelectrónicadelO(Z=8)esmayorquelaprimeraafinidaddelN (Z=7). 3)Unaestructuraelectrónica representaunalcalino. 4)Unaestructuraelectrónica representaunalcalinotérreo. a)Solola3y4sonciertas b)Solola1esfalsa c)Solola1escierta d)Todassonciertas (O.Q.L.CastillayLeón2000) 1)Falso.AlformarseelaniónH aumentaelnúmerodeelectronesyconello,aumentala constante de apantallamiento y disminuye la carga nuclear efectiva, lo que hace que la fuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamenor.Portanto,elradio delaniónesmayorqueeldelátomoneutro. Alformarseelcatióndisminuyeelnúmerodeelectronesyconello,disminuyelaconstante de apantallamiento y aumenta la carga nuclear efectiva, lo que hace que la fuerza de atraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayor.Portanto,elradiodelanión esmenorqueeldelátomoneutro. LasespeciesHe yLi sonisoelectrónicasyenestecasolaatracciónesmayorporparte delnúcleoconmayornúmerodeprotones(Z).Poresemotivo,elradiodelHe esmayor queeldelLi . Elordendecrecientederadioscorrectoes: H >He >Li 2)Verdadero.Laafinidadelectrónica,AE,eslaenergíaquedesprendeunátomogaseoso cuandocaptaunelectrón. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 206 Elnitrógeno(Z=7)yelO(Z=8)sonelementosdelmismoperiodoperoeseloxígenoel que tiene mayor carga nuclear efectiva Z lo que hace que tenga mayor capacidad para incorporarelectronesensuúltimacapa. 3) Verdadero. Un átomo cuya estructura electrónica es ns1 tiene un único electrón de valenciaporloquepertenecealgrupo1llamadodelosmetalesalcalinos. 4)Verdadero.Unátomocuyaestructuraelectrónicaesns tienedoselectronesdevalencia porloquepertenecealgrupo2llamadodelosmetalesalcalinotérreos. Larespuestacorrectaeslab. 3.36.Dadassiguienteslasafirmaciones,indiquecuáleslarespuestacorrecta: 1)Laprimeraenergíadeionizacióneslaenergíaquehayquesuministraraun elementoneutroenelestadosólidoparatransformarloenunmonocatión. 2)Laprimeraenergíadeionizacióneslaenergíaquehayquesuministraraun elementoparaqueunelectróndelestadofundamentalpasealestadoexcitado. 3)Laprimeraenergíadeionizacióneslaenergíaquedesprendecuandounelemento captaunelectrón. 4)Unelementoconunaestructuraelectrónicaexterna3 3 pertenecealgrupo14. a)Solola1escierta b)Solola3escierta c)Solola4escierta d)Ningunaescierta (O.Q.L.CastillayLeón2000) Laenergíadeionización,I,eslaenergíaquedebeabsorberunátomoen estadogaseoso parapoderquitarleelelectrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo. 1)Falso.Debeseraunátomoyenestadogaseoso. 2)Falso.Debeseraunátomoyparaquitarleelelectrón. 3)Falso.Debeseraunátomoylaenergíaseabsorbe. 4)Falso.Alavistadeesaestructuraelectrónicapropuesta,elvalormáximoden=3indica quesetratadeunelementodeltercerperiododelsistemaperiódicoys p quetienecinco electronesdevalenciaporloquepertenecealgrupo15delsistemaperiódico(esteperiodo notienelosdiezelectronesdinternos). Larespuestacorrectaeslad. 3.37.Sobreelelementoconunaestructuraelectrónica[Ne]3 sepuededecirque: 1)Esunelementorepresentativo. 2)Pertenecealgrupodelosmetalesalcalinotérreos. 3)PertenecealgrupodeCu,AgyAu. 4)Pertenecealgrupodelosmetalesalcalinos. a)Solola1y4sonciertas b)Solola3y4sonfalsas c)Solola2y4sonciertas d)Solola2escierta (O.Q.L.CastillayLeón2000) Alavistadeesaestructuraelectrónicapropuesta,elvalormáximoden=3indicaquesetrata deunelementodelcuartoperiododelsistemaperiódicoys quetieneunúnicoelectrónde CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 207 valencia por lo que pertenece al grupo 1 (metales alcalinos) integrado por los siguientes elementos: Li Litio (n=2) Na Sodio (n=3) K Potasio (n=4) Rb Rubidio (n=5) Cs Cesio (n=6) Fr Francio (n=7) Setratadelsodiounelementorepresentativoyaquetienensuselectronesdevalenciaenun subnivels. Larespuestacorrectaeslaa. 3.38.Lasprimerascincoenergíasdeionización(eneV)paraunciertoelementoson: 7,6;15,0;80,1;109,3;141,2 Laconfiguraciónelectrónicamásprobabledeesteelementoes: a) b) c) d) e) (O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Madrid2010)(O.Q.L.PreselecciónValencia2013) Suponiendoquelaenergíadeionizacion,Iesproporcionalalacarganuclearefectiva,Z , y haciendo la aproximación de que un electrón apantalla a un protón, los valores de Z = 1, 2, 3, …determinan que los electrones que se encuentran en un mismo orbital presentanlarelaciónI/Z ≈cte. Enestecaso: I = 7,6 15,0 =7,6eVI = =7,5eV 1 2 Los dos primeros valores, I ≈ I , indican que los dos electrones más externos están situadosenunmismotipodeorbitalquedebesers. I = 80,1 109,3 141,2 =26,7eVI = =27,3eVI = =28,2eV 3 4 5 Lossiguientesvalores,I ≈I ≈I mayoresquelosanteriores,indicanquelossiguientes electronesdebenestarsituadosenunorbitalenunacapaconunvalordeninferioralde loselectronesextraídos. Portanto,laestructuraelectrónicaexternadelelementodebeserns2. Larespuestacorrectaeslab. 3.39.¿Cuáldelossiguientesprocesosseproduciráconmayorvariacióndeenergía? a)Si(g) (g)+ b) (g) (g)+ c) (g) (g)+ d) (g) (g)+ (O.Q.L.Murcia2001) Setratadeprocesosdeionizaciónylasenergíasasociadasalosmismossonlasenergías deionizaciónsucesivas. Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I=1312 208 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Conforme un átomo va perdiendo electrones disminuye el efecto pantalla y por eso aumentalacarganuclearefectiva.Además,esposiblequealperderelsegundoelectrónel siguientepertenezcaalacapaanteriorconloquedisminuyeelvalorden.Portanto,siZ aumentaynsemantieneconstanteodisminuyelosvaloresdelasenergíasdeionización sucesivasvansiendocadavezmásgrandes. Larespuestacorrectaeslad. 3.40.¿Cuáldelassiguientesespeciesisoelectrónicastienemenorradio? a) b) c) d) e) f)Ne (O.Q.L.Murcia2001)(O.Q.N.Oviedo2002)(O.Q.N.Luarca2005)(O.Q.L.Murcia2010) (O.Q.L.Cantabria2011)(O.Q.L.PreselecciónValencia2013)(O.Q.L.LaRioja2013)(O.Q.L.Cantabria2014) Elelementooxígenopertenecealgrupo16yperiodo2delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtiene quesunúmeroatómicoes8. LaconfiguraciónelectrónicadelionO es[He]2s 2p yaquecaptadoselectronesensu capamásexterna. Elelementoflúorpertenecealgrupo17yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes9. LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquecaptaunelectrónensucapa másexterna. Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Elelementomagnesiopertenecealgrupo2yperiodo3delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtieneque sunúmeroatómicoes12. LaconfiguraciónelectrónicadelionMg capamásexterna. es[He]2s 2p yaquecededoselectronesdesu Elelementoaluminiopertenecealgrupo13yperiodo3delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtiene quesunúmeroatómicoes13. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 209 LaconfiguraciónelectrónicadelionAl es[He]2s 2p yaquecedetreselectronesdesu capamásexterna. Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas. Por este motivo, todas tienen la misma constante de apantallamiento lo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,elradiode la especie decrece al aumentar el número atómico. Por tanto, el menor radio le yelmayorradioal . correspondealaespecieconmayorZ,el Losvalores(pm)encontradosenlabibliografíason: O (140)>F (133)>Na (99)>Mg (72)>Ne(71)>Al (53) Respecto al elemento neón, aunque su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p y es isoelectrónico con el resto de las especies, no tiene sentido comparar radios iónicosconradiosatómicosloquesecompruebaalverlosvaloresexperimentales. Larespuestacorrectaeslae. (EnlacuestiónpropuestaenLuarca2005sereemplazaelAl porelNe,seindicaquese trata de especies isoelectrónicas y se pregunta a cuál le corresponde el mayor radio, lo mismoqueMurcia2010.Valencia2013noincluyeelAl .LaRioja2013preguntamayor radio.EnCantabria2011y2014sepreguntamayorradio). 3.41.¿Cuáldelossiguienteselementospuedeencontrarseenlanaturalezaenformanativa? a)Oro b)Calcio c)Sodio d)Cinc (O.Q.L.Murcia2001) Los elementos sodio, calcio y cinc son excelentes reductores que tienden a ceder electrones y oxidarse de ahí que en la naturaleza aparezcan combinados con otros elementosformandocompuestosestables. El oro es un elemento muy estable y resistente al ataque químico de forma que se encuentraenformanativaenlanaturaleza. Larespuestacorrectaeslaa. 3.42.Establecidaslaspremisassiguientes: 1)LaafinidadelectrónicadelP<Si. 2)Engeneral,lassegundasafinidadeselectrónicassonnegativas. 3)El esmásestablequeel . 4)Laafinidadelectrónicaeslaenergíadesprendidacuandounelementoquímico captaunelectrón. Señalecuáldelaspropuestassiguientesesválida: a)Falsapremisa3 b)Falsaspremisas2y4 c)Ciertas2y3 d)Ciertapremisa4. (O.Q.L.CastillayLeón2001) 1‐4)Cierto.La afinidad electrónica, AE,esla energíaquedesprendeun átomo en estado gaseoso cuando capta un electrón. Dentro de un mismo periodo aumenta al aumentar la cargaefectivaZ ,aproximadamente,sunúmerodeelectronesdevalencia. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 210 Laestructuraelectrónicadelfósforoes[Ne]3s 3p ,yladelsilicio[Ne]3s 3p : P 3s Si 3p 3s 3p portanto,Z (P)>Z (Si),noobstante,laestructuraelectrónicadelfósforoesmásestable queladelsilicioymásdifícilderomper,yaquetieneunúnicoelectrónencadaunodelos orbitales,loquedeterminaqueAE(P)>AE(Si). 2) Falso. Teniendo en cuenta el concepto de afinidad electrónica, el valor de la segunda afinidadnoseránegativosinopositivo,yaquesecorrespondeconeltrabajodetrasladarun electrón, una carga negativa, en el interior del campo creado por una especie cargada negativamente,elanión. 3)Falso.Laestructuraelectrónicadeltitanioes[Ar]4s 3d ,yladelboro[He]2s 2p . Si ambos pierden un electrón para transformarse en los iones Ti y B sus estructura electrónicasson,respectivamente,[Ar]4s 3d y[He]2s .Alavistadelasmismas,resulta másfácilqueelionTi pierdaelectronesqueelionB paraformarotroionmásestable, portanto,elionTi esmenosestable. Lasrespuestascorrectassonayd. (Enlasrespuestasposiblesnosetieneencuentaparanadalapremisa1). 3.43. Cuando un elemento químico presenta las propiedades siguientes: potencial de ionización alto, elevada electroafinidad, gran número de electrones de valencia, actúa siempreconunnúmerodeoxidaciónmuybajo,setratadel: 1)Oxígeno 2)Sodio 3)Fósforo 4)Flúor Seconsideracorrectalapropuesta: a)2 b)Ninguna c)1y3 d)4 (O.Q.L.CastillayLeón2001) Si el elemento dado presenta altos valores de la energía de ionización y de la afinidad electrónica,quieredecirquedifícilmentecedeunelectrónyfácilmentelocaptaparapara adquirir estructura electrónica de gas inerte. Si además, tiene muchos electrones de valencia,oxígenoy flúorsonloselementospropuestosquecumplendichacondición. No obstante, queda la condición de que siempre actúa con número de oxidación bajo. Esto descartaaloxígenoquecuandosecombinaconelflúortienenúmerodeoxidación+1. Elelementopropuestoquereúnetodaslascaracterísticaseselflúor(F). Larespuestacorrectaeslad. 3.44.¿Quéelementoproduciráelefectofotoeléctricoconunalongituddeondamáslarga? a)K b)Rb c)Mg d)Ca e)Li (O.Q.N.Oviedo2002) AplicandolaecuacióndeEinsteinparaelefectofotoeléctrico: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) E =hc 1 λ 211 E =energı́aciné ticadelfotoelectró n c=velocidaddelaluz 1 h=constantedePlanck λ λ=longituddeondadelfotó nincidente λ =longituddeondacaracterı́sticadelfotó nmetal Paraqueseproduzcaefectofotoeléctricoesprecisoquelaenergíadefotonesqueinciden sobreplacametálicaseasuficienteparaarrancarelectronesdelamisma: λ<λ Elvalordeλ vienedeterminadoporelvalordelaenergíadeionizacióndelmetaldelque se quiere arrancar fotoelectrones. Este valor es mayor cuanto menor sea la energía de ionización. Laenergíadeionización,I,puedecalcularsemediantelaexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e–internos=#e–externos Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n Li 3 Mg 12 K 19 Ca 20 Rb 37 [He]2s [Ne]3s [Ar]4s [Ar]4s [Kr]5s 1 2 2 3 1 4 2 4 1 5 De los elementos dados, el que presenta menor energía de ionización es el que tenga menorvalordeZ ymayorvalorden.Altratarsedemetalesalcalinosyalcalinotérreos tienenvaloresdeZ muyparecidos,sinembargo,elRbesunelementodelquintoperiodo del sistema periódico (n = 5) por lo que tiene la menor energía de ionización de todos ellos. Larespuestacorrectaeslab. 3.45. ¿En cuál de los siguientes elementos debe ser menor el valor de la primera energía de ionización? a)Mg b)Al c)Si d)P (O.Q.L.Murcia2002) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 212 LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamenorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmayorvalordenymenor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n Mg 12 Al 13 Si 14 P 15 [Ne]3s [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p 2 3 3 3 4 3 5 3 Como todos los elementos son del tercer periodo (n = 3), la energía de ionización únicamentedependedelvalordeZ .Deacuerdoconestosvalores,elelementoconmenor energíadeionizacióndeberíaserelMg,peroexisteunaanomalíaentrelosvaloresdelMg yAl.SetienequeZ (Al)>Z (Mg),yaqueelprimerotienemáselectronesdevalencia (s p ) que el segundo (s ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del Al debería ser mayor que la del Mg. Esta anomalía se debe a que el único electrónp delaluminioseencuentrabienprotegidoporloselectroness ylosinternos. Portanto,senecesitamenosenergíaparaarrancareseelectrónp queparaquitarunode loselectroness apareadosdelmismoniveldeenergía. Consultandolabibliografía,losvalores(kJ/mol)son,respectivamente: I (578)<I (738)<I (787)<I (1012) Larespuestacorrectaeslab. 3.46. Considerando los radios de los iones isoelectrónicos ordenacionesdadasacontinuaciónseríalacorrecta? a) = = = b) < < < c) < < < d) < < < , , , , ¿cuál de las (O.Q.L.Murcia2002)(O.Q.L.Baleares2007)(O.Q.L.Valencia2009) Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas, por este motivo, todas tienen la misma constante de apantallamiento lo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño de la especie decrece al aumentar el número atómico. Por tanto, el orden correcto de radios(pm)es: (100)< (138)< (181)< (184) Larespuestacorrectaeslab. (EnBaleares2007sepreguntaaqueionlecorrespondeelmenorradio). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 213 3.47.¿Encuáldelossiguienteselementosserámenorelradioatómico? a)Mg b)Al c)Si d)P (O.Q.L.Murcia2002) Elradiodentrodeunperiododecreceamedidaqueaumentalacarganuclearyconella carga nuclear efectiva. Esta es mínima al principio del periodo (grupo 1, alcalinos) y máximaalfinal(grupo18,gasesinertes). Consultandolabibliografíasepuede escribirlasiguientetablaparaloselementosdados pertenecientesaltercerperiododelsistemaperiódico: Elemento Z (aprox.) Radio/pm Mg 12 2 160 Al 13 3 143 Si 14 4 117 P 15 5 110 ElmenorradiolecorrespondealPyaqueposeemayorcarganuclearefectiva. Larespuestacorrectaeslad. 3.48.Considerandoelátomodeneónylosionesfluoruroysodio,sepuedeasegurarque: a)Todostienenelmismonúmerodeprotones b)Todostienenelmismoradio c)Elátomodeneóneseldemayorvolumen d)Elionfluoruroeseldemayorradio (O.Q.L.Baleares2002)(O.Q.L.Baleares2013) Elelementoflúorpertenecealgrupo17yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes9. LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquecaptaunelectrónensucapa másexterna. Elelementoneónpertenecealgrupo18yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes10. Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas. a)Falso.Tienendiferentenúmerodeprotones. b) Falso. Por tratarse de especies isoelectrónicas todas tienen la misma constante de apantallamiento lo que hace que la fuerza de atracción del núcleo sobre el electrón más externo sea mayor en el núcleo con mayor número de protones (número atómico). En otraspalabras,eltamañodelaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico.Portanto, laespecieconmayorradioeselionfluoruro. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 214 c) Falso. Los gases inertes son los elementos con menor volumen atómico dentro de un periodo,yaqueelvolumendecrececonformeaumentalacarganuclearefectivayconella laatracciónnuclearsobreloselectronesexternos. d)Verdadero.Segúnsehademostradoenelapartadob). Segúnlabibliografía,losvaloresdelosradios(pm)delasespeciespropuestasson: Ne(71)<Na (99)<F (133) Larespuestacorrectaeslad. 3.49. Según Pauling el carácter iónico de un enlace está relacionado con una de estas respuestas: a)Ladiferenciadeelectroafinidadesentrelosátomosqueloconstituyen. b)Ladiferenciadeelectronegatividadesentrelosátomosqueloconstituyen. c)Eltamañorelativoentrecatiónyanión. d)Elpotencialdeionizacióndelcatión. (O.Q.L.CastillayLeón2002)(O.Q.L.CastillayLeón2009) Según Pauling, el carácter iónico parcial de un enlace lo mide la energía de resonancia iónica,ΔE,queparauncompuestoABsecalculamediantelaexpresión: ΔE= EAB E ·E querelacionalasenergíasdeenlacedeAB,A yB . A su vez, la energía de resonancia iónica está relacionada con la diferencia de electronegatividaddedoselementos,Δχ,medianteestaotraexpresión: Δχ=k√ΔE siendokunaconstantedeproporcionalidad. Larespuestacorrectaeslab. 3.50.Elflúoreselelementomásactivodelafamiliadeloshalógenosporque: a)Enestadofundamentaltienesieteelectronesdevalencia. b)Formamoléculasdiatómicas. c)Presentanúmeroimpardeelectrones. d)Presentaelmenorradioatómico. (O.Q.L.CastillayLeón2002)(O.Q.L.CastillayLeón2008) Elelementoflúorpertenecealgrupo17(halógenos)yperiodo2delsistemaperiódicopor lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . El hecho de que a los elementosdeestegrupolesfalteunúnicoelectrónparacompletareloctetolesconfiere granreactividad. Detodosellos,elflúoreselquetienemenornúmerodecapaselectrónicas(n=2)ycon ello menor radio atómico lo que facilita la atracción del núcleo sobre el electrón de otro átomoquedebeincorporarselaátomoparacompletarelocteto. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 215 3.51.Algunadelassiguientesafirmacionessobreloselementosalcalinotérreos(grupo2)no escorrecta: a)Susóxidossedisuelvenenaguaparaformarhidróxidos. b)Elradioiónicoesmayorqueelradioatómico. c)Elradioatómicoaumentaalaumentarelnúmeroatómico. d)Sonelementosmuyelectropositivos. (O.Q.L.CastillayLeón2002) a)Verdadero.Losóxidosdeloselementosalcalinotérreosenaguaformanhidróxidos.Por ejemplo: CaO(s)+H O(l)Ca OH (s) b)Falso.Aldisminuirelnúmerodeelectronesdisminuyelaconstantedeapantallamiento yaumentalacarganuclearefectiva,loquehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobre elelectrónmásexternoseamayor.Portanto,elradiodelionesmenorqueeldelátomo. c)Verdadero.Conformeseavanzaenungrupocreceelnúmerodecapaselectrónicas,lo quedeterminaqueloselectronesse encuentran cadavezmásalejadosdelnúcleoporlo queseregistraunaumentodelradioatómico. d)Verdadero.Todosloselementosdelgrupotienenestructuraelectrónicaexternans2lo quehacequetenganenergíadeionizaciónbajasdemaneraquetiendenacederelectrones fácilmenteyoxidarseporloquesepuededecirquesonpocoelectronegativos(mejorque muyelectropositivos). Larespuestacorrectaeslab. 3.52.Dadaslasconfiguracioneselectrónicasdelossiguientesátomos: A:1 2 2 3 B:1 2 2 3 C:1 2 2 D:1 2 2 E:1 2 2 a)ElmenorpotencialdeionizacióncorrespondealelementoE. b)LamayorafinidadelectrónicacorrespondealelementoB. c)ElelementomáselectronegativoesD. d)ElelementodemayorcaráctermetálicoesA. e)ElelementoconmayorradioiónicoesA. (O.Q.N.Tarazona2003)(O.Q.L.LaRioja2014) El elemento A pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistema periódico. Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes12. El elemento B pertenece al grupo 1 y periodo 3 del sistema periódico. Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes11. El elemento C pertenece al grupo 18 y periodo 2 del sistema periódico. Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes10. El elemento D pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódico. Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes9. El elemento E pertenece al grupo 15 y periodo 2 del sistema periódico. Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes7. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 216 Elemento A B C D E Z 12 11 10 9 7 estructura electrónica [Ne]3s [Ne]3s 2 1 8 7 5 3 3 2 2 2 (aprox.) n [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p a)Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamenorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmayorvalordenymenor valordeZ (Z). LamenorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorZ ymayornDe acuerdoconestosvalores,setratadelelementoA. b) Falso. La afinidad electrónica, AE, es la energía que desprende un átomo gaseoso cuandocaptaunelectrón. La mayor afinidad electrónica le corresponde al elemento con mayor Z y menor n De acuerdoconestosvalores,setratadelelementoD.HayqueexcluiralelementoCquepor tenersuoctetocompletonotienetendenciaacaptarelectrones. c) Verdadero. La electronegatividad es la capacidad relativa de un átomo para atraer haciasiloselectronesdesuenlaceconotroátomo. Loselementosmáselectronegativossonlosquetienenvaloreselevadosdelaenergíade ionizaciónyafinidadelectrónica,esdecir,convaloresgrandesdeZ ypequeñosden.De acuerdo con los valores de la tabla el elemento más electronegativo es el D. Hay que excluiralelementoCqueportenersuoctetocompletonotienetendenciaaenlazarsecon otrosátomos. d) Falso. El carácter metálico de un elemento mide su capacidad de reducir a otros elementosycederelectronesyoxidarse. Segúnsehavistoenelapartadoa),elelementoconmáscapacidadparacederelectrones (menorenergíadeionización)eselB. e) Falso. Los elementos A y B son metales ya que tienen pocos electrones de valencia y tienentendenciaacederesoselectronesyformarcationes. Cuandoseformaformauncatión,disminuyelaconstantedeapantallamientoyportanto aumentalacarganuclearefectivaloquedeterminaunaconsiderablereduccióndelradio delátomo.Porestemotivo,elradiodelcatiónesbastantemenorqueelradiodelátomo delqueprocede. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 217 LoselementosDyEsonnometalesyaquetienenmuchoselectronesdevalenciaytienen tendencia a captar electrones y formar aniones. Hay que excluir al elemento C que por tenersuoctetocompletonotienetendenciaaenlazarseconotrosátomos. Cuando se forma forma un anión, aumenta la constante de apantallamiento y por tanto disminuyelacarganuclearefectivaloquedeterminaunconsiderableaumentodelradio delátomo.Porestemotivo,elradiodelaniónesbastantemayorqueelradiodelátomodel que procede. El radio del anión es tanto cuanto mayor sea el número de electrones que incorporaelátomoqueformaelaniónestable. ElelementoDcaptaunelectrónparaformarelaniónD mientrasqueelelementoEcapta treselectronesparaformarelaniónE ,portanto,elradiodelaespecieE esmayorque eldelaespecieD . Larespuestacorrectaeslac. 3.53.Paralossiguienteselementos:Na,P,SyCl,sepuedeafirmar: a)EldemenorenergíadeionizacióneselCl. b)EldemayorafinidadelectrónicaesNa. c)ElmásoxidanteeselCl. d)ElmásreductoreselS. e)ElquetienemayorradioatómicoeselCl. (O.Q.N.Tarazona2003)(O.Q.L.Madrid2011)(O.Q.L.Valencia2014) Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes11. Elelementofósforopertenecealgrupo15yperiodo3delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtiene quesunúmeroatómicoes15. Elelementoazufrepertenecealgrupo16yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes16. Elelementocloropertenecealgrupo17yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes17. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n Na 11 P 15 S 16 Cl 17 [Ne]3s [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p 1 3 3 3 4 3 5 3 a)Falso.Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 218 Z =Z#e internos=#e externos Lamenorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmayorvalordenymenor valordeZ (Z). Como todos los elementos son del tercer periodo (n =3), la energía de ionización únicamentedependedelvalordeZ .Deacuerdoconestosvalores,elelementoconmenor valordeZ eseldemenorenergíadeionizaciónqueeselNa. b) Falso. La afinidad electrónica, AE, es la energía que desprende un átomo gaseoso cuandocaptaunelectrón. Como todos los elementos son del tercer periodo (n =3), la afinidad electrónica únicamentedependedelvalordeZ .Deacuerdoconestosvalores,elelementoconmayor valordeZ eseldemayorafinidadelectrónicaqueeselcloro. c) Verdadero. El poder oxidante de un elemento mide su capacidad de oxidar a otros elementosycaptarelectronesyreducirse. Según se ha visto en el apartado anterior, el elemento con más capacidad para captar electrones(mayorafinidadelectrónica)eselcloro. d) Falso. El poder reductor de un elemento mide su capacidad de reducir a otros elementosycederelectronesyoxidarse. Segúnsehavistoenelapartadoa),elelementoconmáscapacidadparacederelectrones (menorenergíadeionización)eselsodio. e)Falso.Comotodosloselementossondelsegundoperiodo(n=3),elradioúnicamente dependedelvalordeZ .Deacuerdoconestosvalores,elelementoconmenorvalordeZ eseldemayorradioatómicoqueeselNa. Larespuestacorrectaeslac. 3.54.Ordenalossiguienteselementosporordencrecientedeenergíadeionización: a)Rb<Mg<Ca b)Rb<Ca<Mg c)Ca<Mg<Rb d)Mg<Rb<Ca (O.Q.L.Baleares2003) Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Tendrámenorenergíadeionizaciónelelementoquepresentemayorvalordenymenor valordeZ . Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n Mg 12 Ca 20 Rb 37 [Ne]3s [Ar]4s [Kr]5s 2 3 2 4 1 5 219 El elemento con menor energía de ionización es el Rb (menor Z y mayor n). Los elementos Mg y Ca tienen el mismo valor de Z , por lo que el factor determinante es el valorden.Entreambos,tienemenorenergíadeionizaciónelCa(tienen=4). Elordencrecientedeenergíadeionizacióncorrectoes: Rb<Ca<Mg Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Rb(403)<Ca(590)<Mg(738) Larespuestacorrectaeslab. 3.55.Lasespeciesquímicas:H(1), ordenacióncorrectadesusradios. a) = = b) > > c) > > d) > > (2)y (3)sonisoelectrónicas.Señalecuálserála (O.Q.L.Murcia2003)(O.Q.L.Murcia2014) Enlasespeciesisoelectrónicaslaconstantedeapantallamientoeslamisma,porloquela carganuclearefectivacrecealcrecerelnúmerodeprotonesdelnúcleo(Z).Esteaumento deZdeterminalareduccióndelradiodelaespecie. Elordendecrecientederadioscorrectoes: > > Larespuestacorrectaeslab. 3.56.¿Aquéelemento,deentrelossiguientes,lecorrespondeelmenorvalordelasegunda energíadeionización? a)Na b)K c)Ar d)Mg (O.Q.L.Murcia2003) Lasegundaenergíadeionización,I ,sedefinecomo: “la energía que debe absorber un ion en estado gaseoso para poder quitarle el electrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo”. M (g)+I M (g)+e Las configuraciones electrónicas de los elementos dados y de sus respectivos iones monopositivosson,respectivamente: Na[Ne]3s Na [He]2s 2p CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Mg[Ne]3s Mg [He]2s 2p Ar[Ne]3s 3p Ar [Ne]3s 3p K[Ar]4s K [Ne]3s 3p 220 Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e–internos=#e–externos Tendrámenorsegundaenergíadeionizaciónelelementoquepresentemayorvalordeny menorvalordeZ . Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z 11 estructura [He]2s 2p electrónica (aprox.) 8 n 2 12 18 19 [Ne]3s [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p 1 3 7 3 8 3 DeacuerdoconlosvaloresdeZ yn,elelementoconmenor2ªenergíadeionizaciónesel Mg. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI (kJ/mol)son: Mg(1450)<Ar(2665)<K(3051)<Na(4562) Larespuestacorrectaeslad. 3.57.PyQsonátomosdedistintoselementossituadosenelmismoperíodoyquetienen5y7 electrones de valencia, respectivamente. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta respectoadichosátomos? a)PtieneunamayorprimeraenergíadeionizaciónqueQ. b)QtienemenorafinidadelectrónicaqueP. c)PtienemayorradioatómicoqueQ. d)ElenlaceP–Qseráapolar. (O.Q.L.Murcia2003) a)Falso.Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 221 Comosetratadeelementosdelmismoperiodotienenelidénticovalordenporloqueeste factornoinfluyesobrecualeselelementoconmayorenergíadeionización.Estevalorle correspondealelementoconmayorvalordeZ (Z)queenestecasoeselQ. b) Falso. La afinidad electrónica, AE, es la energía que desprende un átomo gaseoso cuandocaptaunelectrón. Comosetratadeelementosdelmismoperiodotienenelidénticovalordenporloqueeste factor no influye sobre cual es el elemento con menor afinidad electrónica. Este valor le correspondealelementoconmenorvalordeZ (Z)queenestecasoeselP. c)Verdadero.Comosetratadeelementosdelmismoperiodotienenelidénticovalorde n,porloqueelradioúnicamentedependedelvalordeZ .Deacuerdoconestosvalores,el elementoconmenorvalordeZ eseldemayorradioatómicoqueenestecasoeselP. d)Falso.Setratadeelementosdiferentesporloquetienendiferenteelectronegatividadlo quedeterminaqueelmáselectronegativoatraigamáshaciasiloselectronesdesuenlace conelotro,porelloelenlaceentreambosespolar. Larespuestacorrectaeslac. 3.58. ¿A cuál de los siguientes elementos pueden corresponder las siguientes sucesivas energíasdeionizaciónexpresadaseneV:6,0;18,8;28,4;120,0y153,8? a)Na b)Mg c)Al d)Si e)P (O.Q.L.Murcia2003)(O.Q.N.Sevilla2010) Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . Elelementomagnesiopertenecealgrupo2yperiodo3delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . Elelementoaluminiopertenecealgrupo13yperiodo3delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . Elelementosiliciopertenecealgrupo14yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . Elelementofósforopertenecealgrupo15yperiodo3delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . Suponiendoquelaenergíadeionizacion,Iesproporcionalalacarganuclearefectiva,Z , y haciendo la aproximación de que un electrón apantalla a un protón, los valores de Z = 1, 2, 3, …determinan que los electrones que se encuentran en un mismo orbital presentanlarelaciónI/Z ≈cte. Enestecaso: I = 6,0 =6,0eV 1 Estevalormuydiferentealossiguientesindicaqueelelectrónmásexternoseencuentra soloensuorbital. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I = 222 18,8 28,4 =9,4eVI = =9,5eV 2 3 Losdossiguientesvalores,I ≈I ,nomuchomásgrandesqueelanterior,indicanquelos siguienteselectronesdebenestarsituadosenunorbitaldelamismacapaqueelanterior. Al existir solo dos electrones en este tipo de orbital este se trata de un orbital s y, por tanto,elelectrónanteriordebeestarsituadoenunorbitalp. I = 120,0 153,8 =30,0eVI = =30,8eV 4 5 Los siguientes valores, I ≈ I , muy superiores a los anteriores, indican que estos electrones deben estar situados en un orbital con un valor de n inferior a los anteriores quedebeserunorbitalp. Portanto,laestructuraelectrónicaexternadelelementodebeser(n–1)p ns np .Delos elementospropuestoselquetieneunaestructuraelectrónicadeesetipoeselAl. Larespuestacorrectaeslac. (EnlacuestiónpropuestaenMurcia2003,lasenergíasvienenexpresadasenkJ/mol). 3.59.¿Cuáldelossiguientesconceptosescorrecto? a)Laafinidadelectrónicaeslaenergíanecesariaparaqueunelementocapteunelectrón. b)Laafinidadelectrónicaeslaenergíadesprendidacuandounelementocaptaunelectrón. c)Laafinidadelectrónicavienedadaesquemáticamenteporlasiguientenotación: A(g)+ (g)+energía d)Laafinidadelectrónicadeloselementosdelgrupo17(VIIA)esnegativa. e)Unelementoquepresenteunaafinidadelectrónicaaltapresentará,asuvez,unpotencial deionizaciónbajo. (O.Q.L.CastillayLeón2003)(O.Q.L.Extremadura2003) La afinidad electrónica es la energía que desprende un átomo gaseoso cuando capta un electrón. Es la energía asociada al proceso de formación de aniones y se representa medianteelsiguienteproceso: A(g)+e A (g)+AE a)Falso.Laenergíasedesprendenoseabsorbeyesparaunátomonoparaunelemento. b)Falso.Laenergíaesparaunátomonoparaunelemento. c)Verdadero.Laecuaciónescorrecta. d)Verdadero.Laafinidadelectrónicadelosnometales(grupos15,16y17)tienesigno negativoyaqueesenergíadesprendidaqueestáasociadaaunprocesoexotérmico. e)Loselementosquetienenvaloresaltosdelaafinidadelectrónicasecaracterizanporsu tendencia a captar electrones y no a cederlos por lo que también tienen energías de ionizaciónaltas. Lasrespuestascorrectassoncyd. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 223 3.60.DelelementodenúmeroatómicoZ=35,sepuedeafirmarque: a)Esunmetal. b) Forma un catión monovalente ya que tiene cinco electrones en la capa exterior (de valencia). c)Tieneunaelectronegatividadmayorqueladeloselementosqueestánporencimaensu mismogrupo. d)Tienesieteelectronesenlacapaexterior(devalencia). (O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004) LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=35es: [Ar]3d 4s 4p Elvalormáximoden=4indicaquesetratadeunelementodelcuartoperiododelsistema periódicoycomotiene7electronesdevalencia(s p )pertenecealgrupo17(halógenos)que estáintegradoporloselementos: F Flúor (n=2) Cl Cloro (n=3) Br Bromo (n=4) I Iodo (n=5) At Astato (n=6) setratadelelementobromo. a)Falso.Elelevadonúmerodeelectronesdevalenciaindicaqueesunnometal. b) Falso. No tiene cinco electrones de valencia, tiene siete y su tendencia es a formar anionesmonovalentes. c)Falso.Laelectronegatividaddentrodeungrupodecrececonformeaumentaelnúmero atómicoZ. d)Verdadero.Tienesieteelectronesdevalencia(s p ). Larespuestacorrectaeslad. 3.61.¿Cuáldelossiguientesenunciados,relacionadosconlaspropiedadesdeloselementos delatablaperiódica,escorrecto? a)Eltamañoatómicodecrecehaciaabajoenungrupo. b)Eltamañoatómicoseincrementadesdeelfrancioenelgrupo1(IA)hastaelflúorenel grupo17(VIIA) c)Eltamañoatómicodecrecedeizquierdaaderechaenunperiodo. d)Todoslosátomosdelmismogrupotienenelmismotamaño. e)Ningunadelasanteriores (O.Q.L.Extremadura2003)(O.Q.L.Asturias2010)(O.Q.L.LaRioja2012) a)Falso.Conformesedesciendeenungrupo,aumentaelnúmerodecapaselectrónicasy conelloeltamañodelátomo. b)Falso.Conformeseavanzaenunperiodo,aumentalacarganuclearefectivayconellola atracciónnuclearloquedeterminaundescensoeneltamañodelátomo. c)Verdadero.Segúnsehacomentadoenelapartadob). d)Falso.Segúnsehacomentadoenelapartadoa). Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 224 3.62.Sonmetalesalcalinos: a)NayMg b)KyCa c)NayCa d)RbyMg e)CsyFr (O.Q.L.Extremadura2003) Los metales alcalinos son los elementos del grupo del sistema periódico que tienen un únicoelectrónexternos .Estegrupoestáintegradoporloselementos: litio(Li),sodio(Na),potasio(K),rubidio(Rb),cesio(Cs)yfrancio(Fr). Larespuestacorrectaeslae. 3.63.Elordencrecientedelaprimeraenergíadeionizaciónparaloselementos: N(Z=7),Ne(Z=10),Na(Z=11)yP(Z=15)es: a)Na<P<N<Ne b)N<Na<P<Ne c)Na<N<P<Ne d)P<Na<Ne<N (O.Q.L.Madrid2003)(O.Q.L.LaRioja2004) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientrasque enungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento N Ne Na P Z 7 10 11 15 [Ne]3s [Ne]3s 3p estructuraelectrónica [He]2s 2p [He]2s 2p (aprox.) n 5 8 1 5 2 2 3 3 Deloselementosdeltercerperiodo(n=3),lamenorenergíadeionizaciónlecorresponde alNaportenermenorZ . De los elementos del segundo periodo (n = 2), la menor energía de ionización le correspondealNportenermenorZ . Portanto,elordencrecientecorrectodeenergíasdeionización(kJ/mol)es: Na(496)<P(1012)<N(1402)<Ne(2081) Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 3.64.Laestructuraelectrónica[Ne]3 3 a)Unelementodelsegundoperiodo b)Unelementodetransición c)Unelementodelbloquep d)Unelementodelgrupo3 e)Unelementoalcalinotérreo f)Unelementodelgrupo16 225 correspondea: (O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004)(O.Q.L.CastillayLeón2009)(O.Q.L.LaRioja2013) Dadalaestructuraelectrónicaexterna3s 3p ,elvalormáximoden=3indicaquesetrata deunelementodeltercerperiododelsistemaperiódicoycomotiene6electronesdevalencia (s p )pertenecealgrupo16(situadoenelbloquep)integradoporloselementos: O Oxígeno (n=2) S Azufre (n=3) Se Selenio (n=4) Te Telurio (n=5) Po Polonio (n=6) Lasrespuestascorrectassoncyf. (EnlacuestiónpropuestaenCastillayLeón2009secambiabloquepporrepresentativoy transiciónportierrasraras.EnLaRioja2013secambiacporf). 3.65.Dadaslasconfiguracioneselectrónicasdelosátomos: A=1 2 2 3 B=1 2 2 6 Sepuedeasegurarque a)AyBrepresentanátomosdeelementosdistintos. b)LaenergíaparaarrancarunelectrónaBesmayorqueparaA. c)SetratadeátomosdeunmismoelementoylaenergíadeionizacióndeAyBeslamisma. d)AyBtienendistintamasaatómica. (O.Q.L.Murcia2004)(O.Q.L.Murcia2008) a) Falso. Las configuraciones A y B tienen el mismo número de electrones, la diferencia entreambasestribaenqueenlaestructuraBseincumpleelPrincipiodeMínimaEnergía ya que se ha ocupado el orbital 6s antes de completarse el 3s. Por este motivo, la configuración A corresponde al estado fundamental del átomo y la configuración B correspondeaunestadoexcitado. b‐c)Falso.Laenergíaparaarrancarunelectróndelorbital6p(B)másalejadodelnúcleo esmenorquesiseencuentraenelorbital3s(A)máscercanoalnúcleo. d) Falso. Para conocer la masa es necesario saber la composición del núcleo, es decir su númeromásicoA. Todaslaspropuestassonfalsas. 3.66.LaconfiguraciónelectrónicadeH, y es1 .Portanto: a)Laenergíadeionizacióneslamismaparalostres. b)Elradiodecadaunodeelloseselmismo. c)Laenergíadeionizacióndel esmayorquelade . d)ElradiodeHesmenorqueelde . (O.Q.L.Murcia2004)(O.Q.L.Murcia2009) Setratadeespeciesisoelectrónicasquetienenlamismaconfiguraciónelectrónicaparalas quesepuedeplantearlasiguientetabla: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Especie Z estructura electrónica (aprox.) n H 1 2 3 1s 1s 1s 1 1 2 1 3 1 226 a)Falso.Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguiente expresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientrasque enungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealaespecieconmenorvalordenymayor valordeZ (Z)queenestecasoesLi . Elordencrecientedeenergíasdeionización(kJ/mol)es: H(1312)<He (5250)<Li (11813) b)Falso.Enlasespeciesisoelectrónicaslaconstantedeapantallamientoeslamisma,por loquelacarganuclearefectivacrecealcrecerelnúmerodeprotonesdelnúcleo(Z).Este aumentodeZdeterminalareduccióndelradiodelaespecie,portanto,elmenorradiole correspondealLi . Elordencrecientederadioses: Li <He <H c)Verdadero.Segúnhaexplicadoenelapartadoa). d)Falso.Segúnhaexplicadoenelapartadob). Larespuestacorrectaeslac. 3.67.¿Cuáldelossiguienteselementosnoesunmetaldetransición? a)Ru b)Au c)Al d)W (O.Q.L.Murcia2004) Los metales de transición se caracterizan porque envían su electrón diferenciador a un orbitald. Lasestructuraselectrónicasdeloselementospropuestosson: ElelementodesímboloRueselrutenioquepertenecealgrupo8yperiodo5delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Kr]5s 4d . ElelementodesímboloAueseloroquepertenecealgrupo11yperiodo6delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Xe]4f 6s 5d . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 227 El elemento de símbolo Al es el aluminio que pertenece al grupo 13 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . El elemento de símbolo W es el wolframio que pertenece al grupo 6 y periodo 6 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Xe]4f 6s 5d . Larespuestacorrectaeslac. 3.68.Losmetalesdetransiciónsecaracterizanpor: a)Oxidarsefácilmentealaire. b)Serespecialmentedúctilesymaleables. c)Tenerlosorbitalesdparcialmenteocupadosconelectrones. d)Combinarserápidamenteconelagua. (O.Q.L.Murcia2004) Los metales de transición se caracterizan porque envían su electrón diferenciador a un orbitaldquepuedeestarparcialototalmenteocupado. Noobstante,unapropiedadtípicadelosmetalesesquesondúctilesymaleables. Larespuestacorrectaeslac. 3.69.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesfalsa? a)Elpotencialdeionizacióndependedelacargadelnúcleo. b)Elpotencialdeionizacióndependedelefectopantalla. c)Elpotencialdeionizacióndependedelradio. d)Elsegundopotencialdeionizacióneslaenergíaquesehadesuministraraunelemento neutrogaseosoparaqueseconviertaencatióndivalente. (O.Q.L.Baleares2004) a‐b‐c)Verdadero.Laenergíadeionizacióndeun átomo,I,sepuedecalcularmediante la siguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientrasque enungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =ZS siendoSlaconstantedeapantallamiento. d)Falso.Lasegundaenergíadeionizaciónserepresentamedianteelsiguienteproceso: X (g)+I X (g)+e Larespuestacorrectaeslad. 3.70.Laestructuraelectrónicadeunelementoes1 2 2 a)Elevadopotencialdeionización. b)Bajaelectronegatividad. c)Bajaafinidadelectrónica. d)Caráctermetálico. .Indiquesitiene: (O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.LaRioja2013) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 228 Dadalaestructuraelectrónica,elvalormáximoden=2indicaquesetratadeunelemento del segundo periodo del sistema periódico y como tiene 7 electrones de valencia (s p ) pertenecealgrupo17(halógenos)queestáintegradoporloselementos: F Flúor (n=2) Cl Cloro (n=3) Br Bromo (n=4) I Iodo (n=5) At Astato (n=6) Los halógenos son elementos se consideran no metales por tener tantos electrones de valencia.Porellosepuededecirque: Tienentendenciaaganaraunelectrónparaformarunaniónmonovalenteestableporlo quesepuededecirquesusafinidadeselectrónicassonaltas. Presentangrandificultadparaperderelectronesporloquesusenergíasdeionización sonelevadas. Larespuestacorrectaeslaa. (EnlacuestiónpropuestaenLaRioja2013elelementoes3s 3p ) 3.71.Lapropiedadquepresenta,enconjunto,valoresmásaltosenlafamiliadeloshalógenos queenladelosmetalesalcalinoses: a)Elpuntodefusión b)Laafinidadelectrónica c)Elpoderreductor d)Ladensidad (O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.LaRioja2009)(O.Q.L.LaRioja2011) Losalcalinossonloselementosdelgrupo1delsistemaperiódicoytienenlaestructura electrónicaexternans .Tienentendenciaacederaeseelectrón(oxidarse)paraformarun catiónmonovalenteestableporloquesepuededecirquesusenergíasdeionizaciónson bajasysupoderreductoralto. Los halógenos son los elementos del grupo 17 del sistema periódico y tienen la estructuraelectrónicaexternans np Tienentendenciaaganaraunelectrón(reducirse) paraformarunaniónmonovalenteestableporloquesepuededecirquesusafinidades electrónicassonelevadasysupoderoxidantealto. Larespuestacorrectaeslab. 3.72.¿Cuáldelassiguientesespeciesquímicastieneelradiomayor? a)Mg b)Na c) d) (O.Q.L.Madrid2004) Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu número atómico es 11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cedeunelectróndesucapamásexterna. Elelementomagnesiopertenecealgrupo2yperiodo3delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtieneque sunúmeroatómicoes12.LaconfiguraciónelectrónicadelionMg es[He]2s 2p yaque cededoselectronesdesucapamásexterna. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 229 Comparando los átomos, se trata de elementos del mismo periodo, por lo que la carga nuclearefectivaeselfactordeterminantedeltamaño.Enunperiodo,estaesmayorenel elemento que tiene mayor número atómico lo que hace que la atracción nuclear sea mayor.Portanto,elsodiotienemayorradioqueelmagnesio. Segúnlabibliografía,losradiosatómicos(pm)son: Na(186)>Mg(160) Al disminuir el número de electrones al formarse los iones, disminuye la constante de apantallamientoyaumentalacarganuclearefectiva,loquehacequelafuerzadeatracción delnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayor.Portanto,elradiodelionessiempre menorqueeldelátomoneutrodelqueprocede. Larespuestacorrectaeslab. 3.73.Solounadelasexpresionessiguientesescorrectaparadefinirlaafinidadelectrónicade unelemento,señalecuál: a)Laenergíaqueliberaunelementoenestadogaseosocuandoadquiereunelectrón. b)Laenergíaquesedebeaportaraunelementoparaarrancarleunelectrón. c)Latendenciarelativaquetieneunátomoparaatraerhaciasíloselectronescompartidos conotroátomo. d)Unamedidadelapolaridaddelosenlacescovalentesenunamolécula. e)Eslaenergíaasociadaalacaptacióndeunelectrónporpartedeunátomoneutropara formarunionmononegativogaseoso. f) Es la energía que debe aportarse para arrancar un electrón a un átomo neutro para formarunionmonopositivogaseoso. (O.Q.L.Madrid2004)(O.Q.L.LaRioja2014) La afinidad electrónica, AE, se define como la energía que desprende un átomo gaseoso cuandocaptaunelectrón.Eslaenergíaasociadaalprocesodeformacióndeanionesyse representamedianteelsiguienteproceso: A(g)+e A (g)+AE Lasrespuestascorrectassonaye. (EnlacuestiónpropuestaenLaRioja2014secambianlasopcionesaybporeyf). 3.74.¿Cuáldelossiguientesionestieneunmenorradio? a) b) c) d) e) (O.Q.L.Baleares2004)(O.Q.L.Baleares2010) Elelementocloropertenecealgrupo17yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes17. La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] 3s 3p ya que capta un electrón en su capamásexterna. Elelementopotasiopertenecealgrupo1yperiodo4delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes19. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 230 LaconfiguraciónelectrónicadelionK es[Ne]3s 3p yaquecedeunelectróndesucapa másexterna. Elelementocalciopertenecealgrupo2yperiodo4delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónica abreviada es[[Ar] 4s .Sumandosus electronesse obtiene que sunúmeroatómicoes20. LaconfiguraciónelectrónicadelionCa es[Ne]3s 3p yaquecededoselectronesdesu capamásexterna. Elelementoazufrepertenecealgrupo16yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes16. LaconfiguraciónelectrónicadelionS capamásexterna. es[Ne]3s 3p yaquecaptadoselectronesensu Estascuatroespeciestienenlamismaestructuraelectrónicaysonisoelectrónicas. Elelementobariopertenecealgrupo2yperiodo6delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Xe]6s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes56. LaconfiguraciónelectrónicadelionBa es[Kr]4d 5s 5p yaquecededoselectrones desucapamásexterna. Todaslasespeciespropuestas,sedescartaelBa yaqueeslaespeciequetieneunmayor númerodecapaselectrónicas.Delastresrestantes,especiesisoelectrónicas,laconstante de apantallamiento es la misma, por lo que la carga nuclear efectiva crece al crecer el númerodeprotonesdelnúcleo(Z).EsteaumentodeZdeterminalareduccióndelradiode . laespecie,portanto,elmenorradiolecorrespondeal Larespuestacorrectaeslad. (EnlacuestiónpropuestaenBaleares2010sereemplazaelionBa porelionS ). 3.75.LaconfiguraciónelectrónicadeunelementoAes: 1 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 ¿Cuálesdelassiguientesafirmacionessoncorrectas? 1)ElSbtieneunaenergíadeionizaciónmenorqueelátomoA. 2)ElSntieneunradiomayorqueelátomoA. 3)LaenergíadeionizacióndelClesmayorqueladelátomoA. 4)DelacombinacióndelelementoAyelelementodeZ=35seobtienencompuestos fundamentalmenteiónicos. 5)ElelementoAesmáselectronegativoqueelCl. a)1,2y3 b)2,3y4 c)1,2y5 d)1,3y4 (O.Q.L.Baleares2004) Dadalaestructuraelectrónica,elvalormáximoden=5indicaquesetratadeunelemento del quinto periodo del sistema periódico y como tiene 7 electrones de valencia (s p ) pertenecealgrupo17queestáintegradoporloselementos: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) F Flúor (n=2) Cl Cloro (n=3) Br Bromo (n=4) I Iodo (n=5) 231 At Astato (n=6) setratadelelementoiodo. 1) Verdadero. La energía de ionización de un átomo, I, se puede calcular mediante la siguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientrasque enungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelSb(Z=51)es[Kr]4d 5s 5p . Los elementos I y Sb pertenecen al mismo periodo (n = 5), por lo que la carga nuclear efectivaeselfactordeterminantedeltamaño.Enunperiodo,estaesmayorenelelemento quetienemayornúmeroatómico.Portanto,eliodotienemayorenergíadeionizaciónque elantimonio. Segúnlabibliografía,lasenergíasdeionización(kJ/mol)son: I(1008)>Sb(834) 2)Verdadero.LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelSn(Z=50)es[Kr]4d 5s 5p . Los elementos I y Sn pertenecen al mismo periodo (n = 5), por lo que la carga nuclear efectivaeselfactordeterminantedeltamaño.Enunperiodo,estaesmayorenelelemento que tiene mayor número atómico lo que hace que la atracción nuclear sea mayor. Por tanto,elestañotienemayorradioqueeliodo. Segúnlabibliografía,losradiosatómicos(pm)son: Sn(140)>I(133) 3)Verdadero.LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelCl(Z=17)es[Ne]3s 3p . Los elementos I y Cl pertenecen al grupo 17 del sistema periódico, por lo que tienen la mismacargaefectiva,luegoestefactornoinfluyeparadeterminarcuáltienemayorvalor delaenergíadeionización. El número de capas electrónicas es el factor determinante del tamaño. El cloro tiene un valorden=3frente an=5para el átomoA.Portanto,elclorotienemayorenergía de ionizaciónqueelátomoA(iodo). Segúnlabibliografía,lasenergíasdeionización(kJ/mol)son: Cl(1251)>I(1008) 4)Falso.LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconnúmeroatómicoZ=35 es[Ar]3d 4s 4p . Los elementos I y Br pertenecen al grupo 17 del sistema periódico. Ambos tienen tendenciaaganarunelectrónparaformarunionmonovalenteconestructuraelectrónica CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 232 degasinerte,muyestable.Portanto,noesposiblequeformenentreambosunenlace iónico. 5) Falso. La electronegatividad de un elemento, χ, mide la facilidad que tiene un átomo paraatraerhaciasíloselectronesdesuenlaceconotrosátomos. Los elementos I y Cl pertenecen al grupo 17 del sistema periódico, pero es el elemento cloro(Z=17)elquetienemenornúmerodecapas.Estohacequecuandoamboselementos seencuentrenunidosaunmismoelemento,seaelcloroelquemásatraigahaciasíesos electronesdeenlace.Portanto,elelementoA(iodo)noesmáselectronegativoqueel cloro. Segúnlabibliografía,losvaloresdelaselectronegatividadesenlaescaladePaulison: Cl(3,16)>I(2,66) Larespuestacorrectaeslaa. 3.76.CuatroelementosA,B,CyD,tienennúmerosatómicos16,19,33y50,respectivamente. Ordenardemayoramenorcaráctermetálico: a)B>D>C>A b)B>A>D>C c)A>C>D>B d)D>B>A>C (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004) El carácter metálico de un elemento está relacionado con su facilidad para perder electronesyformarcationes. El elemento A de número atómico 16 tiene la configuración electrónica abreviada [Ne]3s 3p .Pertenecealgrupo16integradoporloselementos: O Oxígeno (n=2) S Azufre (n=3) Se Selenio (n=4) Te Telurio (n=5) Po Polonio (n=6) es el azufre, un elemento que tiende a captar dos electrones y así adquirir estructura electrónicadegasinerte.Tienemuypococaráctermetálico. El elemento B de número atómico 19 tiene la configuración electrónica abreviada [Ar]4s .Pertenecealgrupo1integradoporloselementos: Li Litio (n=2) Na Sodio (n=3) K Potasio (n=4) Rb Rubidio (n=5) Cs Cesio (n=6) Fr Francio (n=7) es el potasio, un elemento que tiende a ceder un electrón y así adquirir estructura electrónicadegasinerte.Tieneunelevadocaráctermetálico. El elemento C de número atómico 33 tiene la configuración electrónica abreviada [Ar]3d 4s 4p .Pertenecealgrupo15integradoporloselementos: N Nitrógeno (n=2) P Fósforo (n=3) As Arsénico (n=4) Sb Antimonio (n=5) Bi Bismuto (n=6) es el arsénico, un elemento que tiende a captar tres electrones y así adquirir estructura electrónicadegasinerte.Setratadeunmetaloideytienealgodecaráctermetálico. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 233 El elemento D de número atómico 50 tiene la configuración electrónica abreviada [Kr]4d 5s 5p .Pertenecealgrupo14integradoporloselementos: C Carbono (n=2) Si Silicio (n=3) Ge Germanio (n=4) Sn Estaño (n=5) Pb Plomo (n=6) es el estaño, un elemento que tiende a ceder dos o cuatro electrones y así adquirir estructuraelectrónicadegasinerte.Tienecaráctermetálico. Ordenadosdemayoramenorcaráctermetálico:B(K)>D(Sn)>C(As)A(s) Larespuestacorrectaeslaa. 3.77.Ordenardemayoramenoreltamañodelossiguientesátomos:Sc,BaySe. a)Ba>Se>Sc b)Ba>Sc>Se c)Sc>Ba>Se d)Sc>Se>Ba (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004) El elemento de símbolo Sc es el escandio que pertenece al grupo 3 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s 3d . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes23. ElelementodesímboloBaeselbarioquepertenecealgrupo2yperiodo6delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Xe] 6s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes56. El elemento de símbolo Se es el selenio que pertenece al grupo 16 y periodo 4 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]3d 4s 4p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes34. Siendoelementosdediferentesperiodos,Ba(n=6)yScySe(n=4),elfactordeterminante del tamaño es el número de capas electrónicas, por tanto, el Ba es el que tiene mayor tamañodelostres. RespectoalosotrosdoselementosdelmismoperiodoScySe,eslacarganuclearefectiva elfactordeterminantedeltamaño.Enunperiodo,estaesmayorenelelementoquetiene mayor número atómico lo que hace que la atracción nuclear sea mayor. Por tanto, el escandiotienemayortamañoqueelselenio. Segúnlabibliografía,losradiosatómicos(pm)son: Ba(222)>Sc(162)>Se(116) Larespuestacorrectaeslab. 3.78.¿Cuáldelasafirmacionesnoescorrectaparaelelemento81? a)Esunelementodelgrupo13 b)Esunmetal c)Presentaeltamañomásgrandedesugrupo d)Esunelementodelquintoperiodo (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2004)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009) (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011) El elemento de número atómico 81 tiene la configuración electrónica abreviada [Xe]4f 5d 6s 6p .Pertenecealgrupo13integradoporloselementos: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) B Carbono (n=2) Al Aluminio (n=3) Ga Galio (n=4) In Indio (n=5) 234 Tl Talio (n=6) es el talio, un elemento del sexto periodo que tiende a ceder uno o tres electrones y así adquirirestructuraelectrónicadegasinerte.Setratadelmetalmásgrandedesugrupoya quetienemáscapaselectrónicas. Larespuestacorrectaeslad. (En la cuestión propuesta en 2010 se cambia por el elemento 31 y la opción d es un elementodelcuartoperiodo,yenla2011,elelementoes40ylaopciónbesnometal). 3.79.Delassiguientesproposiciones,referentesaloselementosdelgrupodeloshalógenos,se puedeafirmarque: a)Tienenenergíasdeionizaciónrelativamentepequeñas. b)Suspuntosfusiónsonmuybajosyaumentandeformaregularaldescenderenelgrupo. c) Todos los halógenos pueden formar compuestos en los que actúan con números de oxidación–1,+1,+3,+5,+7. d)Todosloshalógenossecomportancomooxidantesmuyfuertes. e)Todosloshalógenossecomportancomoreductoresmuyfuertes. (O.Q.N.Luarca2005)(O.Q.L.Madrid2007)(O.Q.L.Baleares2011) a) Falso. Los elementos halógenos forman grupo 17 del sistema periódico y tienen la estructura electrónica externa ns np . Por tener tantos electrones de valencia puede decirseque: Tienentendenciaaganaraunelectrónparaformarunaniónmonovalenteestableporlo quesepuededecirquesusafinidadeselectrónicassonaltas. Presentan gran dificultad para perder electrones por lo que sus energías de ionización sonelevadas. b) Verdadero. Forman moléculas diatómicas con enlace covalente no polar. Por este motivopresentanfuerzasintermolecularesdedispersióndeLondon.Ladebilidaddeestas provoca que estas sustancias tengan bajos puntos de fusión que aumentan conforme se desciendeenelgrupoyaquelaintensidaddeestosenlacesaumentaconformelohaceel tamañodelátomo. Consultandolabibliografía,losvaloresdelospuntosdefusión(°C)son: Halógeno (K) (g) 53,5 (g) 171,6 (l) 265,8 (s) 355,9 c) Falso. El flúor es el elemento más electronegativo del sistema periódico por lo que resultaimposiblequitarleunelectrónyformarelcatiónF estable. d)Falso.Loshalógenossonespeciesmuyoxidantesyaquetienenunaelevadatendenciaa ganarunelectrónyformarelionestableX .Sololostresprimeroshalógenos(flúor,cloro y bromo) pueden considerarse oxidantes fuertes ya que tienen potenciales de reducción grandesypositivosloqueestípicodelasespeciesoxidantes. Consultandolabibliografía,losvaloresdeE°(V)son: F (g)+2e 2F (aq) E°=2,87V Cl (g)+2e 2Cl (aq) E°=1,36V Br (l)+2e 2Br (aq) E°=1,07V CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I (s)+2e 2I (aq) 235 E°=0,53V e)Falso.Segúnsehacomentadoenelapartadoanterior. Larespuestacorrectaeslab. 3.80. De las siguientes proposiciones, referentes a los elementos del grupo de los metales alcalinotérreos,sepuedeafirmarque: a) Todos forman con facilidad cationes de carga variada, , , , que existen en disoluciónacuosademuchoscompuestosiónicos. b)Losiones tienenungranpoderreductorqueseutilizaenlaproteccióncatódicadel hierro. c)Elberilioeselquetienemayorfacilidadparaformarcationes . d)Lospotencialesnormalesdereducciónsongrandesynegativosporloquesecomportan comoagentesreductores. e)Todosreaccionanviolentamenteconelaguaatemperaturaordinaria. (O.Q.N.Luarca2005) a)Falso.Loselementosalcalinotérreosformangrupo2delsistemaperiódicoytienenla estructura electrónica externa ns . Tienen tendencia a ceder esos dos electrones (oxidarse)paraformaruncatióndivalenteestable. b)Falso.ElcatiónMg eslaespecieoxidadadelMgquesíqueesunexcelentereductor. c) Falso. El Be es de todos los elementos alcalinotérreos el que tiene menor tendencia a formar el correspondiente ion divalente. Se debe a que el berilio es un elemento muy pequeño(n=2). d) Verdadero. Los elementos alcalinotérreos tienen potenciales de reducción grandes y negativosloqueestípicodelasespeciesreductoras. Consultandolabibliografía,losvaloresdeE°(V)son: Be (aq)+2e Be(s) Mg (aq)+2e Mg(s) E°=–1,85V E°=–2,37V Ca (aq)+2e Ca(s) E°=–2,87V (aq)+2e Sr(s) E°=–2,89V Ba (aq)+2e Ba(s) E°=–2,90V Sr e)Falso.Sonlosmetalesalcalinoslosquereaccionanviolentamenteconelagua. Larespuestacorrectaeslad. 3.81. La configuración electrónica externa de los átomos de los elementos del grupo 6A es .Señalarlarespuestaincorrecta: a)Losnúmerosdeoxidacióndelazufreson–2,+2,+4y+6. b)Eloxígenotienelosmismosnúmerosdeoxidaciónqueelazufre. c)Eloxígenotienedenúmerodeoxidación–2. d)Oxígenoyazufresonnometales. (O.Q.L.Murcia2005) a)Verdadero.Elazufreformacompuestosconlosnúmerosdeoxidaciónpropuestos.Así pues,–2(H S),+2(SO),+4(SO )y+6(SO ). b)Falso.Eloxígenoeselsegundoelementomáselectronegativodelsistemaperiódicopor loquenopuedeserátomocentralenloscompuestostalcomoloeselazufre. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 236 Susnúmerosdeoxidaciónson:–2(H O),–1(H O ),–½(KO )y+2(OF ). c)Verdadero.Segúnsehavistoenelapartadob). d)Verdadero.Deacuerdoconlaestructuraelectrónicaexternapropuesta,loselementos del grupo 16 (6A) tienen 6 electrones de valencia por lo que tienen tendencia a captar electronesydificultadparacederlos,unacaracterísticadelosnometales. Larespuestacorrectaeslab. 3.82.Señalarlarespuestaincorrecta: a)ElCaesunelementoalcalinotérreodel4°períododelatablaperiódica. b)ElSitienedenúmeroatómico14. c)LaconfiguraciónelectrónicadelCues[Ar]3 4 . d) El átomo de Cl es más electronegativo que el de I, y su radio atómico menor que el del azufre. (O.Q.L.Murcia2005) a) Verdadero. El Ca tiene la estructura electrónica externa [Ar] 4s . El valor máximo de n=4indicaquepertenecealcuartoperiodoyelnúmerodeelectronesexternoss indica quepertenecealgrupo2delsistemaperiódico. b) Verdadero. El Si tiene la estructura electrónica 1s 2s 2p 3s 3p . La suma de sus electronesindicaquesunúmeroatómicoes14. c)Falso.La estructura electrónicaabreviadadel Cu(Z = 29) es[Ar] 4s 3d ,ya quede acuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, lecorrespondeunadistribucióndeloselectronesenlosorbitales: 4s 3d d)Verdadero.LoselementosIyClpertenecenalgrupo17delsistemaperiódico,peroesel elementocloro(Z=17)elquetienemenornúmerodecapas.Estohacequecuandoambos elementos se encuentren unidos a un mismo elemento, sea el cloro el que más atraiga hacia sí esos electrones de enlace. Por tanto, el elemento A (iodo) no es más electronegativoqueelcloro. Segúnlabibliografía,losvaloresdelaselectronegatividadesenlaescaladePaulison: Cl(3,16)>I(2,66) LoselementosIyClpertenecenalgrupo17delsistemaperiódico,peroeseliodoelque tienemayornúmerodecapas(n=5)loquedeterminaquedeamboselementosseaesteel quetienemayorradio. Segúnlabibliografía,losradiosatómicos(pm)sonI(133)>Cl(99) Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 237 3.83.Dadaslasconfiguracioneselectrónicasdelosátomosneutros: A=1 2 2 3 B=1 2 2 6 indicasisonverdaderasofalsaslassiguientesafirmaciones: i)SenecesitaenergíaparapasardeAaB. ii)AyBrepresentanátomosdeelementosdistintos. iii)SerequieremenorenergíaparaarrancarunelectróndeBquedeA. a)Lastressonverdaderas b)i)verdaderaii)verdaderaiii)falsa c)i)falsaii)falsaiii)verdadera d)i)verdaderaii)falsaiii)verdadera (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2005) i) Verdadero. El orbital 6p tiene mayor energía que el 3s por lo que el átomo debe absorberenergíaparatengalugardichatransición. ii) Falso. Las configuraciones A y B tienen el mismo número de electrones, la diferencia entreambasestribaenqueenlaestructuraBseincumpleelPrincipiodeMínimaEnergía ya que se ha ocupado el orbital 6s antes de completarse el 3s. Por este motivo, la configuración A corresponde al estado fundamental del átomo y la configuración B correspondeaunestadoexcitado. iii)Verdadero.Elelectróndelorbital6sestámásalejadodel núcleoyporese motivo es másfácildearrancar. Larespuestacorrectaeslad. 3.84.Amedidaquesedesciendeenungrupodelsistemaperiódico,losmetalessehacenmás electropositivosysupotencialdeionizaciónsehacemásbajo. a)Verdadero b)Falso c)Esmáselectropositivoalbajarperosupotencialdeionizaciónsehacemásalto. d)Laselectronegatividadessonsemejantes. (O.Q.L.Madrid2005)(O.Q.L.LaRioja2005) Laenergíaopotencialdeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientrasque enungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Conformeseavanzaenungrupoelvalordenaumentaylaenergíadeionizaciónsehace menor. Aldisminuirlaenergíadeionizaciónaumentalaelectropositividad,omejordisminuyela electronegatividad,delelemento. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 238 3.85.¿Cuáldelossiguientesátomostienelaprimeraenergíadeionizaciónmásalta? a)Berilio b)Oxígeno c)Carbono d)Neón e)Litio (O.Q.L.Almería2005) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e–internos=#e–externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Li Be C O Ne Z 3 4 6 8 10 estructura electrónica [He]2s [He]2s 1 2 4 6 8 2 2 2 2 2 (aprox.) n [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p Se trata de elementos del mismo periodo (mismo valor de n) por lo que el factor determinantedelvalordeIesZ .ElelementoconmayorZ eselquetienemayorenergía deionización,enestecasoeselNe. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Li(520)<Be(900)<C(1087)<O(1314)<Ne(2081) Larespuestacorrectaeslad. 3.86.Delossiguientesátomoseiones: Ar, , , y Sepuedeafirmarque: a)Todostienenelmismoradioporquesonisoelectrónicos. b)Suradiovaríaenelsiguienteorden: > >Ar> > c)Suradiovaríaenelsiguienteorden: > >Ar> > d)Ningunadelasafirmacionesanterioresesverdadera. . . (O.Q.L.Baleares2005) Comosetratadeespeciesisoelectrónicasquetienenlamismaconfiguraciónelectrónica, todastienenlamismaconstantedeapantallamientoloquehacequelafuerzadeatracción del núcleo sobre el electrón más externo sea mayor en el núcleo con mayor número de protones (número atómico). En otras palabras, el tamaño de la especie decrece al CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 239 aumentar el número atómico. Por tanto, la ordenación correcta para las especies iónicas es: Ca <K <Cl <S EstonoesaplicableparaelAryaqueaquíelradioseríaatómicoynoiónico.Esteradioes el menor de todas las especies propuestas. Consultando la bibliografía, los valores (pm) son: Ar(98)<Ca (100)<K (138)<Cl (181)<S (184) Larespuestacorrectaeslad. (EnMurcia2002serealizaunapreguntasimilarsinincluirelAr). 3.87.Laelectronegatividaddeloselementosquímicossodio,aluminio,carbonoyflúorcrece enelsentido: a)Na<Al<C<F b)Na<Al<F<C c)C<F<Al<Na d)Al<F<Na<C (O.Q.L.Murcia2006) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. ‐periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: C[He]2s 2p F[He]2s 2p Na[Ne]3s Al[Ne]3s 3p Sepuedeplantearlasiguientetablaconloselementosdados: Elemento (aprox.) n C 4 2 F 7 2 Na 1 3 Al 3 3 Teniendo en cuenta los valores de n y de Z , los elementos el orden creciente de electronegatividades: Na<Al<C<F Consultandolabibliografía,seobtienenlossiguientesvalores,segúnPauling: Na(0,93)<Al(1,61)<C(2,55)<F(3,98) Larespuestacorrectaeslaa. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón1997). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 240 3.88.Conquéprocesorelacionalaprimeraenergíadeionizacióndeunátomo: a)Gananciadeunelectrónporunátomoqueformapartedeunamoléculagaseosa. b)Coneldesprendimientodeenergíaquehaycuandounmoldeátomosenestadogaseoso captaunelectrón. c)Conlaenergíanecesariaparaqueunmoldeátomosgaseosospierdaunelectrón. d)Conlaenergíanecesariaparaqueunmoldeátomosdeunelementoquímicosólidogane unelectrón. (O.Q.L.CastillayLeón2005) Laenergíadeionización,I,eslaenergíaquedebeabsorberunátomoen estadogaseoso parapoderquitarleelelectrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo. Larespuestacorrectaeslac. 3.89. Sobre la tabla periódica de los elementos químicos, señale de las siguientes afirmacionescuáleslafalsa: a)Elradiodelosátomosneutrossiempreesmenorqueelradiodesuscationes. b)Laelectronegatividadenlosperiodosdisminuyegeneralmentedederechaaizquierda. c)Laenergíadeionizacióndeloselementosquímicosenlosgruposaumentageneralmente deabajoaarriba. d)Elvolumendelosátomosaumentaenlosgruposdearribahaciaabajo. (O.Q.L.CastillayLeón2005) a)Falso.Elradiodelcatiónsiempreesmenorqueeldelátomodelqueprocede,yaqueal perderunelectróndisminuyelaconstantedeapantallamientoyaumentalacarganuclear efectiva, esto hace que la fuerza de atracción nuclear aumente y el tamaño del átomo disminuya. b)Verdadero.Laelectronegatividad,χ,midelacapacidadquetieneunátomoparaatraer haciasíloselectronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirde los valores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumentaalaumentarambaspropiedades.Laelectronegatividaddeunelementoesmayor cuantomenoressuradioatómicoycuantomayoressucarganuclearefectiva.Portanto aumentaenunperiodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. c) Verdadero. La energía de ionización, I, se puede calcular mediante la siguiente expresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) Como la carga nuclear efectiva en un grupo se mantiene prácticamente constante, la energíadeionizacióndecrecealaumentarelvalorden. d) Verdadero. El número de capas electrónicas es el factor determinante del tamaño. Cuantomayorseaelvalordenmayoreselvolumendelátomo. Larespuestacorrectaeslaa. 3.90.Delossiguienteselementos:Na,Mg,Al,SyCl: a)Elmásreductoreselcloro. b)Elóxidomásbásicoeseldemagnesio. c)Elmásmetálicoeselaluminio. d)Eldemayorafinidadelectrónicaeselcloro. e)Elmásoxidanteeselazufre. (O.Q.N.Vigo2006) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 241 a) Falso. El cloro tiene la estructura electrónica externa [Ne] 3s 3p . Le falta un único electrón para completar su octeto, por lo que tiene tendencia a ganarlo y reducirse formandoelionCl conunaestructuraelectrónica,muyestable,[Ne]3s 3p . Las sustancias que tienen marcada tendencia a ganar electrones y reducirse son los oxidantes. b)Falso.Elsodiosecombinaconoxígenoyformaelóxidodesodio,Na O.Estasustancia reacciona con agua formando hidróxido de sodio, NaOH, una base más fuerte que el hidróxidodemagnesio,Mg OH . Na O(s)+H O(l)2NaOH(aq)2Na (aq)+2OH (aq) c) Falso. El sodio tiene la estructura electrónica externa [Ne] 3s . Tiene una marcada tendencia a ceder ese electrón y oxidarse formando el ion Na con una estructura electrónica,muyestable,[He]2s 2p . El aluminio tiene la estructura electrónica externa [Ne] 3s 3p Tiene también una marcada tendencia a ceder esos electrones y oxidarse formando el ion Al con una estructuraelectrónica,muyestable,[He]2s 2p .Noobstante,elaluminiodebecedertres electronesmientrasqueelsodiosolodebecederuno,porestemotivopuededecirsequeel sodiotienemayorcaráctermetálicoqueelaluminio. d) Verdadero. El cloro tiene la estructura electrónica externa [Ne] 3s 3p . Le falta un únicoelectrónparacompletarsuocteto,porloquetienetendenciaaganarloyreducirse formandoelionCl conunaestructuraelectrónica,muyestable,[Ne]3s 3p . Loselementoscomoelcloro(halógenos)quetienenmarcadatendenciaaganarelectrones y reducirse son los que tienen las afinidades electrónicas más grandes del sistema periódico. e) Falso. El azufre tiene la estructura electrónica externa [Ne] 3s 3p . Le faltan dos electrones para completar su octeto, por lo que tiene tendencia a ganarlo y reducirse formandoelionS conunaestructuraelectrónica,muyestable,[Ne]3s 3p . Las sustancias que tienen marcada tendencia a ganar electrones y reducirse son los oxidantes. Larespuestacorrectaeslad. 3.91.Siunátomodeciertoelementoposeelasiguienteconfiguraciónelectrónica: 1 2 2 3 3 4 sepuededecirque: a)Esunmetaldetransición b)Seencuentraenunestadoexcitado c)Pierdeunelectrónconfacilidad d)Esmáselectronegativoqueelyodo (O.Q.L.Murcia2006) Dadalaestructuraelectrónica,elvalormáximoden=4indicaquesetratadeunelemento delcuartoperiododelsistemaperiódicoycomotiene1electróndevalencia(s )perteneceal grupo1queestáintegradoporloselementos: Li Litio (n=2) Na Sodio (n=3) K Potasio (n=4) Rb Rubidio (n=5) Cs Cesio (n=6) Fr Francio (n=7) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 242 a) Falso. Se trata de un metal alcalino. Los elementos de transición envían el electrón diferenciadoraunorbitald. b) Falso. La configuración electrónica propuesta cumple los principios de Mínima de EnergíaydeMáximaMultiplicidaddeHund,porloquecorrespondealestadofundamental c)Verdadero.Elpotasio,comoelrestodelosmetalesalcalinos,tienetendenciaaceder eseelectróns yoxidarseformandoelionK conunaestructuraelectrónica,muyestable, [Ne]3s 3p .Enotraspalabrastienebajaenergíadeionización. d) Falso. La electronegatividad de un elemento, χ, mide la facilidad que tiene un átomo paraatraerhaciasíloselectronesdesuenlaceconotrosátomos. El elemento yodo pertenece al grupo 17 del sistema periódico, por lo que su estructura electrónica externa es s p lo cual quiere decir, a diferencia del potasio, que tiene una marcadatendenciaganarelectronesynoaperderlos,porloquesepuedeconcluirqueel yodoesmuchomáselectronegativoqueelpotasio. Segúnlabibliografía,losvaloresdelaselectronegatividadesenlaescaladePaulingson: I(2,66)>K(0,82) Larespuestacorrectaeslac. 3.92. Señala cuál de las ordenaciones siguientes representa correctamente un aumento crecientedelaelectronegatividaddeloselementos: a)Na<Cl<S<O b)B<N<C<O c)C<N<O<F d)N<O<Cl<F e)C<B<F<O (O.Q.L.Murcia2006)(O.Q.L.PreselecciónValencia2013) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐Grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. ‐Periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: B[He]2s 2p C[He]2s 2p N[He]2s 2p O[He]2s 2p F[He]2s 2p Na[Ne]3s S[Ne]3s 3p Cl[Ne]3s 3p Sepuedeplantearlasiguientetablaconloselementosdados: Elemento (aprox.) n B 3 2 C 4 2 N 5 2 O 6 2 F 7 2 Na 1 3 S 6 3 Cl 7 3 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 243 Teniendo en cuenta los valores de n y de Z , los elementos el orden creciente de electronegatividades: Na<B<C<S<N<Cl<O<F Portanto,detodaslaspropuestaslacorrectaes: C<N<O<F Consultandolabibliografía,seobtienenlossiguientesvalores,segúnPauling: Na(0,93)<B(2,04)<C(2,55)<S(2,58)<Cl(3,16)<O(3,44)<F(3,98) Larespuestacorrectaeslac. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón1997yCastillayLeón2005). 3.93.Señalelaopcióncorrectaparaelordencrecientedelradiodelosiones: a) < < < b) < < < c) < < < d) < < < (O.Q.L.Murcia2006)(O.Q.L.Galicia2013) El elemento litio pertenece al grupo 1 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes3. La configuración electrónica del ion Li es 1s ya que cede un electrón de su capa más externa. Elelementoberiliopertenecealgrupo2yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes4. LaconfiguraciónelectrónicadelionBe es1s yaquecededoselectronesdesucapamás externa. Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cede un electrón de su capamásexterna. Elelementopotasiopertenecealgrupo1yperiodo4delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes19. LaconfiguraciónelectrónicadelionK es[Ne]3s 3p yaquecedeunelectróndesucapa másexterna. Lasdosprimerasespeciespropuestas,Li yBe ,sonlasdemenortamañoyaquetienen n=1,ydeellasesmenorelBe yaquetienemenorcarganuclearefectiva. Lasdosrestantes,Na yK ,tienenlamismacarganuclearefectiva,ydeellasesmenorel Na yaquetienemenorvalorden=2. Elordencrecientederadiosiónicos(pm)es: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 244 Be (27)<Li (59)<Na (99)<K (138) Larespuestacorrectaeslaa. 3.94.Unelementoquímicopresentalasiguienteconfiguraciónelectrónica: [Xe]4 5 6 portantoesun: a)Metaldelbloqued b)Metalalcalino c)Metalalcalinotérreo d)Gasinerte e)Metaldedobletransición (O.Q.L.Madrid2006)(O.Q.N.Sevilla2010) Dadalaestructuraelectrónica,elvalormáximoden=6indicaquesetratadeunelemento del sexto periodo del sistema periódico y como de acuerdo con el Principio de Mínima Energía el último subnivel que se llena de electrones es el 5d. Al tener 12 electrones en la últimacapapertenecealgrupo12queestáintegradoporloselementos: Zn Cinc (n=4) Cd Cadmio (n=5) Hg Mercurio (n=6) Cn Copernicio (n=7) setratadelelementomercuriounelementodelbloqued. Larespuestacorrectaeslaa. (EnlacuestiónpropuestaenSevilla2010seidentificanloselementosBa,Hg,La,Rn). 3.95. A partir de la posición del oxígeno en la tabla periódica y de su configuración electrónicasepuedeafirmarque: a)Eselelementomáselectronegativodelatabla. b)Susvalenciascovalentesson2,4y6. c)Susátomosymoléculassonparamagnéticos. d)Formaelmismotipodecompuestosqueelrestodeloselementosdesugrupo. (O.Q.L.Madrid2006) a)Falso.LaelectronegatividadcreceenunperiodoconformeaumentanlacarganuclearZ ylacarganuclearefectiva.Elflúoresunelementodelmismoperiodoqueeloxígenopero conmayorvalordeZ,porloqueesmáselectronegativo. b) Falso. La estructura atómica abreviada del átomo de oxígeno es [He] 2s 2p , y de acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund los electrones ocupan los subniveles de energía degenerados (2p) lo más separados posible y con los spines paralelos: 2s 2p La valencia covalente indica el número de electrones desapareados que puede tener un átomo,quecomoseobservaeneloxígenoes+2. c)Verdadero.Comosehademostradoenelapartadob)elátomodeoxígenopresenta electronesdesapareados,portantoesparamagnético. LadistribucióndeelectronesenlosorbitalesmolecularesenlamoléculadeO es: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Como se observa en el diagrama, la molécula de desapareados,portantoesparamagnética. 245 también presenta electrones d)Falso.Comosuúnicavalenciacovalentees+2esincapazdeformaroxoácidoscomolo hace,porejemplo,elazufre. Larespuestacorrectaeslac. 3.96.Cuandoseordenanloselementossilicio,fósforoyazufreenordencrecientedeenergías deionización,¿cuáleselordencorrecto? a)Si,P,S b)Si,S,P c)S,Si,P, d)P,S,Si (O.Q.L.Madrid2006) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Si P S Z 14 15 16 estructuraelectrónica [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p (aprox.) 4 5 6 n 3 3 3 Loselementospropuestospertenecenaltercerperiodo,portantoentodoselloselvalor den=3. Deacuerdoconloexpuesto,laenergíadeionizacióndeberíaaumentaralaumentarZ,sin embargo, existe una pequeña anomalía en el caso de los elementos fósforo y azufre. La anomalía se debe a que, de acuerdo con la regla de Hund, el fósforo tiene los tres electrones p desapareados en orbitales diferentes, sin embargo, el azufre tiene dos CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 246 electrones apareados en mismo orbital p lo que provoca que exista repulsión electrostáticaentreellosyfacilite,portanto,laeliminacióndeesteúltimoelectrón. 3s Fósforo 3p 3s Azufre 3p Elordencrecientedelaprimeraenergíadeionización(kJ/mol)paraestoselementoses: Si(787)<S(1000)<P(1012) Larespuestacorrectaeslab. 3.97.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescierta? a)Paulingelaboróunaescaladeelectronegatividades. b)ConlaleydeHesssepuedencalcularlosradiosatómicos. c)ConelmodeloatómicodeBohrsepuedeinterpretarlaestructuraelectrónicadecualquier átomo. d)Planckinterpretóporprimeravezelespectrodelhidrógeno. (O.Q.L.Baleares2006) a)Verdadero.Laescaladeelectronegatividadesmásampliamenteutilizadafueelaborada por Pauling a partir de medidas de energías de enlace y relacionando estas con la diferenciadeelectronegatividadexistenteentrelosdoselementosenlazados.Suescalaes relativaalelementoflúoralqueasignaunvalormáximode3,98. b)Falso.LosradiossepuedencalcularapartirdemedidasconespectrometríadeRX.Una aplicación de la ley de Hess es el ciclo de Born‐Haber con el que se pueden calcular energíasreticularesobienafinidadeselectrónicas. c) Falso. El modelo atómico propuesto por Bohr solo es aplicable al hidrógeno y átomos hidrogenoides. d) Falso. Planck propuso la teoría cuántica que proponía la discontinuidad de la energía radiadaporlosátomos. Larespuestacorrectaeslaa. 3.98.Delassiguientesseriesdeelementosporordencrecientedeelectronegatividad,¿cuáles lacorrecta? a)Al<N<Rb<F b)Rb<N<F<Al c)Rb<Al<N<F d)F<Al<Rb<N (O.Q.L.Baleares2006) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln ‐periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) N[He]2s 2p F[He]2s 2p Al[Ne]3s 3p Rb[Kr]5s 247 Sepuedeplantearlasiguientetablaconloselementosdados: Elemento (aprox.) n N 5 2 F 7 2 Al 3 3 Rb 1 5 Teniendo en cuenta los valores de n y de Z , los elementos el orden creciente de electronegatividad,segúnPauling,es: Rb(0,82)<Al(1,61)<N(3,04)<F(3,98) Larespuestacorrectaeslac. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón1997y2005yMurcia2006). 3.99.Lareacciónasociadaalpotencialdeionización: a)Mg(g)+ (g) b)Mg(g) (g)+ c)Mg(s) (g)+ d)Ningunadelasanteriores. e)Mg(l) (g)+ f) (g) (g)+ (O.Q.L.Baleares2006)(O.Q.L.LaRioja2006) Laenergíaopotencialdeionización,I,eslaenergíaquedebeabsorberunátomoenestado gaseosoparapoderquitarleelelectrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo.Laecuación químicacorrespondientealprocesoes: Mg(g)Mg (g)+e Larespuestacorrectaeslab. (EnlacuestiónpropuestaenLaRioja2006secambianlasopcionesaycporeyf). 3.100. ¿Qué grupo de elementos del Sistema Periódico tiene las energías o potenciales de ionizaciónmáselevados? a)gasesnobles b)halógenos c)alcalinos (O.Q.L.LaRioja2006) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,portanto, loselementosconmayorvalordeIseránlosquetenganmayorvalordeZ ,esdecirlos últimosdecadaperiodo,losgasesinertes. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 248 3.101.Unadelasafirmacionesqueseofrecenesfalsa: a)Elradiodeunionpositivosellamaradiocatiónico. b)Sielátomodeunelementopasaaserunionnegativosuradiodisminuye. c)Laatracciónentreionespositivosynegativosdalugaraloscompuestosiónicos. d)Lacaptacióndeelectronesporunátomoneutrodalugaralaformacióndeunanión. (O.Q.L.CastillayLeón2006)(O.Q.L.CastillayLeón2008) Laafirmacióndequesiunátomocaptaunelectrónysetransformaenunionnegativosu radio disminuye es falsa, ya que al aumentar el número de electrones, aumenta la constante de apantallamiento y disminuye la carga nuclear efectiva, lo que hace que la fuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamenor,motivoporelcual, elradiodelaniónesmayorqueeldelátomodelqueprocede. Larespuestacorrectaeslab. 3.102.Tenemoscincoelementosquímicosdelatablaperiódicacuyosnúmerosatómicosson: Z=11,Z=12,Z=13,Z=18yZ=19.Elorden,demayoramenor,delaprimeraenergíade ionizaciónes: a)18>12>13>11>19 b)18>13>12>11>19 c)18>12>13>19>11 d)11>18>12>13>19 (O.Q.L.CastillayLeón2006) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e–internos=#e–externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Z 11 12 estructura electrónica [Ne]3s [Ne]3s 1 2 3 3 (aprox.) n 13 18 19 [Ne]3s 3p [Ar]4s 3 8 1 3 3 4 [Ne]3s 3p Los elementos 11, 12, 13 y 18 son del mismo periodo (n = 3) por lo que el factor determinante del valor de I es Z . El elemento con mayor Z es el que tiene mayor energíadeionización,enestecasoesel18yeldemenorel11. No obstante, existe una anomalía entre los valores correspondientes al 12 y 13. Se tiene queZ (13)>Z (12),yaqueelprimerotienemáselectronesdevalencia(s p )queel segundo(s ).Portanto,laenergíadeionizacióndel13deberíasermayorqueladel12, Sinembargo,elúnicoelectrónp delelementoconZ=13seencuentrabienprotegidopor CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 249 los electrones s y los internos. Por tanto, se necesita menos energía para arrancar ese electrónp queparaquitarunodeloselectroness apareadosdelmismoniveldeenergía. Elelemento19pertenecealcuartoperiodo(n=4)yademástieneZ =1,muybaja,por tanto,lecorrespondelamenorenergíadeionizacióndetodoslospropuestos. Elordencorrectoes18>12>13>11>19. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Ar(1521)> Mg(738)> Al(578)> Na(496)> K(419) Larespuestacorrectaeslaa. 3.103.ElordendelasprimerasenergíasdeionizacióndeloselementosB,C,N,OyFes: a)F<O<N<C<B b)B<C<O<N<F c)B<C<N<O<F d)C<B<N<O<F e)Novaría (O.Q.N.Córdoba2007)(O.Q.N.Castellón2008) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento B C N O F Z 5 6 7 8 9 estructura electrónica (aprox.) n [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p 3 4 5 6 7 2 2 2 2 2 Loselementospropuestospertenecenalsegundoperiodo,portantoentodoselloselvalor den=2. Deacuerdoconloexpuesto,laenergíadeionizacióndeberíaaumentaralaumentarZ,sin embargo,existeunapequeñaanomalíaenelcasodeloselementosnitrógenoyoxígeno.La anomalía se debe a que, de acuerdo con la regla de Hund, el nitrógeno tiene los tres electrones p desapareados en orbitales diferentes, sin embargo, el oxígeno tiene dos electrones apareados en mismo orbital p lo que provoca que exista repulsión electrostáticaentreellosyfacilite,portanto,laeliminacióndeesteúltimoelectrón. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 2s Nitrógeno 2p 2s Oxígeno 2p 250 Elordencrecientedelaprimeraenergíadeionización(kJ/mol)paraestoselementoses: B(801)<C(1087)<O(1314)<N(1402)<F(1681) Larespuestacorrectaeslab. 3.104.Sisehabladetamañosatómicos,elijalaopcióncuyoordenseaincorrecto. a)Cs>Fe>He b) > > c)Ti>Fe>Zn d)Be<Ca<Ba e) <Ne< (O.Q.N.Córdoba2007)(O.Q.L.Galicia2014) El radio de una especie química aumenta con el número de capas electrónicas (n) y al disminuirlacarganuclearZylacarganuclearefectiva. a)Verdadero.Lasestructuraselectrónicasdelasespeciespropuestasson: He1s Fe[Ar]4s 3d Cs[Xe]6s SetratadeunelementodelprimerperiodoHe(n=1)muypequeño,deotroelementoalgo mayor por ser del cuarto periodo, Fe (n = 4) y un elemento muy voluminoso por perteneceralsextoperiodo,Cs(n=6). Elordendecrecientederadios(pm)es: Cs(248)>Fe(126)>He(50) b)Verdadero.Lasestructuraselectrónicasdelasespeciespropuestasson: F[He]2s 2p F [He]2s 2p Cr[Ar]4s 3d Cr Mn[Ar]4s 3d Mn [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p Setratadeunanión(F )queaumentaconsiderablementesuradioalcaptarunelectróny doscationes(Cr yMn )que,porelcontrario,disminuyenconsiderablementesuradio al perder seis y siete electrones respectivamente. De los dos cationes, es el Mn el que tiene menor radio ya que su núcleo tiene un protón más que el del cromo mientras que ambostienenigualnúmerodeelectronesapantallandoloquehacequeseaelmanganeso elquetengamayorcarganuclearefectiva. Elordendecrecientederadioses: F >Cr >Mn c)Falso.Lasestructuraselectrónicasdelasespeciespropuestasson: Ti[Ar]4s 3d Fe[Ar]4s 3d Zn[Ar]4s 3d Setratadeelementosdelmismoperiodo,porloqueelfactordeterminantedeltamañoes la carga nuclear efectiva que aumenta al aumentar Z, y que hace disminuir el radio conforme se avanza por el bloque d, no obstante al ir poblándose el subnivel con más CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 251 electronesaumentanlasrepulsionesinterelectrónicasquehacenqueelradioaumentede formaanómalahastaelfinaldelbloque. Elordendecrecientederadios(pm)es: Ti(147)>Zn(134)>Fe(126) d)Verdadero.Lasestructuraselectrónicasdelasespeciespropuestasson: Be[He]2s Ca[Ar]4s Ba[Xe]6s Setratadeelementosdelmismogrupo,porloqueelfactordeterminantedeltamañoesel númerodecapaselectrónicas,Be(n=2),Ca(n=4)yBa(n=6). Elordencrecientederadios(pm)es: Be(147)>Ca(197)>Ba(222) e)Falso.Lasestructuraselectrónicasdelasespeciespropuestasson: F[He]2s 2p F [He]2s 2p Na [He]2s 2p Ne[He]2s 2p Na[Ne]3s Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas. Por este motivo, todas tienen la misma constante de apantallamiento lo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,elradiode la especie decrece al aumentar el número atómico. Por tanto, el menor radio le correspondealaespecieconmayorZ,elNa . EnelcasodelNe,latendencianosecumpleyaqueseestáncomparandoradiosiónicosy atómicos. Elordendecrecientederadios(pm)es: F (133)>Na (99)>Ne(71) Lasrespuestascorrectassoncye. (EnlacuestiónpropuestaenCórdobanofiguraenelementoB). 3.105. Indique en qué apartado se hace una asociación incorrecta entre configuración electrónicadelosúltimosorbitalesyátomo,grupooperiodo: a)Elementosdetransición ns(n−1)dnp b)Cumetálico 4 3 c)Lantano 6 4 d)Actinio 6 7 e)Crmetálico 4 3 (O.Q.N.Córdoba2007) Ellantanoesunelementopertenecientealgrupo3delsistemaperiódicoformadoporlos elementos: Sc Escandio (n=4) Y Itrio (n=5) La Lantano (n=6) Ac Actinio (n=6) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 252 Laestructuraelectrónicaexternadeloselementosdelgrupoesns (n–1)d . Comoellantanopertenecealsextoperiodosuconfiguraciónelectrónicaes[Xe]6s 5d . Larespuestacorrectaeslac. 3.106.Alirdeizquierdaaderechaeneltercerperiododelatablaperiódica,losóxidosylos cloruroscambiansuspropiedadesdeiónicasacovalentes.Estecambiosedebeaque: a)Aumentaelvolumenatómico. b)Desciendelaprimeraenergíadeionización. c)Incrementalaelectronegatividad. d)Disminuyeelnúmerodeelectronesdevalencia. (O.Q.L.Murcia2007) El carácter iónico parcial de un enlace depende de la diferencia de electronegatividad existente entre los elementos que se enlazan. Conforme esta diferencia se hace menor aumentaelcaráctercovalentedelcompuesto. LaelectronegatividaddentrodeunperiodoaumentaconformeaumentalacarganuclearZ delelemento,esdecir,hacialaderecha. Teniendo en cuenta que cloro y oxígeno están situados prácticamente al final de sus respectivosperiodos,loscompuestosqueformanconloselementosdelperiodocadavez tienen menor diferencia de electronegatividad por lo que los compuestos son cada vez máscovalentes. Larespuestacorrectaeslac. 3.107. Selecciona la relación que exprese correctamente el orden creciente del primer potencialdeionizacióndeloselementosquímicosAr,S,NaySi: a)Ar,Si,S,Na b)Na,S,Ar,Si c)Na,Si,S,Ar d)Si,S,Ar,Na (O.Q.L.Murcia2007) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n Na 11 [Ne]3s1 1 3 Si 14 S 16 Ar 18 [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p 4 3 6 3 8 3 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 253 Loselementospropuestospertenecenaltercerperiodo,portantoentodoselloselvalor den=3. Se trata de elementos del mismo periodo (mismo valor de n) por lo que el factor determinantedelvalordeIesZ .Laenergíadeionizaciónaumentaconformeaumentael valordeZ . Elordencrecientedelaenergíadeionización(kJ/mol)paraestoselementoses: Na(496)<Si(787)<S(1000)<Ar(1521) Larespuestacorrectaeslac. 3.108. Ordena, en orden creciente, los radios de los siguientes iones isoelectrónicos: , y : a) , , , b) , , , c) , , , d) , , , , (O.Q.L.Murcia2007) Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas, por este motivo, todas tienen la misma constante de apantallamiento lo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño delaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. Elordencrecientedelosradiosiónicos(pm)es: (72)< (99)< (133)< (140) Larespuestacorrectaeslab. 3.109.ConsiderandoloselementosRb,K,FyBr,indicalafrasecorrecta: a)ElKesdelmenorpotencialdeionizaciónyelBreldemayorafinidadelectrónica. b) El Rb y el K tienen el mismo potencial de ionización, y el Br y el F la misma afinidad electrónica. c)ElKesdelmenorpotencialdeionizaciónyelBreldemenorafinidadelectrónica. d)ElRbesdelmenorpotencialdeionizaciónyelFeldemayorafinidadelectrónica. (O.Q.L.Baleares2007) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). LaafinidadelectrónicaAEvaríadeacuerdosconlosmismosparámetrosquelaenergíade ionización. El valor máximo le corresponde al elemento con menor valor de n y mayor valordeZ (Z),aunquepresentaunaanomalíaenelcasodelaparejaflúor‐cloro,enlaque CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 254 el valor máximo le corresponde al cloro ya que debido al pequeño tamaño del átomo de flúor son muy grandes las fuerzas de repulsión entre electrones lo que dificulta la incorporacióndeunnuevoelecrón. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n F 9 K 19 Br 35 Rb 37 [He]2s 2p [Ar]4s [Ar]3d 4s 4p [Kr]5s 7 2 1 4 7 4 1 5 Entrelosnometales,FyBr,laafinidadelectrónicamásaltalecorrespondealF. Entrelosmetales,KyRb,elpotencialdeionizaciónmásbajalecorrespondealRb. Larespuestacorrectaeslad. 3.110.¿Quéproposiciónescierta? a)Enungrupo,laenergíadeionizaciónaumentaalaumentarelnúmeroatómico. b)ElradiodelaespecieAesmayorqueeldelelementoA. c) Un elemento que presente una afinidad electrónica alta, presentará una energía de ionizaciónbaja. d)Enunperiodo,losmetalesaumentansuelectronegatividaddederechaaizquierda,ylos nometaleslohacendeizquierdaaderecha. (O.Q.L.CastillayLeón2007)(O.Q.L.CastillayLeón2008) a)Falso.Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) Lacarganuclearefectivaenungruposemantieneprácticamenteconstante.Portanto,el factordeterminantedelvalordeIdentrodeungrupoeselvalorden.Comoenungrupon aumentaconelnúmeroatómico,laenergíadeionizacióndisminuye. b)Verdadero.ElionA tieneunelectrónmásqueelátomoA.Alaumentarelnúmerode electronesaumentalaconstantedeapantallamientoydisminuyelacarganuclearefectiva, loquehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamenor. Portanto,elradiodelionA esmayorqueeldelátomoA. c) Falso. La afinidad electrónica, AE, es la energía que desprende un átomo en estado gaseoso cuando capta un electrón. Un átomo que capta electrones fácilmente, es decir, tieneunaafinidadelectrónicaelevada,notienetendenciaacederlosoloqueeslomismo, suenergíadeionizacióntambiéneselevada. d)Falso.Laelectronegatividad,χ,midelacapacidadquetieneunátomoparaatraerhacia síloselectronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelos valores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumentaalaumentarambaspropiedades.Laelectronegatividaddeunelemento,seametal onometal,esmayorcuantomenoressuradioatómicoycuantomayoressucarganuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividad de un elemento aumenta en un periodo al aumentarelvalordelnúmeroatómico,esdecir,deizquierdaaderecha. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 255 3.111.Laelectronegatividaddeunelementoestárelacionadacon: a)Lafacilidaddeperderunelectróndelacapadevalencia. b)Latendenciaacomportarsecomoreductor. c)Lafacilidaddeperderunelectróndelaprimeracapa. d)Laatraccióndeelectronesdeunenlace. (O.Q.L.CastillayLeón2007) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos. Larespuestacorrectaeslad. 3.112. Si nos desplazamos de izquierda a derecha en los periodos segundo y tercero del sistemaperiódico,indicacuáldelaspropuestassiguientesescorrecta. a)Aumentaelcaráctermetálicodeloselementos. b)Disminuyeelradioatómico. c)Disminuyelaenergíadeionización. d)Disminuyelaelectronegatividad. (O.Q.L.CastillayLeón2007)(O.Q.L.CastillayLeón2012) a) Falso. El carácter metálico de los elementos de un periodo disminuye conforme aumentalacarganuclearZdelelemento,esdecir,hacialaderecha. b) Verdadero. El radio de los elementos de un periodo disminuye conforme aumenta la carganuclearZdelelemento,esdecir,hacialaderecha. c) Falso. La energía de ionización de los elementos de un periodo aumenta conforme aumentalacarganuclearZdelelemento,esdecir,hacialaderecha. d)Falso.Laelectronegatividaddeloselementosunperiodoaumentaconformeaumentala carganuclearZdelelemento,esdecir,hacialaderecha. Larespuestacorrectaeslab. 3.113. Para el proceso M(g) (g) + VERDADERA? a)Essiempreendotérmico b)Puedeserendotérmicooexotérmico c)Essiempreexotérmico d)Ponedemanifiestounareducción , ¿cuál de las siguientes afirmaciones es (O.Q.L.LaRioja2007) Laformacióndecationesesunaoxidaciónyesunprocesoqueessiempreendotérmicoya quesenecesitacomunicarenergía(energíadeionización)alátomoparapoderquitarleun electrón. Larespuestacorrectaeslaa. 3.114.Indicalaconfiguraciónelectrónicaquecorrespondealelementoconmayorafinidad electrónica: a)1 2 2 b)1 2 2 c)1 2 2 3 d)1 2 2 3 (O.Q.L.LaRioja2007) Laafinidad electrónicasedefinecomola energíaquedesprendeunátomocuandocapta unelectrón. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 256 De todos los átomos anteriores el que libera mayor cantidad de energía al captar un electrónesquetienelaestructura ,yaquecuandocaptaunelectrónadquiere unaestructuraelectrónicamuyestable(degasinerte). Larespuestacorrectaeslab. 3.115.Elpotencialdeionizacióndeloshalógenos(F,Cl,Br,I): a)Disminuyehaciaabajoenelgrupo. b)Aumentahaciaabajoenelgrupo. c)Eselmismoparatodosportenerlamismadistribuciónelectrónicaensuúltimacapa. d)Aumentalaaumentarelradioatómico. (O.Q.L.LaRioja2007) Laenergíadeionizacióndeunaespeciequímicasecalculapormediodelaecuación: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) Lacarganuclearefectivaenungruposemantieneconstante,mientrasqueelnúmerode capas aumenta conforme se desciende en el grupo. Por tanto, de acuerdo con esto, las energíasdeionizaciónenungrupo(kJ/mol)siguenordendecreciente: F(1681)>Cl(1251)>Br(1140)>I(1008) Larespuestacorrectaeslaa. 3.116.Losnúmerosatómicosdecuatroelementosson9,17,35y53.¿Cuálesdelassiguientes afirmacionessoncorrectas? 1)loselementospertenecenalmismogrupodelsistemaperiódico 2)loselementospertenecenaunmismoperiodo 3)susradioscrecendesdeel9hastael53 4)sucarácteroxidantecrecedesdeel9hastael53 5)sucaráctereseminentementenometálico a)1y2 b)1y3 c)1,4y5 d)1,3y5 e)2y4 (O.Q.N.Castellón2008) Alelementodenúmeroatómico9lecorrespondeunaestructuraelectrónicaenelestado fundamental1s 2s 2p ,deformaabreviada[He]2s 2p .Lasumadelossuperíndicesde suestructuraelectrónicaexterna(2+10+5)indicaquepertenecealgrupo17yelvalor den=2alperiodo2delsistemaperiódico(aunqueenestecasoesprecisotenerencuenta queloselementosdelsegundoperiodonotienenelectronesd). Al elemento de número atómico 17 le corresponde una estructura electrónica en el estadofundamental1s 2s 2p 3s 3p ,deformaabreviada[Ne]3s 3p .Lasumadelos superíndicesdesuestructuraelectrónicaexterna(2+10+5)indicaquepertenecealgrupo 17yelvalorden=3alperiodo3delsistemaperiódico(aunqueenestecasoespreciso tenerencuentaqueloselementosdeltercerperiodonotienenelectronesd). Al elemento de número atómico 35 le corresponde una estructura electrónica en el estadofundamental1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p ,deformaabreviada[Ar]3p 4s CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 257 4p . La suma de los superíndices de su estructura electrónica externa (2+10 +5) indica quepertenecealgrupo17yelvalorden=4alperiodo4delsistemaperiódico. Al elemento de número atómico 53 le corresponde una estructura electrónica en el estado fundamental 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s 5p de forma abreviada [Kr] 4p 5s 5p . La suma de los superíndices de su estructura electrónica externa (2+10+5) indica que pertenece al grupo 17 y el valor de n = 5 al periodo 5 del sistema periódico. 1)Verdadero.Loscuatroelementospertenecenalmismogrupodelsistemaperiódico. 2)Falso.Loscuatroelementospertenecenadiferentesperiodosdelsistemaperiódico. 3) Verdadero. Los radios de los cuatro elementos crecen desde el 9 al 53 ya que cada elementoposeemáscapaselectrónicasqueelanterior. 4)Falso.Elcarácteroxidantedeloselementosdeunmismogrupodecrecealaumentarel númeroatómicoyaqueapesardetenerlamismacarganuclearefectivalaatraccióndel núcleo para incorporar electrones y reducirse disminuye la aumentar el tamaño de los átomos. 5) Verdadero. Los cuatro elementos poseen un elevado carácter no metálico ya que al tenersieteelectronesdevalenciatienenunaelevadatendenciaacaptarunelectrón. Larespuestacorrectaeslad. 3.117. Las especies H, y son isoelectrónicas. ¿Cuál posee mayor energía de ionizaciónycuálmayorradio? a)MayorenergíadeionizaciónelHymayorradioel . b)Mayorenergíadeionizaciónel ymayorradioel . c)Mayorenergíadeionizaciónel ymayorradioelH. d)Mayorenergíadeionizaciónel ymayorradioel . e)Lostrestienenigualenergíadeionizacióneigualradio. (O.Q.N.Castellón2008) LaestructuraelectrónicadelastresespeciesH,He yLi es1s ,ysusnúmerosatómicos sonrespectivamente,1,2y3. Laenergíadeionizacióndeunaespeciequímicasecalculapormediodelaecuación: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos yelvalordelaconstantedeapantallamientoes 0paralastresespeciesyaquealsersu estructura electrónica no hay ningún electrón apantallando. Por tanto, para dichas especiesZ=Z .Deacuerdoconloexpuesto: I >I >IH Enlasespeciesisoelectrónicas,elradiodelamismadisminuyeconformeaumentalacarga nuclearefectiva,portanto,elordendelosradioses: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) rH >r >r 258 Larespuestacorrectaeslac. (EstacuestiónsehapropuestoconunformatosimilarenMurcia2003y2004). 3.118.Indicalaafirmaciónqueconsiderescorrecta: a)Electronegatividadeslomismoqueafinidadelectrónica. b)Losátomosmetálicostiendenacaptarelectrones. c)Loshalógenossonloselementosdemayorelectronegatividad. d)Laelectronegatividaddisminuyeenunperiodoconformeaumentaelnúmeroatómico. (O.Q.L.Murcia2008) a)Falso.Laelectronegatividadeslafacilidadrelativaquetieneunátomoparaatraerhacia siloselectronesdesuenlaceconotroátomo. La afinidad electrónica es la energía que desprende un átomo gaseoso cuando capta un electrón. b)Falso.Losmetalessecaracterizanporlatendenciaacederelectronesynoacaptarlos. c)Verdadero.Loshalógenossonelementosquesecaracterizanporsuselevadasenergías deionizaciónyafinidadeselectrónicas,locualdeterminaqueseanelementosquetienden a captar electrones y no a cederlos, por tanto son elementos muy electronegativos que cuandoseenlacenconotroselementosatraeránfuertementehaciasiloselectronesdesu enlaceconellos. d)Falso.Conformeseavanzaenunperiodoaumentalacarganuclearefectivaloquehace queaumentelaelectronegatividaddeloselementos. Larespuestacorrectaeslac. 3.119.¿Cuáldelossiguientesátomostienemayorenergíadeionización? a)Sb b)As c)N d)P e)Si (O.Q.L.Murcia2008)(O.Q.L.LaRioja2009)(O.Q.L.LaRioja2012) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 259 Elemento N P As Sb Si Z 7 15 33 51 14 estructura electrónica [He]2s 2p [Ne]3s 3p [Ar]3d 4s 4p [Kr]4d 5s 5p [Ne]3s 3p 5 5 5 5 4 2 3 4 5 3 (aprox.) n Loselementospropuestospertenecenalgrupo15,portantoentodoselloselvalordeZ es,aproximadamente,elmismoporloqueelfactordeterminantedelvalordelaenergía deionizacióneselvalorden.Laenergíadeionizaciónmáximalecorrespondealelemento conmenorvalorden. Elordencrecientedelaenergíadeionización(kJ/mol)paraestoselementoses: Si(787)<Sb(834)<As(947)<P(1012)<N(1402) Larespuestacorrectaeslac. (EnlacuestiónpropuestaenlaRioja2009y2012secambiaelAsporSi). 3.120.Dadaslasconfiguracioneselectrónicasdedosátomos: A:1 2 2 3 B:1 2 2 3 3 4 Señalalarespuestacorrecta: a)LaprimeraenergíadeionizacióndeAesmayorqueladeB. b)Lasprimerasenergíasdeionizacióndelosdosátomossoniguales. c)ElelementoBeselsodio. d)ElelementoAesmásmetálicoqueB. (O.Q.L.Madrid2008) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Losdoselementospertenecenalgrupo1(metalesalcalinos)delsistemaperiódicoyaque solotienenunelectrónensucapamásexterna.Porestemotivo,lacarganuclearefectiva eslamismaparalosdos. a)Verdadero.LaenergíadeionizacióndeA(n=3)esmayorqueladeB(n=4). b)Falso.Talyasehadiscutido. c)Falso.ElelementoBeselpotasioyaseencuentraenel4ºperiodo(n=4). d) Falso. El elemento B es más metálico que el A ya que al tener menor energía de ionizacióncedemásfácilmenteelectronesyseoxida. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 260 Larespuestacorrectaeslaa. 3.121.¿CuáldelossiguienteselementosK,Cu,Zn,I,tienemayornúmerodeprotonesensu núcleo? a)K b)Cu c)I d)Zn (O.Q.L.Madrid2008) El elemento de símbolo K es el potasio y pertenece al grupo 1 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su estructura electrónica es 1s 2s 2p 3s 3p 4s . Sumando los superíndicesseobservaquetiene19electronesy,portanto,19protones. ElelementodesímboloCueselcobreypertenecealgrupo11yperiodo4delsistema periódicoporloquesuestructuraelectrónicaes1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .Sumando lossuperíndicesseobservaquetiene29electronesy,portanto,29protones. El elemento de símbolo Zn es el cinc y pertenece al grupo 12 y periodo 4 del sistema periódicoporloquesuestructuraelectrónicaes1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .Sumando lossuperíndicesseobservaquetiene30electronesy,portanto,30protones. El elemento de símbolo I es el yodo y pertenece al grupo 17 y periodo 5 del sistema periódicoporloquesuestructuraelectrónicaes1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s 5p . Sumando los superíndices se observa que tiene 53 electrones y, por tanto, 53protones. Larespuestacorrectaeslac. 3.122.Señalalarespuestacorrecta,enrelaciónaloselementosalcalinos: a)Ellitioeselmásreductor. b)ElCsesmenoselectropositivoqueelLi. c)LaprimeraenergíadeionizaciónaumentadelLialCs. d)ElCseselquetienemayortendenciaaoxidarse. (O.Q.L.Madrid2008) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Losmetalesalcalinostienenunelectrónensucapamásexterna.Porestemotivo,lacarga nuclearefectivaeslamismaparatodos. Lamayorenergíadeionizaciónlecorresponderáalelementoconmenorvalorden. a)Falso.Detodoslosalcalinos,elmásreductoreselqueseoxidemásfácilmente,esdecir, elquetengamenorenergíadeionización,elcesio(n=6). b) Falso. El cesio cede más fácilmente electrones, es el menos electronegativo (más electropositivo). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 261 c)Falso.Laenergíadelaprimeraionizacióndisminuyeamedidaqueaumentaelvalorde n.Máximaparaellitioymínimaparaelcesio. d) Verdadero. El cesio al tener menor energía de ionización cede más fácilmente electronesyseoxidaconmayorfacilidad. Larespuestacorrectaeslad. 3.123.Decircuálesdelassiguientesafirmacionessonciertas: i)Laprimeraenergíadeionizacióndelcesioesmayorqueladelbario. ii)Laprimeraenergíadeionizaciónde eslamismaquelasegundadelátomode helio. iii)Laafinidadelectrónicadeuncatiónesmayorqueladelátomocorrespondiente. a)Laprimeraylasegunda b)Laprimeraylatercera c)Lasegundaylatercera d)Lastres (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos La mayor energía de ionización le corresponderá al elemento con menor valor de n y mayorvalordeZ . i)Falso.Setratadeelementosdel6ºperiodo,portanto,paraambos,n=6,loquehaceque estefactornoinfluyaalahoradedecidiraquéelementolecorrespondemayorvalordeI. ElvalordeZ >Z ,portantoI >I . ii)Verdadero.Enelprimercasosetratadelproceso: He +I He +e Enelsegundocaso,elprocesoes: He+I He +e He +I He +e Comoseobserva,enambosprocesosseobtieneHe ,portanto,I (He )=I (He). iii)Verdadero.Elprocesodecaptacióndeunelectrónporpartedeuncatión: M +e M+AE está favorecido ya que el catión, especie cargada positivamente, tiene afinidad por las cargasnegativas. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 262 3.124.Deacuerdoasuconfiguraciónelectrónica,¿cuáldelassiguientesespecieseslamás estable? , ,S, .¿Cuáleselnúmerodeoxidaciónmásprobabledelazufre? a) ynúmerodeoxidación0 b) ynúmerodeoxidación–1 c)Synúmerodeoxidación0 d) ynúmerodeoxidación–2 (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2008) Laconfiguraciónelectrónicaabreviadadelazufrees[Ne]3s 3p . Si capta dos electrones y completa el subnivel 3p se transforma en el ion . Adquiere una estructura electrónica muy estable de gas inerte, [Ne] 3s 3p . A esta especie le correspondeunnúmerodeoxidación–2. Larespuestacorrectaeslad. 3.125.¿Cuáldelassiguientespropuestasesverdadera? a)Elradioatómicodelsodioesmayorqueelradioatómicodelrubidio. b)Elradioatómicodelrubidioesmenorqueelradioatómicodelmagnesio. c)Elradioiónicodellitiomonovalentepositivoesmenorqueelradioatómicodellitio. d)Elradiodelioncloruroesmenorqueelradioatómicodelcloro. (O.Q.L.CastillayLeón2008) a)Falso.Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporlo quesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . Elelementorubidiopertenecealgrupo1yperiodo5delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Kr]5s . Amboselementosporperteneceralmismogrupotienenlamismacarganuclearefectiva, por lo que el mayor radio le corresponde al rubidio ya que tiene un mayor número de capaselectrónicas. b)Falso.Elelementomagnesiopertenecealgrupo2yperiodo3delsistemaperiódicopor loquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s . Elelementorubidiopertenecealgrupo1yperiodo5delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Kr]5s .Sumandosuselectronesseobtienequesu númeroatómicoes37. Aunquelacarganuclearefectivadelmagnesioesunpocomayor,elquetienemayorradio eselrubidioyaquetieneunmayornúmerodecapaselectrónicas. c)Verdadero.Elelementolitiopertenecealgrupo1yperiodo2delsistemaperiódicopor loquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s . La configuración electrónica del ion Li es 1s ya que cede un electrón de su capa más externa. Al disminuir el número de electrones disminuye la constante de apantallamiento y aumentalacarganuclearefectiva,loquehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobre el electrón más externo sea mayor. Por tanto, el radio del ion litio es menor que el del átomodelitio. d)Falso.Elelementocloropertenecealgrupo17yperiodo3delsistemaperiódicoporlo quesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 263 La configuración electrónica del ion Cl es [Ne] 3s 3p ya que capta un electrón en su capamásexterna. Al aumentar el número de electrones aumenta la constante de apantallamiento y disminuyelacarganuclearefectiva,loquehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobre elelectrónmásexternoseamenor.Portanto,elradiodelioncloruroesmayorqueeldel átomodecloro. Larespuestacorrectaeslac. 3.126. En relación con las energías de ionización, ¿cuál de las siguientes propuestas es verdadera? a)Lasenergíasdeionizaciónsucesivasdisminuyenamedidaquelohaceelestadooxidación. b) En un grupo, la energía de la primera ionización aumenta con el aumento del número atómico. c)Lasenergíasdeionizaciónsucesivasaumentanamedidaquelohaceelestadooxidación. d)Laformacióndeionespositivosessiempreunprocesoexotérmico. (O.Q.L.CastillayLeón2008) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) a‐c)Verdadero.Enelcasodeelemento,sunúmerodeoxidaciónaumentaalaumentarel númerodeelectronesquepierdeyconellotambiénaumentasucarganuclearefectivay por tanto su energía de ionización. Las energías de ionización sucesivas de un elemento soncadavezmayores. Laspropuestasaycsonlamisma. b)Falso.Enungrupolacarganuclearefectivasemantieneconstante,loquehacequeel factor determinante del valor de la energía de ionización sea el valor de n. Conforme aumentaelvalordenlaenergíadeionizacióndisminuye. d) Falso. La energía de ionización es la energía necesaria para extraer el electrón más débilmenteatraídodeunátomoenestadogaseoso.Correspondealproceso: M+I M +e I tienevalor positivo ya quese trata deunaenergíaabsorbidaporloqueelproceso es endotérmico. Lasrespuestascorrectassonayc. 3.127. ¿Con qué elemento se necesita menor energía para obtener un ion monovalente positivo? a)Sodio b)Rubidio c)Flúor d)Argón (O.Q.L.CastillayLeón2008) La energía necesaria para formar un ion monovalente positivo es la primera energía de ionización,I ,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I =1312 264 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n F 9 [He]2s 2p Na 11 Ar 18 Rb 37 [Ne]3s [Ne]3s 3p [Kr]5s 7 2 1 3 8 3 1 5 La menor energía de ionización le corresponde rubidio que es el elemento con mayor valordenymenorvalordeZ . Consultandolabibliografía,losvaloresdeI (kJ/mol)son: Rb(403)<Na(496)<Ar(1521)<F(1681) Larespuestacorrectaeslab. 3.128.¿Cuáldelassiguientespropuestasesfalsa? a)Enungrupolaenergíadeionizacióndisminuyealaumentarelnúmeroatómico. b)ElradiodeunaespecieiónicaA–esmayorqueelradioatómicodelelementoA. c)Elelementoquepresentaunaafinidadelectrónicaalta,presentaráasuvez,unaenergía deionizaciónalta. d)Enunperiodo,losmetalesaumentansuelectronegatividaddederechaaizquierda,ylos nometaleslohacendeizquierdaaderecha. (O.Q.L.CastillayLeón2008) a)Verdadero.Enungrupolacarganuclearefectivasemantieneconstante,loquehaceque el factor determinante del valor de la energía de ionización sea el valor de n. Conforme aumentaelvalordenlaenergíadeionizacióndisminuye. b) Verdadero. Al aumentar el número de electrones aumenta la constante de apantallamiento y disminuye la carga nuclear efectiva, lo que hace que la fuerza de atraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamenor.Portanto,elradiodelanión esmayorqueeldelátomoneutro. c)Falso.Estapropuestanosecumpleenloselementosdelgrupo18(gasesinertes),estos elementos tienen las máximas energías de ionización de cada periodo, sin embargo, sus afinidadeselectrónicasnoloserányaquenotienentendenciaacaptarelectrones. d)Falso.Laelectronegatividadenunperiodoaumentaconformeaumentalacarganuclear Z. Esto no se cumple con los elementos del grupo 18 (gases inertes), ya que estos elementosnotienentendenciaaenlazarseporloquenotienenelectronegatividad. Lasrespuestascorrectassoncyd. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 265 3.129.Enlatablaperiódica: a)Loselementosseordenanporordencrecientedenúmeroatómico. b)Loselementosdeungrupo(columna)tienenpropiedadesdiferentes. c)Loselementosdeunperiodotienenenergíasdeionizaciónparecidas. d)Loselementosseordenanporordencrecientedesusmasasatómicas. (O.Q.L.CastillayLeón2008) a) Verdadero. En la tabla periódica actual los elementos se ordenan por números atómicoscrecientes. b)Falso.Loselementosdeungrupotienenlamismaestructuraelectrónicaexternaloque hacequetenganpropiedadesquímicassimilares. c)Falso.Conformeseavanzaenunperiodoaumentalacarganuclearefectivaloquehace queaumentelaenergíadeionizacióndeloselementos. d) Falso. En la tabla periódica actual los elementos se encuentran ordenados por masas atómicas crecientes, excepto en las parejas Ar‐K, Co‐Ni, Te‐I y Th‐Pa, en las que esa tendenciaseinvierte. Larespuestacorrectaeslaa. 3.130. ¿Cuál de las siguientes configuraciones electrónicas corresponde al átomo de mayor electronegatividad? a)1 2 2 3 b)1 2 2 c)1 2 2 3 3 d)1 2 2 3 3 3 4 4 (O.Q.L.LaRioja2008) a)Dadalaestructuraelectrónica,elvalormáximoden=3indicaquesetratadeunelemento deltercerperiododelsistemaperiódicoycomotiene2electronesdevalencia(s 2 )pertenece algrupo2queestáintegradoporloselementos: Be Berilio (n=2) Mg Magnesio (n=3) Ca Calcio (n=4) Sr Estroncio (n=5) Ba Bario (n=6) Ra Radio (n=7) setratadelelementomagnesio. b‐c‐d)Dadaslasestructuraselectrónicas,elquetengan7electronesdevalencia(s p )indica quesetratadeelementosquepertenecenalgrupo17.Losvaloresmáximosden=3,4y5, indican que se trata de elementos del 3º, 4º y 5º periodo del sistema periódico, respectivamente.Elgrupo17estáintegradoporlossiguienteselementos: F Flúor (n=2) Cl Cloro (n=3) Br Bromo (n=4) I Iodo (n=5) At Astato (n=6) Setratadeloselementosflúor,cloroybromo. Laelectronegatividaddeunelemento,χ,midelafacilidadquetieneunátomoparaatraer haciasíloselectronesdesuenlaceconotrosátomosydentrodeunperiodoaumentaal aumentar la carga nuclear efectiva (número atómico), mientras que dentro de un grupo disminuyealaumentarelnúmerodecapaselectrónicas(n). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 266 De acuerdo con lo anterior, el menor valor de electronegatividad le corresponde al magnesio, que tiene menor valor de la carga nuclear efectiva; y el elemento con mayor electronegatividaddelostreshalógenoseselflúorquetienemenoscapaselectrónicas. Larespuestacorrectaeslab. 3.131.¿Cuáldelossiguientesprocesosrequieremayorenergía? a)Na(g) (g)+ b) (g) (g)+ c)Cs(g) (g)+ d) (g) (g)+ e)K(g) (g)+ (O.Q.N.Ávila2009) Setratadeprocesosdeionizacióndeátomosneutros.Laenergíadeionización,I,sepuede calcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealaespecieconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paralasespeciesdadassepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Na Z 11 estructura electrónica (aprox.) n Cs 11 [Ne]3s [He]2s 2p K 55 55 19 [Xe]6s1 [Kr]4d 5s 5p [Ar]4s 1 8 1 8 1 3 2 6 5 4 La especie con mayor valor de Z y menor valor de n es la que tiene mayor energía de . ionización,enestecasoesel Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Cs(376)<K(419)<Na(496)<Cs (2421)<Na (4562) Larespuestacorrectaeslab. 3.132. ¿Para cuál de los siguientes átomos se cumple que el radio de su ion más frecuente es menorquesuradioatómico? a)Cloro b)Nitrógeno c)Sodio d)Azufre (O.Q.L.Murcia2009) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 267 Enlosnometales,alformarunion negativo(anión)aumentaelnúmerodeelectronesy conelloaumentalaconstantedeapantallamientoydisminuyelacarganuclearefectiva,lo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamenor. Portanto,elradiodelaniónesmayorqueeldelátomoneutro. Al contrario, en los metales, al formar un ion positivo (catión) disminuye el número de electrones y con ello disminuye la constante de apantallamiento y aumenta la carga nuclear efectiva, lo que hace que la fuerza de atracción del núcleo sobre el electrón más externoseamayor.Portanto,elradiodelcatiónesmenorqueeldelátomoneutro. Los elementos cloro, nitrógeno y azufre son no metales y tienden a formar aniones estables, Cl , N y S , respectivamente, que tienen mayor tamaño que los átomos neutros. Elelementosodioesunmetalytiendeaformarelcatiónestable,Na ,quetienemenor tamañoqueelátomoneutro. Larespuestacorrectaeslac. 3.133.¿Cuáldelossiguientesátomostienelaprimeraenergíadeionizaciónmásalta? a)Sodio b)Aluminio c)Calcio d)Fósforo (O.Q.L.Murcia2009) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n Sodio 11 Aluminio 13 Calcio 20 Fósforo 15 [Ne]3s [Ne]3s 3p [Ar]4s [Ne]3s 3p 2 4 5 3 1 3 3 3 DeacuerdoconlosvaloresdeZ yn,elelementoconmayorenergíadeionizacióneselP. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Na(496)<Al(578)<Ca(590)<P(1012) Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 268 3.134.Siescuchaestaafirmación:“laenergíadeionizacióndelNaes5,14eVyladelMg7,64 eV”ustedcreeque: a)EsalrevésporqueelátomodeMgesmayorqueeldeNa. b)EscorrectaporqueelátomodeMgesmayorqueeldeNa. c)ElátomodeMgesmáspequeñoqueeldeNaporloquetalafirmaciónescorrecta. d)SepuedeasegurarquelasegundaenergíadeionizacióndelNaesmenorquelasegunda delMg. (O.Q.L.Murcia2009) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n Na 11 Mg 12 11 12 [Ne]3s [Ne]3s [He]2s 2p [Ne]3s 1 3 2 3 8 2 1 3 Como se trata de elementos del mismo periodo (n = 3) el factor que más influye en la mayorenergíadeionizaciónes elvalordecarga nuclear efectivayno eltamaño,yaque consultandolabibliografía,losvaloresdelosradiosatómicos(pm)sonmuysimilarespor tratarsedeelementoscontiguosdelmismoperiodo:Na(186)yMg(160). DeacuerdoconlosvaloresdeZ yn,lasenergíadeionización(kJ/mol)son: Na(496)<Mg(738)<Mg (1450)<Na (4562) Larespuestacorrectaeslac. 3.135.Indicarenlassiguientesespecieselordenenquedisminuyenlosradios: a) > >Ar> > b)Ar> > >< > c) > >Ar> > d)Ar> > > > (O.Q.L.Madrid2009)(O.Q.L.LaRioja2009)(O.Q.L.Asturias2012)(LaRioja2012) Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas, por este motivo, todas tienen la misma constante de apantallamiento lo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño delaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. No obstante, no se puede aplicar este criterio al Ar, ya que, no tiene sentido comparar radiosiónicosconradiosatómicos.Portanto,elordencorrecto(pm)es: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) (184)> (181)> (138)> 269 (100)>Ar(98) Atendiendoalosvaloresdelabibliografía,ningunadelasordenacionespropuestasesla correcta.SinosetieneencuentaalAr,larespuestacorrectaeslac. (EnLaRioja2009sepideordenacióncrecienteyenAsturias2012nofiguranS yCa ). 3.136.Siunelementotiene6electronesensucapadevalencia,seráunelementodelgrupo de: a)Losgasesnobles b)Loshalógenos c)Eloxígeno d)Losalcalinos (O.Q.L.CastillayLeón2009) Si un elemento tiene 6 electrones en su capa de valencia es que su configuración electrónicaesns (n–1)d np ,porlotantopertenecealgrupo16delSistemaPeriódico integrado por los elementos oxígeno (O), azufre (S), selenio (Se), telurio (Te) y polonio (Po). Larespuestacorrectaeslac. 3.137.Enrelaciónconlosvaloresdelaenergíadeionización,¿cuáleslapropuestacorrecta? a) Las energías de ionización sucesivas, para un mismo elemento, tienen valores absolutos menores. b)Elvalorabsolutodelaprimeraenergíadeionizaciónenungrupoaumentaconelnúmero atómico. c)Lasenergíasdeionizacióncorrespondensiempreaprocesosexotérmicos. d)Loselementosalcalinostienenvaloresdelaprimeraenergíadeionizaciónmenoresque loselementosgasesnobles. (O.Q.L.CastillayLeón2009) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) a)Falso.Conformeunátomovaperdiendoelectronesaumentasucarganuclearefectiva, Zef,yconelloelvalordelaenergíadeionización. b)Falso.Dentroungrupo,lacarganuclearefectiva,Z ,semantienemientrasqueelvalor denaumenta,portanto,elvalordelaenergíadeionizacióndisminuye. c) Falso. La energía de ionización es la energía necesaria para extraer el electrón más débilmenteatraídodeunátomoenestadogaseoso.Correspondealproceso: M(g)+I M (g)+e I tienevalor positivo ya quese trata deunaenergíaabsorbidaporloqueelproceso es endotérmico. d)Verdadero.Dentroungrupo,lacarganuclearefectiva,Z ,esmínimaparaelelemento alcalino y máxima para el elemento gas inerte, mientras que el valor de n se mantiene constante para ambos, por tanto, el valor de la energía de ionización es menor que el alcalinoqueparaelgasinerte. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 270 3.138.Considerandoelconceptodeafinidadelectrónicadeunátomo,¿cuáldelassiguientes afirmacionesescorrecta? a)Losvaloresmáximoscorrespondenalosgasesnobles. b)Generalmenteesunamagnitudendotérmica. c)Esunaenergíaconstanteparatodosloselementosdeungrupo. d)Esunaenergíaconstanteparatodosloselementosdeunperiodo. (O.Q.L.CastillayLeón2009) La afinidad electrónica, AE, se define como la energía que desprende un átomo gaseoso cuandocaptaunelectrón.Eslaenergíaasociadaalprocesodeformacióndeanionesyse representamedianteelsiguienteprocesoexotérmico: X(g)+e X (g)+AE a)Falso.Losgasesinertesportener sucapade valenciacompletanotienentendenciaa captarelectrones,porello,susvaloresdelaafinidadelectrónicasonpositivosyaquehay quecomunicarenergíaparaintroducirelelectrónesunaestructuramuyestable. b) Falso. Los valores de la segunda afinidad electrónica son positivos ya que hay que comunicar energía vencer la repulsión que experimenta el electrón que se quiere introducirenunaestructuraconcarganegativaneta. c‐d)Falso.Losvaloresdelaafinidadelectrónicanosiguenunatendenciaregularnidentro deungruponideunperiodo. Nohayningunarespuestacorrecta. 3.139.Enrelaciónconlosvaloresdelaenergíadeionizacióndeloselementosquímicos,¿cuál delassiguientespropuestasesverdadera? a)Laenergíadeionizacióndisminuyeconelaumentodelcaráctermetálico. b) La energía de ionización depende del número de neutrones que existen en el núcleo del elemento. c)Laenergíadeionizacióndisminuyeconelaumentodelestadooxidación. d)Laenergíadeionizaciónesindependientedelnúmeroatómico. (O.Q.L.CastillayLeón2009) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) a) Verdadero. Conforme aumenta el carácter metálico de un elemento aumenta su capacidad para perder electrones. Esto determina que la energía de ionización del elementodisminuya. b)Falso.Laenergíadeionizaciónnotieneningunarelaciónconelnúmerodeneutrones delnúcleodeunátomo. c)Falso.Enelcasodeelemento,sunúmerodeoxidaciónaumentaalaumentarelnúmero deelectronesquepierdeyconellotambiénaumentasucarganuclearefectivayportanto suenergíadeionización.Lasenergíasdeionizaciónsucesivasdeunelementosoncadavez mayores. d) Falso. La energía de ionización depende de la carga nuclear efectiva, Zef , es decir, del númerodeprotonesdelnúcleo. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 271 3.140.Considerandoeltamañodelasespecies (protón), (ionhidruro)yH(hidrógeno atómico),¿cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta? a)Elradiodelprotónesmayorqueeldelhidrógenoatómico. b)Elradiodelionhidruroesmenorqueeldelprotón. c)Elradiodelhidrógenoatómicoesmenorqueeldelionhidruro. d)Todoslostamañossoniguales. (O.Q.L.CastillayLeón2009) Las tres especies de hidrógeno tienen igual número de protones en su núcleo pero diferente constante de apantallamiento. Esta es mínima en el protón y máxima en el ion hidruro,porloquelacarganuclearefectivaserámáximaenelprotónymínimaenelion hidruro.Portantoelordencrecientedetamañoses: H <H<H Larespuestacorrectaeslac. 3.141.Enrelaciónconel volumenatómicodeloselementos,deduzca cuáldelassiguientes propuestasesverdadera: a) El volumen atómico es constante en un periodo porque el número cuántico principal es constante. b)Cuantomayoreselnúmeroatómicoenungrupomenoreselvolumenatómico. c)Aumentaenungrupoalaumentarelnúmeroatómico. d)Disminuyeconelaumentodelatemperatura. (O.Q.L.CastillayLeón2009) Elvolumendeelementoaumentaenun: grupoconelnúmerodecapaselectrónicas(n)yelnúmeroatómico(Z) periodoaldisminuirlacarganuclearefectiva. Larespuestacorrectaeslac. 3.142.CuandosedicequeunelementoAesmáselectronegativoqueotroelementoB,noes estamosrefiriendoaqueelelementoA: a)TienemayorvolumenqueelelementoB. b)Esunelementometálico. c)CuandoformauncompuestoconelelementoBtienecarácterpositivo. d)CuandoformauncompuestoconelelementoBtienecarácternegativo. (O.Q.L.CastillayLeón2009) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos. Siχ >χ quieredecirqueAatraeloselectronesdesuenlaceconB,porloqueelelemento AtienecarácternegativoyelelementoBcarácterpositivo. Larespuestacorrectaeslad. 3.143. ¿Cuáles de los siguientes elementos químicos exhibirán mayor semejanza en sus propiedadesfísicasyquímicas? a)AlyP b)BeyS c)OyN d)FyCl (O.Q.L.CastillayLeón2009) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 272 Los elementos F y Cl tienen la misma configuración electrónica externa ns np y pertenecenalmismogrupodeTablaPeriódica,porloquesuspropiedadesfísicasysobre todoquímicassonsimilares. Larespuestacorrectaeslad. 3.144. De las afirmaciones relacionadas con la Tabla Periódica que se encuentran a continuaciónhayunaincorrecta,¿cuáles? a)Loselementossedisponenenordencrecientedemasasatómicas. b)Loselementosdeungrupotienenpropiedadessemejantes. c)Loselementossedisponenenordencrecientedenúmeroatómico. d)Eltamañodelosátomosnocrecedeformauniformealcrecerelnúmeroatómico. e)Deloselementospertenecientesaunmismogrupo,elqueposeemáscapaselectrónicas estásituadomásabajoenelgrupo. (O.Q.L.CastillayLeón2009)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2009) a) Falso. El orden creciente de masas atómicas se rompe en cuatro puntos en la Tabla Periódica,conlasparejasAr‐K,Co‐Ni,Te‐IyTh‐Pa. b) Verdadero. Los elementos de un grupo tienen el mismo número de electrones en su capadevalencialoquelesconfieresimilarespropiedadesquímicas. c) Verdadero. Los elementos en la Tabla Periódica se encuentran ordenados por orden crecientedenúmeroatómico. d) Verdadero. El tamaño de los átomos solo experimenta una variación uniforme dentro delostresprimerosperiodosdelaTablaPeriódica. e)Verdadero.Dentrodeungrupo,loselementossedisponenenelsistemaperiódicode menosamáscapaselectrónicas. Larespuestacorrectaeslaa. 3.145.LastresprimerasenergíasdeionizacióndelelementoXson735,1445y7730kJ/mol, porlosquelaformadelionmásestabledeXes: a) b) c) d) (O.Q.L.Valencia2009) Suponiendoquelaenergíadeionizacion,I,esproporcionalalacarganuclearefectiva,Z , yhaciendolaaproximacióndequeunelectrónapantallaaunprotón,losvaloresdeZ = 1,2,3,…determinanqueloselectronesqueseencuentranenunmismoorbitalpresentan larelaciónI/Z ≈cte. Enestecaso: I = 735 kJ 1445 kJ 7730 kJ =735 I = =722,5 I = =2576,7 1 mol 2 mol 3 mol Losdosprimerosvalores,I ≈I ,indicanquelosdosprimeroselectronesestánsituados enunorbitalns. Elsiguientevalor,I muchomayorquelosanteriores,indicaqueelsiguienteelectrónestá situadoenlacapaanterior,enunorbital(n–1)p. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 273 Por tanto, si el elemento X pierde los dos electrones más externos queda con la capa anteriorcompletayformaelion . Larespuestacorrectaeslab. 3.146.Dadaslasconfiguracioneselectrónicasdelosátomos: A=1 2 2 3 B=1 2 2 3 a)Btienequesercalcio. b)AyBpertenecenalmismogrupodelatablaperiódica. c)ElradioatómicodeAesmenorqueeldeB. d)LaenergíadeionizacióndeBesmayorqueladeA. (O.Q.L.Murcia2010) a‐b)Falso.Lasconfiguracióneselectrónicasdeamboselementosquesetratadeelementos del mismo periodo (n = 3). El elemento A tiene un electrón de valencia (s ) por lo que pertenecealgrupo1delsistemaperiódicoysetratadelsodio;mientrasqueelementoB tienedoselectronesdevalencia(s )porloquepertenecealgrupo2delsistemaperiódico ysetratadelmagnesio. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento estructuraelectrónica (aprox.) n A(Na) [Ne]3s 1 3 B(Mg) [Ne]3s 2 3 c) Falso. El radio de los elementos de un periodo disminuye conforme aumenta la carga nuclearZdelelemento,portantoelradiodelelementoAesmayorqueeldelelementoB. Consultandolabibliografía,losvaloresdelosradiosatómicos(pm)sonmuysimilarespor tratarsedeelementoscontiguosdelmismoperiodo:Na(186)yMg(160). d) Verdadero. La energía de ionización, I, se puede calcular mediante la siguiente expresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Como se trata de elementos del mismo periodo (n = 3) el factor que más influye en la mayorenergíadeionizacióneselvalordecarganuclearefectivaynoeltamaño,portanto, elelementoconmayorenergíadeionizaciónesB. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son,Na(496)yMg(738). Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 274 3.147.¿Quéecuaciónrepresentalaprimeraenergíadeionizacióndelcalcio? a)Ca(s) (g)+ b)Ca(g) (g)+ c) (g) (g)+ d) (g)+ (g) (O.Q.L.LaRioja2010) Laenergíaoptencialdeionización,I,eslaenergíaquedebeabsorberunátomoenestado gaseosoparapoderquitarleelelectrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo.Laecuación químicacorrespondientealprocesoes: Ca(g) (g)+ Larespuestacorrectaeslab. 3.148.CuandolosátomosBa,Cs,MgyNaseordenansegúntamaño,enordencreciente,¿cuál eslaseriecorrecta? a)Cs<Na<Mg<Ba b)Mg<Na<Ba<Cs c)Mg<Ba<Na<Cs d)Ba<Mg<Na<Cs (O.Q.L.LaRioja2010) ElelementodesímboloBaeselbarioquepertenecealgrupo2yperiodo6delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Xe] 6s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes56. ElelementodesímboloCseselcesioquepertenecealgrupo1yperiodo6delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Xe] 6s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes55. El elemento de símbolo Mg es el magnesio que pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes12. ElelementodesímboloNaeselsodioquepertenecealgrupo12yperiodo3delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes11. Siendo elementos de diferentes periodos, Ba y Cs (n = 6) y Mg y Na (n =3), el factor determinante del tamaño es el número de capas electrónicas, por tanto, Ba y Cs tienen mayortamañoqueMgyNa. Respecto elementos de un mismo periodo, es la carga nuclear efectiva el factor determinante del tamaño. En un periodo, esta es mayor en el elemento que tiene mayor númeroatómicoloquehacequelaatracciónnuclearseamayor,portanto,eltamañoserá menor. Atendiendoloscriteriosanteriores,elordencrecientedetamañosatómicos(pm)es: Mg(160)<Na(186)<Ba(222)<Cs(265) Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 275 3.149.Laelectronegatividadatómicacambiaalolargodeunperiodoyatravésdeungrupo. En general, bajando en un grupo, y recorriendo un periodo de izquierda a derecha, estos cambiosson: a)Aumenta,aumenta b)Aumenta,disminuye c)Disminuye,aumenta d)Disminuye,disminuye (O.Q.L.LaRioja2010) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentarambaspropiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuantomayoressucarganuclearefectiva.Portanto,laelectronegatividaddeunátomoen un: ‐grupodisminuyeaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln ‐periodoaumentaalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Larespuestacorrectaeslac. 3.150.Delossiguienteselementosindicaelqueposeemayorafinidadelectrónica: a)Cl b)N c)O d)S (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011) Laafinidadelectrónicadeunátomosedefinecomolaenergíaqueestedesprendecuando captaunelectrón. Esta afinidad será tanto mayor cuanto menor sea su tamaño y mayor su carga nuclear efectiva. LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Laafinidadelectrónicalecorrespondealelementoconmenorvalordenymayorvalorde Z (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento estructura electrónica (aprox.) n N O S Cl [He]2s 2p [He]2s 2p [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p 5 2 6 2 6 3 7 3 El cloro es el elemento con mayor afinidad electrónica del sistema periódico ya que combina una elevada carga y un tamaño adecuado que hace que la repulsión interlectrónicanoseatanelevadacuandoseincorporaelnuevoelectrón. Deloselementosdados,eldemenorafinidadelectrónicaeselnitrógenoyaqueposeeun único electrón en cada uno de los tres orbitales p lo que confiere una máxima multiplicidadymenortendenciaacaptarunelectrón. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 276 Elordendecrecientedelaafinidadelectrónica(kJ/mol)paraestoselementoses: Cl(–349)>S(–200)>O(–181)>Na(–7) Larespuestacorrectaeslaa. 3.151.Elordendepotencialdeionizacióndelossiguienteselementoses: a)Cl>S>Fe>Na b)S>Cl>Na>Fe c)Na>Fe>S>Cl d)Fe>Na>S>Cl (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2010) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento estructura electrónica (aprox.) n Na [Ne]3s 1 3 S Cl [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p 6 3 7 3 Fe [Ar]4s 3d 2 4 SalvoelcasodelFe,setratade elementosdelmismoperiodo (mismovalorden)porlo que el factor determinante del valor de I es Z . La energía de ionización aumenta conformeaumentaelvalordeZ . Los valores menores corresponden a Fe y Na, respectivamente, y en el caso del Na el menorvaloresdebidoaquelacargaefectivaesmuchomenor. Elordendecrecientedelaenergíadeionización(kJ/mol)paraestoselementoses: Cl(1251)>S(1000)>Fe(763)>Na(496) Larespuestacorrectaeslaa. 3.152.Delossiguientesátomoseldemayorafinidadelectrónicaes: a)Cl b)Br c)F d)I (O.Q.L.Valencia2010) Laafinidadelectrónicadeunátomosedefinecomolaenergíaqueestedesprendecuando captaunelectrón. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 277 Esta afinidad será tanto mayor cuanto menor sea su tamaño y mayor su carga nuclear efectiva. LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Laafinidadelectrónicalecorrespondealelementoconmenorvalordenymayorvalorde Z (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento estructura electrónica (aprox.) n F Cl Br [He]2s 2p [Ne]3s 3p [Ar]3d 4s 4p I [Kr]4d 5s 5p 7 7 7 7 2 3 4 5 Elcloroeselelementoconmayorafinidadelectrónicadelsistemaperiódicoyaque combina una elevada carga y un tamaño adecuado que hace que la repulsión interlectrónicanoseatanelevadacuandoseincorporaelnuevoelectrón. Elordendecrecientedelaafinidadelectrónica,AE(kJ/mol),paraestoselementoses: Cl(–349)>F(–328)>Br(–325)>I(–270) Larespuestacorrectaeslaa. 3.153.¿Quéprocesorequieremayorcantidaddeenergía? a)O(g) (g)+ b) (g) (g)+ c) (g) (g)+ d)O(g)+ (g) (O.Q.L.Valencia2010) Los procesos propuestos en a) y b) se corresponden la energía de la 1ª y 2ª ionización , respectivamente.Setratadeprocesosendotérmicosenlosqueserequiereenergía. ComolacarganuclearefectivadelO esmayorqueladelO,portanto,laenergíadela2ª ionizaciónesmuchomayorquelacorrespondienteala1ª. Elprocesopropuestoenc)eselopuestoalcorrespondienteala2ªafinidadelectrónicadel oxígeno.Comolasegundaafinidadelectrónicatienesignopositivodebidoaquesetratade introducirunelectrónenunaespecieconcarganegativa,laenergíadelprocesoc)tendrá signocontrario,esdecir,seliberaenergíaenelproceso. Elprocesopropuestoend)eselcorrespondienteala1ªafinidadelectrónicadeloxígeno. Setratadeunprocesoexotérmicoenelqueseliberaenergía. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 278 3.154. ¿Cuál de las siguientes propuestas corresponde al orden creciente correcto de radio atómicoyenergíadeionización,respectivamente? a)S,O,F,yF,O,S b)F,S,O,yO,S,F c)S,F,O,yS,F,O d)F,O,S,yS,O,F e)O,F,SyO,F,S (O.Q.N.Valencia2011)(O.Q.L.PreselecciónValencia2014) Elelementoazufrepertenecealgrupo16yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes16. Elelementooxígenopertenecealgrupo16yperiodo2delsistemaperiódicoporloque suconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtiene quesunúmeroatómicoes8. Elelementoflúorpertenecealgrupo17yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes9. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento estructura electrónica (aprox.) n O F S [He]2s 2p [He]2s 2p [Ne]3s 3p 6 2 7 2 6 3 Siendoelementosdediferentesperiodos,OyF(n=2)yS(n=3),elfactordeterminante deltamañoeselnúmerodecapaselectrónicas,portanto,OyFtienenmenortamañoque S. Respecto elementos de un mismo periodo, es la carga nuclear efectiva el factor determinante del tamaño. En un periodo, esta es mayor en el elemento que tiene mayor númeroatómicoloquehacequelaatracciónnuclearseamayor,portanto,eltamañoserá menor.Portanto,eltamañodelFesmenorqueeldelO. Atendiendoloscriteriosanteriores,elordencrecientederadiosatómicoses: F<O<S Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamenorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmayorvalordenymenor valordeZ (Z),setratadelS. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 279 Los elementos restantes son del segundo periodo (n =2), la energía de ionización únicamentedependedelvalordeZ .Deacuerdoconestosvalores,elelementoconmayor valordeZ eseldemayorenergíadeionizaciónqueeselF. Elordencrecientedeenergíasdeionizaciónes: S<O<F Larespuestacorrectaeslad. 3.155.Delátomocuyonúmeroatómicoes33,sepuedeafirmartodolosiguiente,EXCEPTO: a)Tienelosorbitales3dcompletos. b)Estásituadoenelcuartoperiododelatablaperiódica c)Sicaptasetreselectronesseconvertiríaenunanióncuyaestructuraelectrónicaseríalade ungasnoble. d)Esunmetaldetransición. (O.Q.L.LaRioja2011) LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=33es: [Ar]3d 4s 4p Elvalormáximoden=4indicaquesetratadeunelementodelcuartoperiododelsistema periódico y como tiene 5 electrones de valencia (s p ) pertenece al grupo 15 que está integradoporloselementos: N Nitrógeno (n=2) P Fósforo (n=3) As Arsénico (n=4) Sb Antimonio (n=5) Bi Bismuto (n=6) a)Verdadero.Tieneloscincoorbitales3dcompletos. b)Verdadero.Seencuentraenelcuartoperiododelsistemaperiódico. c) Verdadero. Si capta tres electrones su estructura electrónica pasa a ser [Ar] 3d 4s 4p quecoincideconladelkriptón. d)Falso.Setratadeunmetaloide. Larespuestacorrectaeslad. 3.156. Las siguientes series de átomos están ordenadas según su primera energía de ionización.¿Cuáldeellasescorrecta? a)Sn<As<Sr<Br b)Br<Sr<Sn<As c)Sr<Sn<As<Br d)Sr<As<Br<Sn (O.Q.L.LaRioja2011) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 280 Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento estructura electrónica As Br [Ar]3d 4s 4p [Ar]3d 4s 4p (aprox.) n Sr Sn [Kr]5s [Kr]4d 5s 5p 5 7 2 4 4 4 5 5 Loselementosconmenorvalorden,AsyBr,tienenmayorenergíaqueionizaciónquelos otrosdos,SrySn,quetienenunvalordensuperior. EntreloselementosAsyBr,esteúltimoeselqueposeeelvalordeZ máselevado,por tanto, le corresponde una energía de ionización más alta. Se puede aplicar el mismo razonamiento a los dos elementos con valor de n = 5, lo que indica que la energía de ionzacióndelSnesmayorqueladelSr. Elordencrecientedelaenergíadeionización(kJ/mol)paraestoselementoses: Sr(549)<Sn(709)<As(947)<Br(1140) Larespuestacorrectaeslac. 3.157.Señalecuáldelaspropuestasescorrecta: a)Laenergíadeionizaciónessiempreexotérmica. b)Lasenergíasdeionizaciónsucesivadeunátomosoncadavezmayores. c) Los elementos alcalinos tienen valores de la primera energía de ionización mayores que losgasesnoblesdelmismoperiodo. d) La energía de ionización es la energía que hay que comunicar a un átomo en su estado fundamentalparaqueganeunelectrón. (O.Q.L.CastillayLeón2011) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) a) Falso. La energía de ionización es la energía necesaria para extraer el electrón más débilmenteatraídodeunátomoenestadogaseoso.Correspondealproceso: M+I M +e I tienevalor positivo ya quese trata deunaenergíaabsorbidaporloqueelproceso es endotérmico. b) Verdadero. Conforme un átomo va perdiendo electrones aumenta su carga nuclear efectiva, Z , y disminuye su tamaño con lo que va aumentando el valor de la energía de ionización. c) Falso. Dentro un periodo, la carga nuclear efectiva, Z , es mínima para el elemento alcalino y máxima para el elemento gas inerte, mientras que el valor de n se mantiene constante para ambos, por tanto, el valor de la energía de ionización es menor que el alcalinoqueparaelgasinerte. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 281 d) Falso. La energía de ionización corresponde al proceso en el que un átomo cede un electrón. Larespuestacorrectaeslab. 3.158.Elnitrógenotienenúmeroatómicoiguala7,luegosepuedeafirmarqueelionnitruro, ,tiene: a)Unnúmeroatómicoiguala10. b)Treselectronesdesapareados. c)Elnúmeroatómicoiguala7. d)Unradiomenorqueelátomodenitrógenoneutro. (O.Q.L.CastillayLeón2011) a‐b) Falso. De acuerdo con el diagrama de Moeller, la configuración electrónica del elementoconZ=7es1s 2s 2p . DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHundquediceque: “en los orbitales de idéntica energía (degenerados), los electrones se encuentran lo másseparadosposible,desapareadosyconlosespinesparalelos”, ladistribucióndeloselectronesenlosorbitaleses: 2s ElionN 2p ganatreselectronesporloquesuconfiguraciónelectrónicaes1s 2s 2p : 2s 2p Nopresentaningúnelectróndesapareado. c) Verdadero. El número atómico coincide con el número de protones, que es el mismo queeldeelectrones.Esteúltimocambiacuandoseformaelion. d) Falso. Al formarse el anión disminuye la carga nuclear efectiva, lo que provoca una disminuciónenlaatracciónnuclearsobreloselectronesyconellounaumentodeltamaño delaespecieformada. Larespuestacorrectaeslac. 3.159.Definiendolaelectronegatividadcomolatendenciaquetieneunelementoparaatraer electroneshaciasímismo,elelementomáselectronegativoserá: a)Ungasnoble b)Unalcalino c)Elflúor d)Eloxígeno (O.Q.L.CastillayLeón2011) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menoressuradioatómicoycuantomayoressucarganuclearefectiva. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 282 Elflúoreselelementoconmayorelectronegatividadyaquecombinaunamáximacarga nuclearefectivaconunmenorradioatómico. Larespuestacorrectaeslac. 3.160.OrdenarlosátomosLi,Be,ByNademenoramayorradioatómico: a)Li,Be,B,Na b)Li,Na,B,Be c)Na,Li,Be,B d)B,Be,Li,Na (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2011) Elradiodentrodeunperiododecreceamedidaqueaumentalacarganuclearyconella carga nuclear efectiva. Esta es mínima al principio del periodo (grupo 1, alcalinos) y máximaalfinal(grupo18,gasesinertes). El radio dentro de un grupo crece a medida que aumenta el número de capas electrónicas(n). Sepuedeescribirlasiguientetablaparaloselementosdados: Elemento Z n Li 3 2 Be 4 2 B 5 2 Na 11 3 Separando alNa quese encuentra en elperiodon = 3,porloquelecorrespondeelmayor radio,delostreselementosrestantes,elmásgrandeseráelLiquetienemenorcarganuclear (Z=3)yelmáspequeñoseráelBconmayorcarganuclear(Z=5). Elordencrecientederadiosatómicoses(pm): B(83)<Be(112)<Li(152)<Na(186) Larespuestacorrectaeslad. 3.161.Indicalarespuestacorrecta.Losnúmerosatómicosdetreselementosconsecutivosde unamismafamiliadetransiciónson: a)28,47,76 b)38,56,88 c)39,57,89 d)31,49,81 e)19,37,55 (O.Q.L.Valencia2011) a)Falso.Sontresmetalesdetransiciónperodedistintafamilia. LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=28es[Ar]4s 3d . Elvalormáximoden=4indicaquesetratadeunelementodelcuartoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala10indicaquepertenecealgrupo10queestá integradoporloselementos: Ni(n=4),Pd(n=5),Pt(n=6)yDs(n=7).Níquel(metaldetransición). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=47es[Kr]5s 4d . Elvalormáximoden=5indicaquesetratadeunelementodelquintoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala11indicaquepertenecealgrupo11queestá integradoporloselementos: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 283 Cu(n=4),Ag(n=5),Au(n=6)yRg(n=7).Plata(metaldetransición). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=76es[Xe]4f 6s 5d . Elvalormáximoden=6indicaquesetratadeunelementodelsextoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndices(exceptosubnivelf)iguala8indicaqueperteneceal grupo8queestáintegradoporloselementos: Fe(n=4),Ru(n=5),Os(n=6)yHs(n=7).Osmio(metaldetransición). b)Falso.Sontresmetalesalcalinotérreos. LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=38es[Kr]5s . Elvalormáximoden=5indicaquesetratadeunelementodelcuartoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala2indicaquepertenecealgrupo2queestá integradoporloselementos: Be (n = 2), Mg (n = 3), Ca (n = 4), Sr (n = 5), Ba (n = 6) y Ra (n = 7). Estroncio (alcalinotérreo). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=56es[Xe]6s . Elvalormáximoden=6indicaquesetratadeunelementodelsextoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala2indicaquepertenecealgrupo2queestá integradoporloselementos: Be (n = 2), Mg (n = 3), Ca (n = 4), Sr (n = 5), Ba (n = 6) y Ra (n = 7). Bario (alcalinotérreo). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=88es[Rn]7s . Elvalormáximoden=7indicaquesetratadeunelementodelsextoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala2indicaquepertenecealgrupo2queestá integradoporloselementos: Be (n = 2), Mg (n = 3), Ca (n = 4), Sr (n = 5), Ba (n = 6) y Ra (n = 7). Radio (alcalinotérreo). c)Verdadero.Sontresmetalesdetransicióndelgrupo3. LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=39es[Kr]5s 4d . Elvalormáximoden=5indicaquesetratadeunelementodelquintoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala3indicaquepertenecealgrupo3queestá integradoporloselementos: Sc(n=4),Y(n=5),La(n=6)yAc(n=7).Itrio(metaldetransición). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=57es[Xe]6s 5d Elvalormáximoden=6indicaquesetratadeunelementodelsextoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala3indicaquepertenecealgrupo3queestá integradoporloselementos: Sc(n=4),Y(n=5),La(n=6)yAc(n=7).Lantano(metaldetransición). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=89es[Rn]7s 6d CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 284 Elvalormáximoden=7indicaquesetratadeunelementodelséptimoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala3indicaquepertenecealgrupo3queestá integradoporloselementos: Sc(n=4),Y(n=5),La(n=6)yAc(n=7).Actinio(metaldetransición). d)Falso.Sontresmetaloidesdelgrupo13. LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=31es[Ar]3d 4s 4p . Elvalormáximoden=4indicaquesetratadeunelementodelcuartoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala13indicaquepertenecealgrupo13queestá integradoporloselementos: B(n=2),Al(n=3),Ga(n=4),In(n=5)yTl(n=6).Galio(metaloide). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=49es[Kr]4d 5s 5p . Elvalormáximoden=5indicaquesetratadeunelementodelquintoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala13indicaquepertenecealgrupo13queestá integradoporloselementos: B(n=2),Al(n=3),Ga(n=4),In(n=5)yTl(n=6).Indio(metaloide). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=81es[Xe]4f 5d 6s 6p . Elvalormáximoden=6indicaquesetratadeunelementodelsextoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala13indicaquepertenecealgrupo13queestá integradoporloselementos: B(n=2),Al(n=3),Ga(n=4),In(n=5)yTl(n=6).Talio(metaloide). e)Falso.Sontresmetalesalcalinos. LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=19es[Ar]4s . Elvalormáximoden=4indicaquesetratadeunelementodelcuartoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala1indicaquepertenecealgrupo1queestá integradoporloselementos: Li(n=2),Na(n=3),K(n=4),Rb(n=5),Cs(n=6),Fr(n=7).Potasio(alcalino). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=37es[Kr]5s . Elvalormáximoden=5indicaquesetratadeunelementodelquintoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala1indicaquepertenecealgrupo1queestá integradoporloselementos: Li(n=2),Na(n=3),K(n=4),Rb(n=5),Cs(n=6),Fr(n=7).Rubidio(alcalino). LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelelementoconZ=55es[Xe]6s . Elvalormáximoden=6indicaquesetratadeunelementodelsextoperiododelsistema periódico,ylasumadelossuperíndicesiguala1indicaquepertenecealgrupo1queestá integradoporloselementos: Li(n=2),Na(n=3),K(n=4),Rb(n=5),Cs(n=6),Fr(n=7).Cesio(alcalino). Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 285 3.162.Deloselementosconnúmerosatómicos4,11,17y33,elmáselectronegativoes: a)4 b)11 c)17 d)33 (O.Q.L.Murcia2012) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐Grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. ‐Periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: Z=4[He]2s Z=17[Ne]3s 3p Z=11[Ne]3s Z=33[Ar]3d 4s 4p Sepuedeplantearlasiguientetablaconloselementosdados: Elemento (aprox.) n 4 2 2 11 1 3 17 7 3 33 5 4 TeniendoencuentalosvaloresdenydeZ ,elelementoconmayorelectronegatividad eselquetienemayorvalordeZ ymenorvalorden.Delospropuestos,eselelemento connúmeroatómicoZ=17. Larespuestacorrectaeslac. 3.163.¿Cuáleselordencorrectoparalosvaloresdelaprimeraenergíadeionizacióndelos elementossiguientes? a)He<Li<F<Ne b)He>Li<F<Ne c)He>Li>F>Ne d)He>Li>F<Ne (O.Q.L.CastillayLeón2012) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Elemento Z estructura electrónica (aprox.) n He 2 Li 3 F 9 Ne 10 1s [He]2s [He]2s 2p [He]2s 2p 2 1 1 2 7 2 286 8 2 Elhelioeselementodelsistemaperiódicoqueposeelaprimeraenergíadeionizaciónmás elevada. Esto se debe a que la carga nuclear efectiva es grande para un elemento tan pequeño. De los elementos del segundo periodo la menor energía de ionización le corresponde a litio(mínimaZ )ylamayoralneón(máximaZ ). Elordencrecientedelaprimeraenergíadeionización(kJ/mol)paraestoselementoses: Li(801)<F(1681)<Ne(2081)<He(2372) Larespuestacorrectaeslab. 3.164.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta? a)Laadicióndeunelectrónal esunprocesoendotérmico. b)LapérdidadeunelectróndelLi(g)esunprocesoexotérmico. c)LaadicióndeunelectrónalF(g)esunprocesoendotérmico. d)LapérdidadeunelectróndelH(g)esunprocesoexotérmico. (O.Q.L.CastillayLeón2012) a)Verdadero.Elprocesopropuestoeselcorrespondienteala2ªafinidadelectrónicadel oxígeno.Setratadeunprocesoendotérmicoyaquesetratadeintroducirunelectrónen unaespecieconcarganegativa. b‐d) Falso. El proceso propuesto es el correspondiente a la formación de un catión y la energía asociada al mismo es la energía de ionización. Esta se define como la energía necesariaparaextraerelelectrónmásalejadodelnúcleodeunátomoenestadogaseoso, portantosetratadeunprocesoendotérmico. c) Falso. El proceso propuesto es el correspondiente a la formación de un anión y la energíaasociadaalmismoeslaafinidadelectrónica.Estasedefinecomolaenergíaquese desprendecuandounátomoenestadogaseosocaptaunelectrón,portantosetratadeun procesoexotérmico. Larespuestacorrectaeslaa. 3.165.Enlossiguientesiones,¿cuáleslaclasificacióncorrectasegúnelordendecrecientede tamaño? a) , , , b) , , , c) , , , d) , , , (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012) El ion Br es el de mayor tamaño de todos los propuestos ya que que el bromo es un elemento del cuarto periodo, mientras que el resto son iones de elementos del tercer periodo y el tamaño de una especie crece conforme aumenta el número de capas electrónicas. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 287 Elresto,sonespeciesquetienenlamismaconfiguraciónelectrónica,[Ne]3s 3p yquese denominan isoelectrónicas, por este motivo, todas tienen la misma constante de apantallamiento lo que hace que la fuerza de atracción del núcleo sobre el electrón más externo sea mayor en el núcleo con mayor número de protones (número atómico). En otraspalabras,eltamañodelaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. No obstante, no se puede aplicar este criterio al Ar, ya que, no tiene sentido comparar radiosiónicosconradiosatómicos.Portanto,elordencorrecto(pm)es: (196)> (184)> (138)> (100) Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenMadrid2009yLaRioja2009,aquísereemplazanAry Cl porBr ). 3.166. ¿Qué grupos de la tabla periódica tienen elementos en estado sólido, líquido y gas a 25°Cy1atm? a)Grupo1(Li‐Cs)(Metalesalcalinos) b)Grupo15(N‐Bi)(Nitrogenoideos) c)Grupo16(O‐Te)(Anfígenos) d)Grupo17(F‐I)(Halógenos) (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012)(O.Q.L.Madrid2013) a)Falso.Elgrupo1notieneelementosgaseosos,yaque el hidrógeno no puede considerarse un elemento alcalino. Además, cesio y francio no funden hasta los 28 °C y 27 °C, respectivamente, por tanto, en las condicionesdadassonsólidos. b‐c) Falso. Los grupos 15 y 16 no tienen elementos líquidos. d)Verdadero.Flúoryclorosonelementosgaseososen lascondicionesdadas.Elbromoesunelementolíquido quenovaporizahastalos59°C.Eliodoesunelemento sólidoquenofundehastalos83°C. Larespuestacorrectaeslad. 1 15 16 3 7 8 17 9 Li N O F Litio Nitró geno Oxígeno Flúo r 11 15 16 17 Na P S Cl So dio Fo sfo ro A zufre Clo ro 19 33 34 35 K As Se Br P o tasio A rsénico Selenio B ro mo 37 51 52 53 Rb Sb Te I Rubidio A ntimo nio Telurio Io do 55 83 84 85 Cs Bi Po At Cesio B ismuto P o lo nio A stato 87 115 116 117 Fr Lv Francio Livermo rio 3.167.¿CuáldelasafirmacionesnoescorrectaparaelelementodeZ=80? a)Esunmetal b)Esunelementodelgrupo12 c)Esunelementodelsextoperiodo d)Esunsólidoatemperaturaambienteyalapresiónatmosférica. (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2012) El elemento de Z = 80 tiene la configuración electrónica abreviada [Xe] 4f 5d 6s . Pertenecealgrupo12integradoporloselementos: Zn Cinc (n=4) Cd Cadmio (n=5) Hg Mercurio (n=6) Cn Copernicio (n=7) Setratadelmercurio,unodelospocoselementosqueeslíquidoa25°Cy1atm. Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 288 (SimilaralapropuestaenCastilla‐LaMancha2004,2008,2009,2010y2011). 3.168.Señalalaespeciequímicaparalacuálesmayorlaenergíanecesariaparaarrancarle otroelectrón: a) b) c) d) (O.Q.L.Asturias2012) Lasegundaenergíadeionización,I ,sedefinecomo: “la energía que debe absorber un ion en estado gaseoso para poder quitarle el electrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo”. M (g)+I M (g)+e Las configuraciones electrónicas de los elementos dados y de sus respectivos iones monopositivosson,respectivamente: Na[Ne]3s Na [He]2s 2p Mg[Ne]3s Mg [Ne]3s Al[Ne]3s 3p Al [Ne]3s Cl[Ne]3s 3p Cl [Ne]3s 3p Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Tendrá menor 2ª energía de ionización el elemento que presente mayor valor de n y menorvalordeZ . Paralasespeciesdadassepuedeescribirlasiguientetabla: Especie Z estructura electrónica (aprox.) n 11 [He]2s 2p 8 2 12 13 17 [Ne]3s [Ne]3s [Ne]3s 3p 1 3 2 3 6 3 De acuerdo con los valores de Z y n, la especie con mayor 2ª energía de ionización es . Consultandolabibliografía,losvaloresdeI (kJ/mol)son: Mg (1450)<Al (1816)<Cl (2297)<Na (4562) Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 3.169.Cuáldelossiguientesionestieneunradiomáspróximoaldelionlitio, a) b) c) d) 289 : (O.Q.L.Galicia2012) Elradiodentrodeunperiododecreceamedidaqueaumentalacarganuclearyconella carga nuclear efectiva. Esta es mínima al principio del periodo (grupo 1, alcalinos) y máximaalfinal(grupo18,gasesinertes). El radio dentro de un grupo crece a medida que aumenta el número de capas electrónicas(n). Paralasespeciesdadassepuedeescribirlasiguientetabla: Especie Z 3 4 11 12 13 estructura electrónica 1s 1s [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p n 1 1 2 2 2 Lasdosespeciesmáscercanasenlatablaperiódica,Be yNa sonlasquetienenradios más diferentes al Li . Mucho más grande es el Na ya que aunque tenga similar carga efectivatieneunacapaelectrónicamás.MuchomáspequeñoeseselBe yaqueaunque tengalasmismascapaselectrónicaspresentamayorcargaefectiva. Las otras dos especies, Mg y Al , tienen el mismo número de capas electrónicas, una másqueLi ,motivoporelquetendránuntamañomayorqueeste,peroeslaespecie laquetienemayorcarganuclearefectivadelasdos,porloquesutamañoserámenory másparecidoaldelion . Consultandolabibliografíaseobtienenlosvaloresderadiosiónicos(pm): (59)Be (27)Na (99)Mg (72) (53) Larespuestacorrectaeslad. 3.170.¿Cuáldelossiguientesionestieneelradiomáscercanoaldelionlitio, a) b) c) d) ? (O.Q.L.Madrid2012) Elradiodentrodeunperiododecreceamedidaqueaumentalacarganuclearyconella carga nuclear efectiva. Esta es mínima al principio del periodo (grupo 1, alcalinos) y máximaalfinal(grupo18,gasesinertes). El radio dentro de un grupo crece a medida que aumenta el número de capas electrónicas(n). ElionNa esmuchomásgrandequeelionLi yaquetieneunacapaelectrónicamás(n=3) queelionLi (n=2)yunacarganuclearsimilar. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 290 El ion Al es más pequeño que el ion Li ya que tiene aunque una capa electrónica más (n=3)queelionLi (n=2)tieneunacarganuclearmuchomayor. ElionBe correspondeaunelementodelmismoperiodo(n=2)loqueharíapensarque quesuradioseríaelmáscercanoaldelionLi ,sinembargo,eltenermuchacarganuclear hacequesutamañosereduzcaconsiderablemente. eselquetieneuntamañosimilaraldelion yaquetieneaunque Finalmente,elion unacapaelectrónicamás(n=3)esteefectoquedacompensadoportenerunacarganuclear mayor,aunquenotanaltacomoladelAl . Consultandolabibliografíalosradiosiónicosson(pm): Na (97)< (68)<Mg (66)<Al (51)<Be (31) Larespuestacorrectaeslad. 3.171. Los siguientes elementos se encuentran ordenados por su energía de ionización creciente.Indicacuáleselordencorrecto: a)Na<Mg<Al<Si<P<Cl<Ar b)Na<Mg<Al<Si<S<P<Cl<Ar c)Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl<Ar d)Na<Al<Mg<Si<S<P<Cl=Ar e)Na<Al<Mg<Si<S=P<Cl<Ar (O.Q.L.Valencia2012) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Zef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Na Mg Al Si P S Cl Ar Z 11 12 13 14 15 16 17 18 Estruc. electr. (aprox.) n [Ne] 3s [Ne] 3s 1 2 3 4 5 6 7 8 3 3 3 3 3 3 3 3 [Ne] [Ne] 3s 3p 3s 3p [Ne] 3s 3p [Ne] 3s 3p [Ne] [Ne] 3s 3p 3s 3p Se trata de elementos del tercer periodo, por tanto, la energía de ionización crece de cuerdoconelvalordeZ .Noobstante,seregistranunpardeanomalíasenlasparejasMg‐ AlyP‐S. Laanomalíaexistenteenelcasodeloselementosmagnesioyaluminiosedebeaqueel único electrón p del aluminio se encuentra bien protegido por los electrones s y los CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 291 internos. Por tanto, se necesita menos energía para arrancar ese electrón p que para quitarunodeloselectroness apareadosdelmismoniveldeenergía. La anomalía existente en el caso de los elementos fósforo y azufre se debe a que, de acuerdo con la regla de Hund, el fósforo tiene los tres electrones p desapareados en orbitales diferentes, sin embargo, el azufre tiene dos electrones apareados en un mismo orbitalploqueprovocaqueexistarepulsiónelectrostáticaentreellosyfacilite,portanto, laeliminacióndeesteúltimoelectrón. 3s Fósforo 3p 3s Azufre 3p Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Na(496)<Al(578)<Mg(738)<Si(787)<S(1000)<P(1012)<Cl(1251)<Ar(1521) Larespuestacorrectaeslac. 3.172. Las siguientes especies se encuentran ordenadas por su tamaño creciente. Indica el ordencorrecto: a) < < < < < b) < < < < < c) < < < < < d) < < < < < e) < < < = = (O.Q.L.Valencia2012) Lasconfiguracioneselectrónicasdelasespeciespropuestasson: Elelementocuyosímboloes Ales elaluminio ypertenece algrupo13 yperiodo3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómico es 13. La configuración electrónica del ion Al es [He] 2s 2p ya que cede tres electrones de su capa más externa. ElelementocuyosímboloesMgeselmagnesioypertenecealgrupo2yperiodo3del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes12.Laconfiguraciónelectrónica del ionMg es[He]2s 2p yaquecededoselectronesdesucapamásexterna. ElelementocuyosímboloesNaeselsodioypertenecealgrupo1yperiodo3delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . Sumando sus electronesseobtienequesu númeroatómico es 11.Laconfiguración electrónicadelion Na es[He]2s 2p yaquecedeunelectróndesucapamásexterna. ElelementocuyosímboloesFeselflúorypertenecealgrupo17yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes9.LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquecaptaunelectrónensucapamásexterna. El elemento cuyo símbolo es O es el oxígeno y pertenece al grupo 16 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómico es 8. La configuración electrónica del ion O es [He] 2s 2p ya que capta dos electrones en su capa más externa. ElelementocuyosímboloesNeselnitrógenoypertenecealgrupo15yperiodo2del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 292 Sumando sus electrones se obtiene que su número atómico es 7. La configuración electrónica del ion N es [He] 2s 2p ya que capta tres electrones en su capa más externa. Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas,porestemotivo,todastienenlamismaconstantedeapantallamientolo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño delaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. Lasespeciesiónicasordenadasportamañocrecienteson: < < < < < Consultandolabibliografía,seobtienequelostamaños(pm)son: Al (53)<Mg (72)<Na (99)<F (133)<O (140)<N (171) Larespuestacorrectaeslac. 3.173.ElordencrecientecorrectodeenergíasdeionizaciónparalosátomosLi,Na,C,OyF es: a)Li<Na<C<O<F b)Na<Li<C<O<F c)F<O<C<Li<Na d)Na<Li<F<O<C e)Na<Li<C<F<O (O.Q.N.Alicante2013)(O.Q.L.Castilla‐LaMancha2014) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Li C O F Na Z 3 6 8 9 11 estructura electrónica [He]2s [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p [Ne]3s 1 4 6 7 1 2 2 2 2 3 (aprox.) n De acuerdo con los valores de Z y n, el orden creciente de la primera energía de ionización(kJ/mol)paraestoselementoses: Na(496)<Li(520)<C(1087)<O(1314)<F(1681) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 293 Larespuestacorrectaeslab. 3.174.¿Cuáldelossiguientesátomostienelasegundaenergíadeionizaciónmásalta? a)Mg b)Cl c)S d)Ca e)Na (O.Q.N.Alicante2013) Lasegundaenergíadeionización,I ,sedefinecomo: “la energía que debe absorber un ion en estado gaseoso para poder quitarle el electrónmásdébilmenteatraidoporelnúcleo”. M (g)+I M (g)+e Las configuraciones electrónicas de los elementos dados y de sus respectivos iones monopositivosson,respectivamente: Na[Ne]3s Na [He]2s 2p Mg[Ne]3s Mg [Ne]3s S[Ne]3s 3p S [Ne]3s 3p Cl[Ne]3s 3p Cl [Ne]3s 3p Ca[Ar]4s Ca [Ar]4s Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Tendrá mayor 2ª energía de ionización el elemento que presente menor valor de n y mayorvalordeZ . Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Especie Z 11 12 16 17 20 estructura electrónica [He]2s 2p [Ne]3s [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p [Ar]4s 8 1 5 6 1 2 3 3 3 4 (aprox.) n DeacuerdoconlosvaloresdeZ yn,elelementoconmayor2ªenergíadeionizaciónesel Na. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI (kJ/mol)son: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 294 Ca(1145)<Mg(1450)<S(2251)<Cl(2297)<Na(4562) Larespuestacorrectaeslae. 3.175.Elradiocovalentedelfósforoes0,11nm.¿Cuálseráelradiocovalentedelcloro? a)0,50nm b)0,10nm c)0,15nm d)0,20nm (O.Q.L.CastillayLeón2013) SegúnelmodeloatómicodeBohr,unaecuaciónqueproporcionaeltamañodelosátomos es: n2 r=k Z siendokunaconstante,Z lacarganuclearefectivadelelementoynelnúmerocuántico principaldelelectróndiferenciador. LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos LarelaciónentreeltamañodelátomodePyeldeCles: 32 rP k 5 7 rP = 2 = >1 5 rCl rCl 3 k 7 Portanto,elradiodelfósforodebesermayorqueelradiodelcloro. Larespuestacorrectaeslab. 3.176.Laprimeraenergíadeionizacióndelhelioes: a)Mayorqueladelhidrógeno b)Menorqueladelneón c)Menorqueladellitio d)Nosepuedeionizar (O.Q.L.CastillayLeón2013) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). El helio es el elemento que combina una mayor carga nuclear efectiva con un menor tamaño, por ese motivo es el elemento del sistema periódico que posee la mayor energíadeionización. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 295 Larespuestacorrectaeslaa. 3.177.LaconfiguraciónelectrónicadeunciertoelementoAes: 1 2 2 3 3 3 4 4 5 ¿Cuáldelasafirmacionessiguientesesfalsa? a)Elnúmeroatómicodelelementoes38. b)Pertenecealgrupodelosalcalinotérreos. c)Perteneceal5ºperiododelS.P. d)ReaccionaráconeloxígenoparaformaruncompuestoiónicodefórmulaAO. e)Esunelementodetransición. (O.Q.L.PreselecciónValencia2013) a)Verdadero.Laconfiguraciónelectrónicadadatiene38electrones,portanto,sisetrata deunátomoneutro,estetiene38protonesensunúcleoyeseessunúmeroatómico. 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d b) Verdadero. Los elementos alcalinotérreos están incluidos en el grupo 2 y tienen una estructuraelectrónicaexternaenelestadofundamentalns . c)Verdadero.Setratadeunelementodelquintoperiododelsistemaperiódico,yaque,el valormásaltodenquepresentaes5. d) Verdadero. Los elementos alcalinotérreos tienden a perder los dos electrones del subnivelns yformarcationesA .Porotraparte,eloxígenotieneseiselectronesensu capadevalenciaypuedecaptarlosdoselectronesquecedeelalcalinotérreoyformarel anión O . Entre ambos iones existe una fuerte atracción electrostática y se forma un compuestoiónicodefórmulaAO. e)Falso.Unmetaldetransicióntienesuelectróndiferenciadorenunsubniveld. Larespuestacorrectaeslae. 3.178.Dadaslasdistribucioneselectrónicassiguientesparalosátomosneutros: A=1 2 2 3 B=1 2 2 6 ¿Cuáldelasafirmacionessiguientesesfalsa? a)ParapasardeAaBSenecesitaenergía. b)Arepresentaaunátomodesodio. c)AyBrepresentanátomosdeelementosdistintos. d)SerequieremenorenergíaparaarrancarunelectróndeBquedeA. e)Bcorrespondeaunmetalalcalino. (O.Q.L.PreselecciónValencia2013) a) Verdadero. El orbital 6p tiene mayor energía que el 3s por lo que el átomo debe absorberenergíaparatengalugardichatransición. b) Verdadero. La configuración electrónica dada para el elemento A tiene 11 electrones, portanto,secorrespondeconladelátomodesodio,soloqueenunestadoexcitado,yaque elúltimoelectrónseencuentraenelorbotal3pydeberíaocuparel3s. c) Falso. Las configuraciones A y B tienen el mismo número de electrones, la diferencia entreambasestribaenqueenlaestructuraBseincumpleelPrincipiodeMínimaEnergía ya que se ha ocupado el orbital 6s antes de completarse el 3s. Por este motivo, la configuración A corresponde al estado fundamental del átomo y la configuración B correspondeaunestadoexcitado. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 296 d) Verdadero. El electrón del orbital 6s está más alejado del núcleo y por ese motivo es másfácildearrancar. e) Verdadero. La configuración electrónica dada para el elemento B tiene 11 electrones, portanto,secorrespondeconladelátomodesodio,metalalcalino,soloqueenunestado excitado,yaqueelúltimoelectrónseencuentraenelorbotal6pydeberíaocuparel3s. Larespuestacorrectaeslac. 3.179.Señalalarespuestacorrecta: a)LaprimeraenergíadeionizacióndelNesmayorquelaprimeradelO. b)LaprimeraenergíadeionizacióndelNesigualquelasegundadelO. c)LaprimeraenergíadeionizacióndelNesmenorqueprimeradelO. d)LaterceraenergíadeionizacióndelNesaproximadamenteigualquelaterceradelO. e)LaquintaenergíadeionizacióndelNesaproximadamenteigualquelasextadelO. (O.Q.L.Valencia2013) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LoselementosN(Z=7)yO(Z=8)pertenecenalsegundoperiododelsistemaperiódico (n=2),portantoelvalordeterminanteparassussucesivasenergíasdeionizaciónesvalor elvalordesucarganuclearefectiva(Zef ).Esta,coincideaproximadamenteconelnúmero de electrones de valencia, por lo que Z (O) > Z (N), ya que el primero tiene más electronesdevalencia(s p )queelsegundo(s p ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del O debería ser mayor que la del N. Sin embargo, consultando la bibliografía, los valores de I (kJ·mol ) son,IN(1402)> IO(1314).Esta anomalíasedebea que elnitrógeno,de acuerdocon la regladeHund,tienelostreselectronespdesapareados en orbitalesdiferentes, mientras queeloxígenotienedoselectronesapareadosenunmismoorbitalploqueprovocaque existarepulsiónelectrostáticaentreellosyfacilite,portanto,laeliminacióndeesteúltimo electrón. Nitrógeno 2s 2p 2s Oxígeno 2p Larespuestacorrectaeslaa. 3.180.¿Cuáldelaspropuestassobrelaenergíadeionizaciónesincorrecta? a) En general, la energía de ionización aumenta a lo largo de un periodo con el número atómico. b) En general, la energía de ionización aumenta a lo largo de un periodo al aumentar la carganuclearefectiva. c)Engeneral,laenergíadeionizacióndisminuyealdescenderenungrupo. d) En general, la energía de ionización disminuye a lo largo de un grupo al aumentar el tamañodelátomo. e)Todassoncorrectas. (O.Q.L.Valencia2013) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I=1312 297 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) a‐b) Correctas. Al avanzar en un periodo aumenta el atómico y de igual forma lo hace también la carga nuclear efectiva, mientras que el valor de n se mantiene constante, por tanto,salvoalgunaexcepción,aumentalaenergíadeionización. c‐d)Correctas.Aldescenderenungrupolacarganuclearefectivasemantieneconstante, loquehacequeelfactordeterminantedelvalordelaenergíadeionizaciónseaelvalorde n.Conformeaumentaelvalorden,esdecireltamañodelátomoyaqueposeemáscapas electrónicas,laenergíadeionizacióndisminuye. Larespuestacorrectaeslae. 3.181.Señalalarespuestacorrecta: a) Las siete primeras energías de ionización del Ne son siempre mayores que las correspondientesdelF. b) Las siete primeras energías de ionización del Ne son siempre menores que las correspondientesdelF. c)LasegundaenergíadeionizacióndelFesmenorqueprimeradelNe. d)LaprimeraenergíadeionizacióndelFesmayorquelaprimeradelNe. e)LaprimeraenergíadeionizacióndelFesigualquelasegundadelNe. (O.Q.L.Valencia2013) Laenergíadeionizacióndeunátomo,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LoselementosF(Z=9)yNe(Z=10)pertenecenalsegundoperiododelsistemaperiódico (n=2),portantoelvalordeterminanteparassussucesivasenergíasdeionizaciónesvalor elvalordesucarganuclearefectiva(Zef ).Esta,coincideaproximadamenteconelnúmero deelectronesdevalencia. En las siete primeras energías de ionización sucesivas de ambos elementos el valor de n=2.Además,lassucesivascargasnuclearesefectivasdelNesiempreseránmayoresque lasdelFyaqueelprimerotieneunprotónyunelectrónmás.Portanto,lassieteprimeras energíasdeionizaciónsucesivasdelNesonmayoresquelascorrespondientesdelF. Larespuestacorrectaeslaa. 3.182.Laconfiguraciónelectrónicadeunionmonopositivovienedadapor: 1 2 2 Marquelaafirmacióncorrectasobreesteelemento: a)Esungasnoble b)Esunnometal c)Pertenecealperiodo2 d)Tienenúmeroatómico11 (O.Q.L.Asturias2013) Alavistadelaconfiguraciónelectrónicadada,setratadeunelementoquesicedeunelectrón paraformaruncatiónmonopositivosuconfiguraciónelectrónicadebeser: 1s 2s 2p +e 1s 2s 2p 3s CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 298 Atendiendo a la configuración electrónica obtenida, se trata de un elemento con un único electrón de valencia por lo que pertenece al grupo 1 y tercer periodo del sistema periódicoycuyonúmeroatómicoes11yaqueposeeesenúmerodeelectrones. Larespuestacorrectaeslad. 3.183. De los siguientes conjuntos de átomos, indicar cuál corresponde a elementos del mismoperiodo: a)Ca,Cr,CuyCd b)Y,Ru,Ga,Se c)Sr,Pd,SbyXe d)Mg,Mn,Si,F (O.Q.L.Extremadura2013) Alavistadelasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestos: a)Falso.Pertenecenadiferentesperiodos. Ca[Ar]4s Cr[Ar]4s 3d Cu[Ar]4s 3d Cd[Kr]5s 4d b)Falso.Pertenecenadiferentesperiodos. Y[Kr]5s 4d Ru[Kr]5s 4d Ga[Ar]4s 3d 4p Se[Ar]4s 3d 4p c)Verdadero.Pertenecentodosalquintoperiodo. Sr[Kr] s Pd[Kr] s 4d Sb[Kr] s 4d 5p Xe[Kr]5s 4d p d)Falso.Pertenecenadiferentesperiodos. Mg[Ne]3s Mn[Ar]4s 3d Si[Ne]3s 3p F[He]2s 2p Sc(n=4),Y(n=5),La(n=6)yAc(n=7).Actinio(metaldetransición). Larespuestacorrectaeslac. 3.184.LooniumyBurgiumseencuentranenelmismoperiodo,peroBurgiumestáenelgrupo4, mientrasqueLooniumestáenelgrupo2.Conestosdatossepuedeafirmarque: a) Burgium se descompone después de cuatro horas, mientras que Loonium se descompone despuésdedoshoras b)Looniumtienedoscapasdeelectrones,mientrasqueBurgiumtienecuatro. c)BurgiumtienedoselectronesmásensucapadevalenciaqueLoonium. d)LooniumesdosvecesmáselectronegativoqueBurgium. (O.Q.L.Murcia2013) a)Falso.Laposicióndeunelementoenelsistemaperiódiconotienenadaqueverconsus propiedadescinéticas. b)Falso.Siseencuentranenelmismoperiodotienenlasmismascapaselectrónicas. c)Verdadero.Loselementospertenecientesal grupo2tienencomoestructuraelectrónica externans ,mientrasladelosquepertenecenalgrupo4esns n‐1 d . d) Falso. Por su posición en el sistema periódico, Burgium es más electronegativo que Loonium. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 299 3.185.¿Quéátomotieneelmayorradioatómico? a)S b)Cl c)Se d)Br (O.Q.L.Madrid2013) Elradiodentrodeunperiododecreceamedidaqueaumentalacarganuclearyconella carganuclearefectiva(Z ). LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos El radio dentro de un grupo crece a medida que aumenta el número de capas electrónicas(n): n r∝ Z Sepuedeescribirlasiguientetablaparaloselementosdados: Elemento Z Configuración electrónica n (aprox.) S 16 Cl 17 Se 34 Br 35 [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p [Ar]4s 3d 4p [Ar]4s 3d 4p 3 6 3 7 4 6 4 7 SeparandoalSyClquepertenecenaltercerperiodo,porloquelescorrespondemenorradio, los dos elementos restantes que están situados en el cuarto periodo, el que tiene mayor radioeselSequetienemenorcarganuclearefectiva. Larespuestacorrectaeslac. 3.186.ElordencorrectoenquedecreceelcaráctermetálicodeloselementosO,F,Fe,Rb,Tey Caes: a)Ca>Fe>Rb>O>Te>F b)F>O>Te>Rb>ca>Fe c)Fe>Rb>Ca>Te>O>F d)Rb>Ca>Fe>Te>O>F e)Rb>Fe>Ca>Te>O>F (O.Q.N.Oviedo2014) El carácter metálico de un elemento está relacionado con su facilidad para perder electronesyformarcationes.Estecarácterdecreceen: ‐ungrupoalaumentarZef ‐unperiodoalaumentarn LasiguientetablamuestralosvaloresdeZef ynparaloselementosdados: Elemento Rb Ca Fe Te O F Config. Electron. [Kr]5s [Ar]4s [Ar]4s 3d [Ar]3d 4s 4p [He]2s 2p [He]2s 2p Zef aprox. 1 2 >2 6 6 5 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 300 n 5 4 4 4 2 2 Caract. Metal. MuyAlto MuyAlto Alto Bajo MuyBajo MuyBajo EntrelosmetalesRbyCa,tienemayorcaráctermetálicoelRbyaquetienemenorZef . EntrelosmetalesCayFe,tienemayorcaráctermetálicoelCayaquetienemenorZef . EntrelosnometalesOyTe,tienemayorcaráctermetálicoelTeyaquetienemayorn. EntrelosnometalesOyF,tienemayorcaráctermetálicoelOyaquetienemenorZef . Deacuerdoconlatablaanterior,elcaráctermetálicodeloselementosdadosdecreceenel siguienteorden: Rb>Ca>Fe>Te>O>F Larespuestacorrectaeslad. 3.187. Un elemento tiene configuración electrónica [Kr] 4 elemento: a)Nometálico b)Metaldetransición c)Metálico d)Lantanoide e)Actinoide 5 5 . Se trata de un (O.Q.L.PreselecciónValencia2014) Dadalaestructuraelectrónica,elvalormáximoden=5indicaquesetratadeunelemento delperiodo5delsistemaperiódico,yelqueúltimoelectrónseencuentreenelsubnivelde energíapquesetratadeunelementonométálico. Larespuestacorrectaeslaa. 3.188. De las siguientes especies, indica cuál tendrá la mayor dificultad para arrancar un electrón: a)O b)Ne c)F d) e) (O.Q.L.PreselecciónValencia2014) Laenergíadeionización,I,secalculamediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos LamayorenergíadeionizacióncorrespondealaespecieconmayorvalordeZ ymenor valorden.Noobstante,paraO,FyNe,setratadelaenergíadeprimeraionización;para CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Li eslasegundaionización;yfinalmente,eslaespecie deionización,yaquesetratadelaterceraionización. 301 laqueposeemayorenergía Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: O(1314)<F(1681)<Ne(2081)<Li (7297)<Be (14846) Larespuestacorrectaeslad. 3.189.Ordenalossiguienteselementos:Cs,F,yCl,porordencrecientedeelectronegatividad: a)F<Cl<Cs b)Cs<Cl<F c)Cl<Cs<F d)F<Cs<Cl e)Cs<F<Cl (O.Q.L.PreselecciónValencia2014) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln ‐periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: F[He]2s 2p Cl[Ne]3s 3p Cs[Xe]6s Sepuedeplantearlasiguientetablaconloselementosdados: Elemento (aprox.) n F 7 2 Cl 7 3 Cs 1 6 Teniendo en cuenta los valores de n y de Z , los elementos el orden creciente de electronegatividades: Cs<Cl<F Consultandolabibliografía,seobtienenlossiguientesvalores,segúnPauling: Cs(0,79)<Cl(3,16)<F(3,98) Larespuestacorrectaeslab. (CuestiónsimilaralapropuestaenPreselecciónValencia2013). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 302 3.190.Elordenderadiosatómicosentreestasparejases: a)O>Se b)Ca<Br c)Ba>F d)Ra<Cl (O.Q.L.CastillayLeón2014) Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elem. O S Estruc. Electr. 2s 2p 3s 3p externa 6 6 (apr.) n 2 3 Ca Br Ba F Ra 4s 4s 4p 6s 2s 2p 7s Cl 3s 3p 2 7 2 7 2 7 4 4 6 2 7 3 a)Falso.Siendoelementosdelmismogrupo(Z =6)elelfactordeterminantedeltamaño eselnúmerodecapaselectrónicasO(n=2)ySe(n=3),portanto,OFtienemenortamaño queSe. b) Falso. Siendo elementos de un mismo periodo, es la carga nuclear efectiva el factor determinante del tamaño. En un periodo, esta es mayor en el elemento que tiene mayor númeroatómicoloquehacequelaatracciónnuclearseamayor,portanto,eltamañoserá menor.Portanto,eltamañodelCaesmayorqueeldelBr. c) Verdadero. Siendo elementos de diferente grupo y periodo, hay que tener en cuenta ambosfactoresparadeterminareltamañodelátomo.LosvaloresdenyZ ,delBa(6y2) comparadosconlosdelF(2y7)hacenqueeltamañodelBaseamuchomayorqueeldel F. d)Falso.Lomismoqueenelapartadoanterior,setratadeelementosdediferentegrupoy periodo, por lo que hay tener en cuenta ambos factores para determinar el tamaño del átomo.LosvaloresdenyZ ,delRa(7y2)comparadosconlosdelCl(3y7)hacenqueel tamañodelRaseamuchomayorqueeldelCl. Larespuestacorrectaeslac. 3.191.DelassiguientesafirmacionessobreelSistemaPeriódico,señalelacierta: a)Alavanzarenunperiododeizquierdaaderechaelnúmerodeprotonesdisminuye. b)Alavanzarenunperiododeizquierdaaderechaeltamañoatómicoaumenta. c)Alavanzarenunperiododeizquierdaaderechaeltamañoatómicodisminuye. d)Alpasardeunperiodoalsiguienteeltamañoatómicodisminuye. (O.Q.L.Murcia2014) a)Falso.Conformeseavanzaenunperiododeizquierdaaderechaaumentaelnúmerode protonesyaloselementosseencuentranordenadospornúmerosatómicoscrecientes. b) Falso. Conforme se avanza en un periodo de izquierda a derecha aumenta la carga nuclearefectivayconellolaatracciónnuclearloquedeterminaundescensoeneltamaño delátomo. c)Verdadero.Segúnsehacomentadoenelapartadob). d) Falso. Al pasar de un periodo al siguiente aumenta el número de capas electrónicas y conelloeltamañodelátomo. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 303 3.192.Delossiguienteselementosseñaleelquetienelaprimeraenergíadeionizaciónmás elevada a)Cs b)Cl c)Cu d)Ge (O.Q.L.Murcia2014) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e–internos=#e–externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Cs Cl Cu Ge Z 37 17 29 32 estructura electrónica [Kr]5s (aprox.) n [Ne]3s 3p [Ar]3d 4s [Ar]3d 4s 4p 1 7 1 4 5 3 4 4 Se trata de elementos de diferente grupo y periodo (distintos valores de Z y n). El elemento con mayor Z y menor n es el que tiene mayor energía de ionización, en este casoeselCl. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Cs(376)<Cu(746)<Ge(762)<Cl(1251) Larespuestacorrectaeslab. 3.193.Silaconfiguraciónelectrónicadeunátomodeterminadoes: 1 2 2 3 3 4 sepuededecirque: a)Seencuentraenunestadoexcitado. b)Esunelementodetransición. c)Perderáunelectrónconmuchafacilidad. d)Esmáselectronegativoqueelbromo. (O.Q.L.LaRioja2014) Dadalaestructuraelectrónica,elvalormáximoden=4indicaquesetratadeunelemento del cuarto periodo del sistema periódico y como tiene un único electrón de valencia (s ) pertenecealgrupo1queestáintegradoporloselementos: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Li Litio (n=2) Na Sodio (n=3) K Potasio (n=4) Rb Rubidio (n=5) Cs Cesio (n=6) 304 Fr Francio (n=7) setratadelelementopotasio. a)Falso.SeencuentraensuestadofundamentalyaquesecumpleelPrincipiodeMínima Energía. b)Falso.Losmetalesdetransiciónenvíansuelectróndiferenciadoraunorbitald. c) Verdadero. La configuración electrónica externa, 4s indica que se trata de un metal alcalino,portantocederáfácilmenteeseelectrónparaadquirirconfiguraciónelectrónica muyestabledegasinerte. d) Falso. Los metales alcalinos tienen las electronegatividades más bajas del Sistema Periódico,mientrasqueloshalógenos,comoelbromo,lasmásaltas. Larespuestacorrectaeslac. 3.194.Amedidaquesedesciendeenungrupodelatablaperiódica: a)Losmetalessehacenmenoselectropositivosysupotencialdeionizaciónaumenta. b)Losmetalessehacenmáselectropositivosysupotencialdeionizaciónaumenta. c)Losmetalessehacenmenoselectropositivosysupotencialdeionizacióndisminuye. d)Losmetalessehacenmáselectropositivosysupotencialdeionizacióndisminuye. (O.Q.L.LaRioja2014) Laenergíadeionizacióndeunmetal,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) Al descender en un grupo la carga nuclear efectiva se mantiene constante, lo que hace queelfactordeterminantedelvalordelaenergíadeionizaciónseaelvalorden.Conforme aumentaelvalorden,esdecireltamañodelátomoyaqueposeemáscapaselectrónicas, laenergíadeionizacióndisminuyeyelmetalsehacemáselectropositivo. Larespuestacorrectaeslad. 3.195.Sobrelostamañosatómicosindiquequépropuestaesincorrecta: a)Elradiodelionfluoruroesmayorqueelcorrespondientealátomoenestadoneutro. b)Elradioatómicodelsodioesmayorqueelradioiónicodelsodio. c)Lasespecies , y sonisolectrónicas,luegotienenelmismotamaño. d)Losgasesnoblessonloselementosmáspequeñosdecadaperiododelsistemaperiódico. (O.Q.L.Valencia2014) a) Correcto. Al aumentar el número de electrones al formarse el anión, aumenta la constante de apantallamiento y disminuye la carga nuclear efectiva, lo que hace que la fuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamenor.Portanto,elradio delaniónessiempremayorqueeldelátomoneutrodelqueprocede. b) Correcto. Al disminuir el número de electrones al formarse catión, disminuye la constante de apantallamiento y aumenta la carga nuclear efectiva, lo que hace que la fuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayor.Portanto,elradio delcatiónessiempremenorqueeldelátomoneutrodelqueprocede. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 305 c)Incorrecto.Portratarsedeespeciesisoelectrónicastodastienenlamismaconstantede apantallamiento lo que hace que la fuerza de atracción del núcleo sobre el electrón más externo sea mayor en el núcleo con mayor número de protones (número atómico). En otraspalabras,eltamañodelaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. d) Dentro de un mismo periodo la carga nuclear efectiva es el factor determinante del tamaño. Es mayor en el elemento que tiene mayor número atómico lo que hace que la atracciónnuclearseamáximaalfinaldelperiodo,portanto,aungasnoblelecorresponde elmenorradiodentrodeunperiodo. Larespuestaincorrectaeslab. 3.196. La variación de la primera energía de ionización de estos elementos del segundo periodoes: a)Be>B<C<N<O<F b)Be<B<C<N<O<F c)Be>B<C<N>O<F d)Be<B<C<N>O<F (O.Q.L.Valencia2014) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: 1312constanteenkJ·mol Z2ef I=1312 2 Zef =carganuclearefectiva n n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Be B C N O F Z 4 5 6 7 8 9 Estruc. electr. (aprox.) n [He] 2s [He] [He] 2s 2p 2s 2p [He] 2s 2p [He] 2s 2p [He] 2s 2p 2 3 4 5 6 7 2 2 2 2 2 2 Se trata de elementos del segundo periodo, por tanto, la energía de ionización crece de cuerdoconelvalordeZ .Noobstante,seregistranunpardeanomalíasenlasparejasde elementosBe‐ByN‐O. Laanomalíaexistenteenelcasodeloselementosberilioyborosedebeaqueelúnico electrónp delboroseencuentrabienprotegidoporloselectroness ylosinternos.Por tanto,senecesitamenosenergíaparaarrancareseelectrónp queparaquitarunodelos electroness apareadosdelmismoniveldeenergía. Laanomalíaexistenteenelcasodeloselementosnitrógenoyoxígenosedebeaque,de acuerdo con la regla de Hund, el nitrógeno tiene los tres electrones p desapareados en orbitales diferentes, sin embargo, el azufre tiene dos electrones apareados en un mismo CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 306 orbitalploqueprovocaqueexistarepulsiónelectrostáticaentreellosyfacilite,portanto, laeliminacióndeesteúltimoelectrón. 2s Nitrógeno 2p 2s Oxígeno 2p Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Be(900)>B(801)<C(1087)<N(1402)>O(1314)<F(1681) Larespuestacorrectaeslac. (CuestiónsimilaralapropuestaenValencia2012). 3.197.Elátomoquenecesitamásenergíaparaarrancarleelelectrónmásexternoes: a)N b)F c)Ne d)Na (O.Q.L.Asturias2014) Laenergíadeionización,I,sepuedecalcularmediantelasiguienteexpresión: I=1312 1312constanteenkJ·mol Z2ef Z ef =carganuclearefectiva n2 n=nºcuá nticoprincipal(periodo) LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante.Deformaaproximadaesiguala: Z =Z#e internos=#e externos Lamayorenergíadeionizaciónlecorrespondealelementoconmenorvalordenymayor valordeZ (Z). Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento N F Ne Na Z 7 9 10 11 estructura electrónica [He]2s 2p (aprox.) n [He]2s 2p [He]2s 2p 5 7 8 1 2 2 2 3 Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son: Na(496)<N(1402)<F(1681)<Ne(2081) Larespuestacorrectaeslac. [Ne]3s CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 307 3.198.Indiquecuáldelossiguientesátomostienemáselectronegatividad: a)Na b)P c)Cl d)Br (O.Q.L.Castilla‐LaMancha2014) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln ‐periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: Na[Ne]3s P[Ne]3s 3p Cl[Ne]3s 3p Br[Ar]3d 4s 4p Sepuedeplantearlasiguientetablaconloselementosdados: Elemento (aprox.) n Na 1 3 P 5 3 Cl 7 3 Br 7 4 TeniendoencuentalosvaloresdenydeZ ,elátomomáselectronegativoesCl. Consultandolabibliografía,seobtienenlossiguientesvalores,segúnPauling: Na(0,93)<P(2,19)<Br(2,96)<Cl(3,16) Larespuestacorrectaeslac. (CuestiónsimilaralapropuestaenCastillayLeón1998). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 308 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 309 4.PROBLEMASdeSISTEMAPERIÓDICO 4.1.Imagineunprocesoenelquelosátomosdelitio,Li,emitieranrayosα(partículasde ). BasándosesolamenteenlaenergíadeloselectronesdescritaporelmodelodeBohr: a)Juzguesiendichoprocesoseabsorbeosedesprendeenergíayenquémedida(determínelo cuantitativamente). Dato: La energía correspondiente a cada una de las órbitas (según el modelo de Bohr) viene dadaporlaexpresión: E=–13,6 / b)¿Cómoseríaladiferenciaentrelasenergíasdeionizacióndelátomodelitioydelaespecie resultante? c) Calcule la relación porcentual que existiría entre el tamaño de la especie resultante y el tamañodelátomodelitio. (Murcia1999) a)Elprocesopropuestoes: Li H+α Teniendoencuentaquelapartículaαseemiteyquelasestructuraselectrónicasson: Li1s 2s ,luegoZ=3yn=2 H1s ,luegoZ=1yn=1 lavariacióndeenergíaasociadaalprocesoes: ΔE=EH –ELi 12 =–13,6eV 12 EH =–13,6 ΔE=–13,6eV– –30,6eV =17eV 2 ELi =–13,6 3 =–30,6eV 22 Comoseobserva,ΔE>0,luegosetratadeunprocesoendotérmico. b) La energía de ionización de un átomo, I, corresponde al salto electrónico desde n = valordelnúmerocuánticoprincipaldelelectróndiferenciadorhastan =. I=E∞ –En 13,6 Z2 n2 Lasenergíasdeionizaciónysudiferenciason: IH =13,6 12 =13,6eV 12 2 ILi =13,6 3 =30,6eV 22 ILi –IH =30,6eV–13,6eV=17eV Valorquecoincideconlavariacióndeenergíaasociadaalprocesodelapartadoanterior. c)LaecuaciónqueproporcionaeltamañodelosátomosenelmodelodeBohres: r=k n2 Z CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 310 siendo k una constante, Z el número atómico del elemento y n el número cuántico principaldelelectróndiferenciador. LarelaciónentreeltamañodelátomodeHyeldeLies: 12 rH k 1 3 3 = 2 = rH = rLi 4 4 rLi 2 k 3 4.2. Se dispone de 12,80 g de un óxido de hierro que por un proceso de reducción originan 7,66gdehierro.Elrendimientodeesteprocesohasidodel85,58%. a)Determinelafórmuladelóxidodehierro. b)Nombreelóxidoobtenidodedosformas(dosnomenclaturas). c)Indiquelasvalenciasiónicasdelhierroydeloxígenoenesteóxido. d)Escribalasconfiguracioneselectrónicasdelosionesresultantesdelapartadoc. (Extremadura1999) a) La masa de Fe que se debería de haber obtenido teniendo en cuenta el rendimiento dadoes: 7,66gFe 100gFe teó rica =8,95gFe 85,58gFe experimental LamasadeOquecontieneelóxidoes: 12,80gó xido–8,95gFe=3,85gO Lafórmulaempíricadelóxidodehierroes: 3molO 3,85gO 1molO 55,8gFe = Fó rmulaempı́rica: 8,95gFe 16gO 1molFe 2molFe b)ElnombrequecorrespondealcompuestoFe O es: Nomenclaturasistemática:trióxidodedihierro NomenclaturadeStock:óxidodehierro(III) c)Lavalenciaiónicadeunelementovienedadaporelnúmerodeelectronesqueganao pierdepara formarunionestable.Enestecaso, altratarsedehierro(III) quieredecir se formaelcatiónFe ,porloqueátomodeFepierdetreselectronesylavalenciaiónicaes +3.Comosetieneunóxido,seformaelaniónO ,elátomodeOganadoselectronesyla valenciaiónicaes–2. d)LaestructuraelectrónicaabreviadadelO,elementodelsegundoperiodoygrupo16del sistemaperiódicoes[He]2s 2p .SielátomoOganadoselectronessetransformaenel ionO ,cuyaconfiguraciónelectrónicaes[He] . La estructura electrónica abreviada del Fe, elemento del cuarto periodo y grupo 8 del sistemaperiódicoes[Ar]4s 3d .SielátomoFepierdetreselectronessetransformaenel ionFe ,cuyaconfiguraciónelectrónicaes[Ar] . CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 311 4.3.SifueseaplicableelmodeloatómicodeBohr,calculecuáldeberíaserlasegundaenergía deionizaciónparaellitio,deacuerdocondichomodelo. (Dato:Laenergíadeionizacióndelhidrógenoes2,179·10 J) (Murcia2000) Laenergíadeionizacióndelhidrógenoes: IH =2,179·10 6,022·1023 á tomos 1kJ kJ J 3 =1312 mol á tomo mol 10 J Laexpresiónquepermitecalcularlaenergíadeionización(kJ·mol )deunelementoes: I=1312 Z n2 Lasegundaionizacióndellitiocorrespondealproceso: Li (g)Li (g)+e LaestructuraelectrónicadelLi es1s ,porlotanto,n=1. ComoelLi noesunátomohidrogenoideseránecesariocalcularsucarganuclearefectiva. Alelectrón1s sololeapantallaelelectrón1s ,porloqueaplicandolasegundareglade Slaterparaelcálculodeconstantesdeapantallamiento: “Para cada electrón con n igual al electrón apantallado la contribución es 0,35 por cadaelectrónapantallado,exceptoparael1squedichacontribuciónes0,31”. Portanto,seobtienequelaconstantedeapantallamientoparaelLi es0,31. La carga nuclear efectiva se obtiene restando a la carga nuclear la constante de apantallamiento,enestecaso: Z =Zσ=3–0,31=2,69 Sustituyendolosvaloresobtenidosenlaexpresióndelaenergíadeionización: I =1312 2,692 12 =9494kJ·mol Este valor es superior al encontrado en la bibliografía para la segunda energía de ionización del litio, 7297 kJ·mol , lo cual quiere decir que el modelo de Bohr no es aplicableenestecaso. 4.4.LaprimeraenergíadeionizacióndelNaesde500kJ/mol.Calculalaenergíanecesaria paraextraerunelectrónaunátomodesodio. (Dato.NúmerodeAvogadro,L=6,022·10 ) (Valencia2001) CambiandolasunidadesdeI: I1 =500 kJ 1mol 103 J J =8,3·1019 23 mol 6,022·10 á tomo 1kJ átomo CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 312 4.5.Ordena,dentrodecadapareja: a)Laespeciedemayortamaño: y ; y ;NyO;SiyN; y . b)Laespeciedemayorenergíadeionización:NayBe;MgyAl;AlyC;NyO;SyF. (Valencia2001) a)Eltamañodeunaespecieaumentaalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln ydisminuyealaumentarnúmeroatómicoyconellosucarganuclearefectivaZef. Z =Z–σ Na –F siendoσlaconstantedeapantallamiento. ElelementoconsímboloNaeselsodioypertenecealgrupo1yperiodo3delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . Sumando sus electronesseobtienequesu númeroatómico es 11.Laconfiguración electrónicadelion Na es[He]2s 2p yaquecedeunelectróndesucapamásexterna. El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes9.LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquecaptaunelectrónensucapamásexterna. Setratadeespeciesisoelectrónicas,quetienenidénticaestructuraelectrónica,yporello, tienenlamismaconstantedeapantallamientoσ,sinembargo,lacarganuclearefectiva,Z esmayorenelionsodioquetienemayornúmeroatómicoZ. Ambos iones tienen el mismo valor de n = 2, sin embargo, como Z (Na ) > Z (F ), el . tamañodel esmayorqueeldel Consultandolabibliografía,losvaloresdelradio(pm)son,F (133)>Na (99). N –F El elemento con símbolo N es el nitrógeno y pertenece al grupo 15 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómico es 7. La configuración electrónica del ion N es [He] 2s 2p ya que capta tres electrones en su capa más externa. El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes9.LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He]2s 2p yaquecaptaunelectrónensucapamásexterna. Setratadeespeciesisoelectrónicas,quetienenidénticaestructuraelectrónica,yporello, tienenlamismaconstantedeapantallamientoσ,sinembargo,lacarganuclearefectiva,Z esmayorenelionfluoruroquetienemayornúmeroatómicoZ. Ambos iones tienen el mismo valor de n = 2, sin embargo, como Z (F ) > Z (N tamañodel esmayorqueeldel . Consultandolabibliografía,losvaloresdelradio(pm)son,N ), el (171)>F (133). N–O El elemento con símbolo N es el nitrógeno y pertenece al grupo 15 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes7. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 313 ElelementoconsímboloOeseloxígenoypertenecealgrupo16yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes8. Setratadeátomosquepertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorde n=2,sinembargo,comoZ (O)>Z (N),eltamañodelNesmayorqueeldelO. Consultandolabibliografía,losvaloresdelradio(pm)son,N(75)>O(73). Si–N ElelementoconsímboloSieselsilicioypertenecealgrupo14yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes14. El elemento con símbolo N es el nitrógeno y pertenece al grupo 15 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes7. Se trata de átomos que pertenecen a diferente periodo por lo que el factor n es determinantealahoradedeterminareltamañodelátomo.Comon(Si)>n(N),eltamaño delSiesmayorqueeldelN. Consultandolabibliografía,losvaloresdelradio(pm)son,Si(117)>N(75). Fe –Fe3+ El elemento con símbolo Fe es el hierro y pertenece al grupo 8 y periodo 4 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s 3d .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes26. Laconfiguración electrónicadelion Fe es[Ar] 3d yaquecededoselectronesdesu orbitalmásexterno(4s). LaconfiguraciónelectrónicadelionFe es[Ar]3d yaquecedetreselectrones,dosde suorbitalmásexterno(4s),yotrodelanterior(3d). Comoseobserva,elfactornnoesdeterminantealahoradedeterminareltamañodela especie, sin embargo, la carga nuclear efectiva, Z , es mayor para el ion Fe ya que su constante de apantallamiento σ es menor. Por tanto, como Z (Fe ) < Z (Fe ), el tamañodel esmayorqueeldel . Consultandolabibliografía,losvaloresdelradio(pm)son,Fe (77)>Fe (65). b) La energía de ionización de una especie química puede calcularse mediante la expresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ mol Z2ef Zefeslacarganuclearefectiva n2 neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva,Zef,secalculamediantelaexpresión: Z =Z–σ donde σ es la constante de apantallamiento. Esta aumenta en un periodo al aumentar el valordeZ,portanto,Z aumentaenunperiodoalaumentarelnúmerodeelectronesde valencia. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 314 Na–Be ElelementoconsímboloNaeselsodioypertenecealgrupo1yperiodo3delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes11. ElelementoconsímboloBeeselberilioypertenecealgrupo2yperiodo2delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes4. Elsodiotienen=3yelberilion=2.Además,Z (Be)>Z (Na),yaqueelprimerotiene máselectronesdevalencia(s )queelsegundo(s ).Portanto,teniendoencuentaambos factores,BetienemayorenergíadeionizaciónqueNa. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ/mol)son,IBe(900)>INa(496). Mg‐Al El elemento con símbolo Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes12. El elemento con símbolo Al es el aluminio y pertenece al grupo 13 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes13. Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden=3, loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización.Porotraparte,Z (Al)> Z (Mg),yaque elprimerotiene más electronesde valencia (s p ) que el segundo (s ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energíadeionizacióndelAldeberíasermayorqueladelMg.Sinembargo,consultandola bibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IMg(738)>IAl(578).Estaanomalíasedebea queelúnicoelectrónp delaluminioseencuentrabienprotegidoporloselectroness y losinternos.Portanto,senecesitamenosenergíaparaarrancareseelectrónp quepara quitarunodeloselectroness apareadosdelmismoniveldeenergía. Al–C El elemento con símbolo Al es el aluminio y pertenece al grupo 13 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes13. ElelementoconsímboloCeselcarbonoypertenecealgrupo14yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes6. El aluminio tiene n = 3 y el carbono n = 2. Además, Z (C) > Z (Al), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s p ). Por tanto, teniendo en cuentaambosfactores,CtienemayorenergíadeionizaciónqueAl. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IC(1087)>IAl(578). N–O El elemento con símbolo N es el nitrógeno y pertenece al grupo 15 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes7. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 315 ElelementoconsímboloOeseloxígenoypertenecealgrupo16yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes8. Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden=2, loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización. Por otra parte, Z (O) > Z (N), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s p ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del Odebería ser mayor que la del N. Sin embargo, consultando la bibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IN(1402)>IO(1314).Estaanomalíasedebea queelnitrógeno,deacuerdoconlaregladeHund,tienelostreselectronespdesapareados en orbitales diferentes, mientras que el oxígeno tiene dos electrones apareados en un mismoorbitalploqueprovocaqueexistarepulsiónelectrostáticaentreellosyfacilite,por tanto,laeliminacióndeesteúltimoelectrón. 2s Nitrógeno 2p 2s Oxígeno 2p S–F ElelementoconsímboloSeselazufreypertenecealgrupo16yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes16. El elemento con símbolo F es el flúor y pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes9. Elazufretienen=3yelflúorn=2.Además,Z (F)>Z (S),yaqueelprimerotienemás electronesdevalencia(s p )queelsegundo(s p ).Portanto,teniendoencuentaambos factores,FtienemayorenergíadeionizaciónqueS. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,I (1681)>I (1000). 4.6.Sabiendoquelaenergíadelelectróndelátomodelhidrógeno,ensuestadofundamental, es–13,6eV,calcule: a)Laenergíadeionizacióndelos4primerosátomoshidrogenoidesensuestadonoexcitado. b) ¿Cuál de estos 4 átomos puede tener un electrón con mayor velocidad? Incluya la posibilidaddecualquierestadodeexcitación. c)Cadaunodeestosátomosestácaracterizadoporunespectrodeemisiónenelcualexisten variaslíneascomunesatodosellos.Deestas,¿cuáleslaenergíacorrespondientealalíneade frecuenciamásalta? SupongaaplicableelmodeloatómicodeBohracualquierátomohidrogenoide. (Consideraremosátomoshidrogenoidesalosquedisponendeunelectrónyunciertonúmero deprotones). (Dato.1eV=1,6·10 J) (Murcia2002) a)Laionizacióndeunátomohidrogenoidesuponeelsaltoelectrónicodesden =1hasta n =.Teniendoencuentaquelaenergíadeunelectrónenunnivelcuánticovienedada porlaexpresión: E=–13,6 Z2 n2 Laenergíadeionización(eV)vendrádadaporlaexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I=E∞ –E1 =13,6 Z2 12 316 =13,6Z2 CambiandoaunidadesdelS.I.: IX =13,6Z2 eV 1,602·10 á tomo 1eV J 6,022·1023 á tomos 1kJ kJ 3 =1312Z2 1mol mol 10 J Lasenergíasdeionizacióndeloscuatroprimerosátomoshidrogenoidesserán: I1 =1312·12 = kJ·mol 1 I2 =1312·22 = I3 =1312·32 = kJ·mol 1 I4 =1312·42 = kJ·mol 1 kJ·mol 1 b)EnelmodelodeBohrsecumpleque: 1 Ze2 mv 2 = 4πε0 r 2 r mvr=n h 2π v= Ze2 1 2hε0 n Para los átomos hidrogenoides n = 1, y si se establece la comparación entre átomos hidrogenoidesqueseencuentranenunestadoexcitadotalqueelvalordeneselmismo paratodosellos,lavelocidaddeunelectrónencualquieradeestosátomossolodepende delvalordeZ.Porlotanto,semueveconmayorvelocidadelelectrónqueseencuentre enelátomohidrogenoideconmayorvalordeZ. c) La frecuencia más alta corresponde al salto electrónico entre los niveles cuánticos = 1 a = . La energía de ese salto electrónico coincide con la energía de ionizacióndelátomosegúnsehademostradoenelapartadoa). 4.7. Agrupa los iones con la misma configuración electrónica: , , , , , , . , , , , , (Valencia2002) Lasconfiguracioneselectrónicasdelosionespropuestosson: ElelementocuyosímboloesLiesellitioypertenecealgrupo1yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s .Laconfiguración electrónicadelion es yaquecedeunelectróndesucapamásexterna. ElelementocuyosímboloesBeselboroypertenecealgrupo15yperiodo2delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . La configuraciónelectrónicadelion es ya quecedetreselectronesdesucapa más externa. El elemento cuyo símbolo es Ca es el calcio y pertenece al grupo 2 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . La configuraciónelectrónicadelion es[Ne] yaquecededoselectronesdesu capamásexterna. Elelementocuyosímboloes Ales elaluminio ypertenece algrupo13 yperiodo3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . La configuraciónelectrónicadelion es[He] yaquecedetreselectronesdesu capamásexterna. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 317 ElelementocuyosímboloesMgeselmagnesioypertenecealgrupo2yperiodo3del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . La configuraciónelectrónicadelion es[He] yaquecededoselectronesdesu capamásexterna. El elemento cuyo símbolo es S es el azufre y pertenece al grupo 16 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . La configuraciónelectrónicadelion es[Ne] yaquecaptadoselectrones ensu capamásexterna. ElelementocuyosímboloesFeselflúorypertenecealgrupo17yperiodo2delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . La configuraciónelectrónicadelion es[He] yaquecaptaunelectrónensucapa másexterna. El elemento cuyo símbolo es H es el hidrógeno y pertenece al grupo 1 y periodo 1 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es 1s . La configuración electrónica del ion es ya que capta un electrón en su capa más externa. El elemento cuyo símbolo es Cl es el cloro y pertenece al grupo 17 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . La configuraciónelectrónicadelion es[Ne] yaquecaptaunelectrónensucapa másexterna. El elemento cuyo símbolo es O es el oxígeno y pertenece al grupo 16 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . La configuraciónelectrónicadelion es[He] yaquecaptadoselectronesensu capamásexterna. ElelementocuyosímboloesNeselnitrógenoypertenecealgrupo15yperiodo2del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p . Laconfiguraciónelectrónicadelion es[He] yaquecaptatreselectronesen sucapamásexterna. El elemento cuyo símbolo es P es el fósforo y pertenece al grupo 15 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . La configuraciónelectrónicadelion es[Ne] yaquecaptatreselectronesensu capamásexterna. Las especies químicas que tienen la misma configuración electrónica se denominan isoelectrónicas: , y , , tienenlaconfiguraciónelectrónica , , , y y o[He]. tienenlaconfiguraciónelectrónica[He] tienenlaconfiguraciónelectrónica[Ne] o[Ne]. o[Ar]. 4.8.Explicalasdiferenciasentrelospotencialesdeionización(eV)delasparejassiguientes: a)Na(5,1)yNe(21,6) b)Li(5,4)yBe(9,3) c)Be(9,3)yB(8,3) (Valencia2002) Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) I=1312 318 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. a)ElelementoconsímboloNaeselsodioypertenecealgrupo1yperiodo3delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes11. El elemento con símbolo Ne es el neón y pertenece al grupo 18 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes10. Elsodiotienen=3yelneónn=2.Además,Z (Ne)>Z (Na),yaqueelprimerotiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s ). Por tanto, teniendo en cuenta ambosfactores,INe(21,8eV)>INa(5,1eV). b) El elemento con símbolo Li es el litio y pertenece al grupo 1 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes3. El elemento con símbolo Be es el berilio y pertenece al grupo 2 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes4. Amboselementostienenn=2porloqueestefactornoinfluyealcompararlasenergíasde ionización. Sin embargo, Z (Be) > Z (Li), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s ) que el segundo (s ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, IBe (9,3 eV)>ILi(5,4eV). c)ElelementoconsímboloBeeselberilioypertenecealgrupo2yperiodo2delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes4. El elemento con símbolo B es el boro y pertenece al grupo 13 y periodo 2 del sistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes5. Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden=2, loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización. Por otra parte, Z (B) > Z (Be), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del B debería ser mayor que la del Be. Sin embargo, según el enunciado, los valores de I (eV) son, IBe (9,3) > IB (8,3). Esta anomalía se debe a que el únicoelectrónp delboroseencuentrabienprotegidoporloselectroness ylosinternos. Portanto,senecesitamenosenergíaparaarrancareseelectrónp queparaquitarunode loselectroness apareadosdelmismoniveldeenergía. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 319 4.9. Considera los elementos A, B y C, cuyos números atómicos son 12, 16 y 17, respectivamente.Apartirdesusconfiguracioneselectrónicascontestademanerarazonada lassiguientescuestiones: a)Indicaelionmásestablequeformarácadaunodelostreselementos. b)LaestequiometríamásprobableparaelcompuestoformadoporlacombinacióndeAyC. (Valencia2003) Lasconfiguracioneselectrónicasdeloselementos A, By Bson,respectivamente: A[Ne]3s B[Ne]3s 3p C[Ne]3s 3p a)Elionmásestabledecadaelementodebetenerconfiguraciónelectrónicaconcapallena osemillenadeelectrones. Si el elemento A pierde los dos electrones del orbital 3s adquiere una configuración electrónicadegasinertemuyestable, : 2e– [Ne]3s [He]2s 2p Si el elemento B capta dos electrones en el orbital 3p adquiere una configuración : electrónicadegasinertemuyestable, [Ne]3s 3p +2e– [Ne]3s 3p Si el elemento C capta un electrón en el orbital 3p adquiere una configuración electrónicadegasinertemuyestable, : [Ne]3s 3p +1e– [Ne]3s 3p yaqueel b)LaestequiometríadelcompuestoformadoentreloselementosAyCes elemento A cededoselectronesyel elementoC ganaunelectrónpara formarambosun ionestableydeesaformasecumplelacondicióndeelectroneutralidad. 4.10. Relaciona razonadamente los valores del primer potencial de ionización (kJ· 496,1680y2008conloselementosdenúmeroatómico9,10y11. ) (Valencia2003) Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementosdenúmeroatómico9,10y 11son,respectivamente: Z=9[He]2s 2p Z=10[He]2s 2p Z=11[He]2s 2p 3s Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 320 ElelementoconZ=11,tienen=3yelmenornúmerodeelectronesdevalenciaporloque lecorrespondeelmenorvalordepropuesto, =496kJ· . LoselementosZ=10y9,tienenelmismovalorden=2,sinembargo,Z (10)>Z (9),ya queelprimerotienemáselectronesdevalencia(s p )queelsegundo(s p ),portanto, =2008kJ· e =1680kJ· . 4.11. Ordena las siguientes especies por su tamaño creciente, justificando la respuesta: , , , , , ,Ne. (Valencia2003)(Valencia2005)(Valencia2007) Lasconfiguracioneselectrónicasdelasespeciespropuestasson: Elelementocuyosímboloes Ales elaluminio ypertenece algrupo13 yperiodo3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómico es 13. La configuración electrónica del ion es [He] ya que cede tres electrones de su capa más externa. El elemento cuyo símbolo es O es el oxígeno y pertenece al grupo 16 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómico es 8. La configuración electrónica del ion es [He] ya que capta dos electrones en su capa más externa. ElelementocuyosímboloesMgeselmagnesioypertenecealgrupo2yperiodo3del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes12.Laconfiguraciónelectrónica del ion es[He] yaquecededoselectronesdesucapamásexterna. ElelementocuyosímboloesFeselflúorypertenecealgrupo17yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes9.Laconfiguraciónelectrónicadelion es[He] yaquecaptaunelectrónensucapamásexterna. ElelementocuyosímboloesNaeselsodioypertenecealgrupo1yperiodo3delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . Sumando sus electronesseobtienequesu númeroatómico es 11.Laconfiguración electrónicadelion es[He] yaquecedeunelectróndesucapamásexterna. ElelementocuyosímboloesNeselnitrógenoypertenecealgrupo15yperiodo2del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómico es 7. La configuración electrónica del ion es [He] ya que capta tres electrones en su capa más externa. El elemento cuyo símbolo es Ne es el neón y pertenece al grupo 18 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes10. Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas,porestemotivo,todastienenlamismaconstantedeapantallamientolo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño delaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. Lasespeciesiónicasordenadasportamañocrecienteson: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) < < < < < 321 Consultandolabibliografía,seobtienequelostamaños(pm)son: Al (53)< Mg (72)< Na (99)< F (133)< O (140)< N (171) ElvalordelNe(71pm)sesaledelatendencia.Estosedebeaqueseestácomparandouna especieatómica(Ne)cuyoradioesunvalorestimado,conespeciesiónicas,cuyosvalores sehandeterminadoexperimentalmentemediantemedidasenredescristalinas. 4.12.Apartirdeloselementosdenúmerosatómicos12,17y37.Respondealassiguientes cuestiones: a)¿Quéelementosson:nombre,familiayperiodo? b)¿Cuántoselectronesdesapareadostienecadaunodeellosensuestadofundamental? c)¿Cuálesseríanlosionesmásestablesqueseobtendríanapartirdelosmismos? d)¿Cuáldeelloseselmáselectronegativo? (Canarias2004) Z=12 a) El elemento cuyo número atómico es 12 tiene la configuración electrónica abreviada [Ne] .Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo2yelvalorden=3 indicaqueperteneceal3erperiodo.Setratadelmagnesio(Mg). b) De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribución de los electronesenelorbital3ses: 3s Comoseobserva,nopresentaelectronesdesapareados. c) Si cede los dos electrones del orbital 3s adquiere una configuración electrónica muy establedegasinerte[He] ysetransformaenelion . Z=17 a) El elemento cuyo número atómico es 17 tiene la configuración electrónica abreviada .Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo17(espreciso [Ne] tenerencuentaqueelsubniveldnocomienzaallenarsehastael4ºperiodo)yelvalorde n=3indicaqueperteneceal3erperiodo.Setratadelcloro(Cl). b) De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribución de los electronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Comoseobserva,presentaunelectróndesapareado. c) Si capta un electrón completa el subnivel 3p y adquiere una configuración electrónica muyestabledegasinerte[Ne] ysetransformaenelion . Z=37 a) El elemento cuyo número atómico es 37 tiene la configuración electrónica abreviada [Kr] .Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo1yelvalorden=5 indicaqueperteneceal5ºperiodo.Setratadelrubidio(Rb). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 322 b) De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribución de los electronesenelorbital5ses: 5s Comoseobserva,presentaunelectróndesapareado. c)Sicedeelelectróndelorbital5sadquiereunaconfiguraciónelectrónicamuyestablede gasinerte[Ar] ysetransformaenelion . d)Laelectronegatividaddeunelementoaumentaenun: Grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico(carganuclearefectiva). EltamañodelRb(n=5)conmáscapaselectrónicasesmayorqueeldelMgyCl(n=3). Cl (Z = 17) tiene mayor número atómico que Mg (Z = 12), por este motivo tiene mayor carganuclearefectiva.Portanto,delostreselementospropuestos,Cleselelementocon mayorelectronegatividad. 4.13. Indica justificando brevemente la respuesta, en cada una de las siguientes parejas: Rb‐Mg,Mg‐Al,B‐O,N‐O,O‐Te;elelementoquetiene: a)Mayortamaño. b)Mayorenergíadeionización. c)Mayorelectronegatividad. (Valencia2004)(Valencia2007) a)Eltamañodeunátomoaumentaenun: Grupoalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoaldisminuirelvalordelnúmeroatómicoyconellosucarganuclearefectiva. b)Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediante laexpresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. c)Laelectronegatividaddeunátomoaumentaenun: Grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Rb–Mg El elemento cuyo símbolo es Rb es el rubidio y pertenece al grupo 1 y periodo 5 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Kr]5s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes37. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 323 El elemento cuyo símbolo es Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes12. EltamañodelRb(n=5)conmáscapaselectrónicasesmayorqueeldelMg(n=3). Mg(s )yRb(s )tienensimilarescargasnuclearesefectivas,sinembargo,laenergíade ionizacióndelMg(n=3)esmayorqueladelRb(n=5)yaqueelfactordeterminante eselvalorden. LaelectronegatividaddelMg,conmenornúmeroatómicoysimilarcargaefectiva,es mayorqueladelRb. Mg–Al El elemento cuyo símbolo es Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes12. El elemento cuyo símbolo es Al es el aluminio y pertenece al grupo 13 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes13. Se trata de elementos del mismo periodo por lo que el factor determinante es la carga efectivaqueesmayorenelAlquetienemásprotonesensunúcleo. EltamañodelMgconmenorcargaefectiva(s )esmayorqueeldelAl. Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden= 3, por lo que este factor no influye a la hora de decidir el mayor valor de la energía de ionización.Porotraparte,Z (Al)> Z (Mg),yaque elprimerotiene más electronesde valencia (s p ) que el segundo (s ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energíadeionizacióndelAldeberíasermayorqueladelMg.Sinembargo,consultandola bibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IMg(738)>IAl(578).Estaanomalíasedebea queelúnicoelectrónp delaluminioseencuentrabienprotegidoporloselectroness y losinternos.Portanto,senecesitamenosenergíaparaarrancareseelectrónp quepara quitarunodeloselectroness apareadosdelmismoniveldeenergía. La electronegatividad del Al, con mayor número atómico y mayor carga efectiva, es mayorqueladelMg. B–O ElelementocuyosímboloesBeselboroypertenecealgrupo13yperiodo2delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes5. El elemento cuyo símbolo es O es el oxígeno y pertenece al grupo 16 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes8. Se trata de elementos del mismo periodo por lo que el factor determinante es la carga efectivaqueesmayorenelOquetienemásprotonesensunúcleo. EltamañodelBconmenorcargaefectiva(s p )esmayorqueeldelO. LaenergíadeionizacióndelOconmayorcargaefectiva(s p )esmayorqueladelB. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 324 La electronegatividad del O, con mayor número atómico y mayor carga efectiva, es mayorqueladelB. N–O El elemento cuyo símbolo es N es el nitrógeno y pertenece al grupo 15 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes7. El elemento cuyo símbolo es O es el oxígeno y pertenece al grupo 16 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes8. Se trata de elementos del mismo periodo por lo que el factor determinante es la carga efectivaqueesmayorenelOquetienemásprotonesensunúcleo. EltamañodelNconmenorcargaefectiva(s p )esmayorqueeldelO. Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden= 2,loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización. Por otra parte, Z (O) > Z (N), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s p ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del Odebería ser mayor que la del N. Sin embargo, consultando la bibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IN(1402)>IO(1314).Estaanomalíasedebea queelnitrógeno,deacuerdoconlaregladeHund,tienelostreselectronespdesapareados en orbitales diferentes, mientras que el oxígeno tiene dos electrones apareados en un mismoorbitalploqueprovocaqueexistarepulsiónelectrostáticaentreellosyfacilite,por tanto,laeliminacióndeesteúltimoelectrón. 2s Nitrógeno 2p 2s Oxígeno 2p La electronegatividad del O, con mayor número atómico y mayor carga efectiva, es mayorqueladelN. O–Te El elemento cuyo símbolo es O es el oxígeno y pertenece al grupo 16 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes8. El elemento cuyo símbolo es Te es el telurio y pertenece al grupo 16 y periodo 5 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Kr]4d 5s 5p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes52. Setratadeelementosdelmismogrupo,conlamismacarganuclearefectiva,porloqueel factordeterminanteeselnúmerodecapaselectrónicasn. EltamañodelTe(n=5)conmáscapaselectrónicasesmayorqueeldelO(n=2). LaenergíadeionizacióndelO(n=2)conmenoscapaselectrónicasy,portanto,conel electrónmásexternomáscercadelnúcleoesmayorqueladelTe(n=5). LaelectronegatividaddelO,conmenoscapaselectrónicas,esmayorqueladelTe. Consultandolabibliografía,seobtienenlossiguientesvaloresparaloselementosdados: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Elemento r/pm I/kJ·mol B 83 801 2,04 N 77 1402 3,04 O 75 1314 3,44 Mg 160 738 1,31 Al 143 578 1,61 Rb 248 403 0,82 325 Te 143 869 2,10 4.14.DadosloselementosA(Z=19),B(Z=35)yC(Z=38).Sepide: a)¿Quéelementosson:nombre,familiayperiodo? b)¿Quéionesmásestablesformaríancadaunodeellos? c)¿Cuáldeelloseselmáselectronegativo? d)¿Cuáldeellostendríamayorradioatómico? (Canarias2005) Z=19 a) El elemento cuyo número atómico es 19 tiene la configuración electrónica abreviada [Ar] .Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo1yelvalorden=4 indicaqueperteneceal4ºperiodo.Setratadelpotasio(K). b)Sicedeelelectróndelorbital4sadquiereunaconfiguraciónelectrónicamuyestablede gasinerte[Ne] ysetransformaenelion . Z=35 a) El elemento cuyo número atómico es 35 tiene la configuración electrónica abreviada . La suma de los superíndices indica que pertenece al grupo 17 y el [Ar] valorden=4indicaqueperteneceal4ºperiodo.Setratadelbromo(Br). b)Sicaptaunelectróncompletaelsubnivel4pyadquiereunaconfiguraciónelectrónica muyestabledegasinerte[Ar] ysetransformaenelion . Z=38 a) El elemento cuyo número atómico es 38 tiene la configuración electrónica abreviada .Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo2yelvalorden=5 [Kr] indicaqueperteneceal5ºperiodo.Setratadelestroncio(Sr). b) Si cede los dos electrones del orbital 5s adquiere una configuración electrónica muy establedegasinerte[Ar] ysetransformaenelion . c)Laelectronegatividaddeunelementoaumentaenun: Grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico(carganuclearefectiva). EltamañodelSr(n=5)conmáscapaselectrónicasesmayorqueeldelBryK(n=4). Br(Z=35)tienemayornúmeroatómicoqueK(Z=19),porestemotivotienemayorcarga nuclear efectiva. Por tanto, de los tres elementos propuestos, Br es el elemento con mayorelectronegatividad. d)Elradiodeunátomoaumentaenun: Grupoalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoaldisminuirelvalordelnúmeroatómico(carganuclearefectiva). El radio del Sr (n = 5) con más capas electrónicas es mayor que el del Br y el del K (n=4). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 326 4.15.Ordenaloselementossodio(Z=11),magnesio(Z=12),fósforo(Z=15)ycloro(Z=17) segúnelordencrecientedesu: a)Electronegatividad. b)Volumenatómico. c)Potencialdeionización. d)Afinidadelectrónica. (Canarias2006) El elemento cuyo número atómico es 11 tiene la configuración electrónica abreviada [Ne] .Sucarganuclearefectivaaproximadaes1(coincideconelnúmerodeelectrones devalencia). El elemento cuyo número atómico es 12 tiene la configuración electrónica abreviada [Ne] .Sucarganuclearefectivaaproximadaes2(coincideconelnúmerodeelectrones devalencia). El elemento cuyo número atómico es 15 tiene la configuración electrónica abreviada [Ne] . Su carga nuclear efectiva aproximada es 5 (coincide con el número de electronesdevalencia). El elemento cuyo número atómico es 17 tiene la configuración electrónica abreviada [Ne] . Su carga nuclear efectiva aproximada es 7 (coincide con el número de electronesdevalencia). a)Laelectronegatividaddeunátomoaumentaenun: Grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico(carganuclearefectiva). Como todos los elementos pertenecen al mismo periodo (n = 3), la mayor carga nuclear efectivadeterminacuáldeellostienemayorelectronegatividad: sodio<magnesio<fósforo<cloro b)Elvolumendeunátomoaumentaenun: Grupoalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoaldisminuirelvalordelnúmeroatómico(carganuclearefectiva). Como todos los elementos pertenecen al mismo periodo (n = 3), la mayor carga nuclear efectivadeterminacuáldeellostienemenorvolumen: cloro<fósforo<magnesio<sodio c)Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediante laexpresión: 1312esunaconstanteenkJ·mol Z I=1312 Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 327 Como todos los elementos pertenecen al mismo periodo (n = 3), la mayor carga nuclear efectivadeterminacuáldeellostienemayorpotencialdeionización: sodio<magnesio<fósforo<cloro d) La afinidad electrónica de un átomo varía de la misma forma que el potencial de ionización. Como todos los elementos pertenecen al mismo periodo (n = 3), la mayor carga nuclear efectivadeterminacuáldeellostienemayorafinidadelectrónica: sodio<magnesio<fósforo<cloro 4.16.Lasenergíasdeionizaciónmedidasexperimentalmentedealgunoselementosaparecenen lasiguientetabla: Elemento 1ªEIexperimental(eV) 1ªEIcalculada(eV) H 13,6 He 24,6 Li 5,4 Be 9,3 B 8,3 C 11,3 N 14,5 O 13,6 F 17,4 Ne 21,5 Na 5,2 K 4,3 Rb 4,2 Cs 3,9 AsumiendoqueelmodeloatómicodeBohresaplicableatodoslosátomos,podríamoscalcular laenergíaasociadaacadaunadelascapasmediantelaecuaciónE=‐13,6 / (eV). a)Deacuerdoconlosdatosexperimentalesindiquecómovaríalaprimeraenergíadeionización enelsegundoperiodoyenelgrupo1.Señalelasexcepcionesqueobservaalasreglasgenerales ysugierasusposiblescausas. b)Calcule,deacuerdoconelmodeloatómicodeBohr,lasprimerasenergíasdeionizacióndelos elementosqueaparecenenlatabla.Insertelosresultadosenlacolumnacorrespondiente. c)Analicecualessonlasdiferenciasycoherenciasentreresultadosexperimentalesycalculados paraelsegundoperiodoyelgrupo1. d)Discuta(conargumentos)sobrelavalidezdelmodeloatómicodeBohrdeacuerdoconlos datosanteriores. (Murcia2006) a)Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediante laexpresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 328 Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. Deacuerdoconestoúltimo,dentrodeunperiododelsistemaperiódicolaenergíade ionización aumenta al aumentar en número atómico Z. No obstante, se registran un pardeanomalías: Be‐B Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden=2, loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización. Por otra parte, Z (B) > Z (Be), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del B debería ser mayor que la del Be. Sin embargo, según el enunciado, los valores de I (eV) son, IBe (9,3) > IB (8,3). Esta anomalía se debe a que el únicoelectrónp delboroseencuentrabienprotegidoporloselectroness ylosinternos. Portanto,senecesitamenosenergíaparaarrancareseelectrónp queparaquitarunode loselectroness apareadosdelmismoniveldeenergía. N–O Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden=2, loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización. Por otra parte, Z (O) > Z (N), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s p ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del Odebería ser mayor que la del N. Sin embargo, consultando la bibliografía,losvaloresdeI(eV)son,IN(14,5)>IO(13,6).Estaanomalíasedebeaqueel nitrógeno, de acuerdo con la regla de Hund, tiene los tres electrones p desapareados en orbitalesdiferentes,mientrasqueeloxígenotienedoselectronesapareadosenunmismo orbitalploqueprovocaqueexistarepulsiónelectrostáticaentreellosyfacilite,portanto, laeliminacióndeesteúltimoelectrón. Nitrógeno 2s 2p 2s Oxígeno 2p b) Considerando aplicable el modelo de Bohr a los elementos dados, los valores para la energíadeionización(eV)sepuedencalcularmediantelaexpresiónanterior: Periodo1 IH =13,6 12 22 =13,6eVI =13,6 =66,4eV He 12 12 Periodo2 ILi =13,6 12 22 32 =3,4eVI =13,6 =13,6eVI =13,6 =30,6eV Be B 22 22 22 52 IC =13,6 62 =54,4eVI =13,6 =85,0eVI =13,6 =122,4eV N O 22 22 22 IF =13,6 82 =166,6eVI =13,6 =217,6eV Ne 22 22 42 72 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 329 Grupo1 INa =13,6 12 12 12 =1,5eVIK =13,6 2 =0,8eVIRb =13,6 2 =0,5eV 32 4 5 12 ICs =13,6 2 =0,4eV 6 c‐d)Losvalorescalculadosobtenidossoncoherentesrespectoalavariacióndentrodeun: periodo,aumentanalaumentarZ (exceptolasanomalíasvistasenelapartadoa) grupo,disminuyenalaumentarelvalorden Sin embargo, los valores numéricos calculados difieren notablemente de los valores experimentales.EstoquieredecirqueelmodelodeBohrnoesaplicablealoselementosen las condiciones dadas. Además, no se están utilizando las cargas nucleares efectivas rigurosasquesedeberíacalcularmediantelasreglasdeSlater. 4.17. Escribe las configuraciones electrónicas de los siguientes átomos indicando, en cada caso,elgrupodelsistemaperiódicoalquepertenecen:Númeroatómico(Z)=16,19,31,35y 56. (PreselecciónValencia2006) El elemento cuyo número atómico es 16 tiene la configuración electrónica abreviada [Ne] y la suma de los superíndices indica que pertenece al grupo 16 (el 3 periodonopresentaelectronesd). El elemento cuyo número atómico es 19 tiene la configuración electrónica abreviada [Ar] ylasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo1. El elemento cuyo número atómico es 31 tiene la configuración electrónica abreviada [Ar] ylasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo13. El elemento cuyo número atómico es 35 tiene la configuración electrónica abreviada [Ar] ylasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo17. El elemento cuyo número atómico es 56 tiene la configuración electrónica abreviada [Xe] ylasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo2. 4.18.Ordenalossiguienteselementosenordencrecienteasuradioatómico,justificandola respuesta:Mg,K,Ne,Rb,Ca,Cs,Ar,P,Cl. (PreselecciónValencia2006) Elradiodeunátomoaumentaenun: Grupoalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoaldisminuirelvalordelnúmeroatómicoyconellosucarganuclearefectiva. ElmenorradiodetodoslecorrespondeaNe(n=2): Ne pertenece al grupo 18 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes10. A continuación, los elementos del tercer periodo (n = 3) ordenados de menor a mayor tamaño(mayoramenorZ):Ar(18),Cl(17),P(15)yMg(12). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 330 Ar pertenece al grupo 18 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes18. Cl pertenece al grupo 17 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes17. P pertenece al grupo 15 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes15. Mg pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes12. Le siguen los elementos del 4º periodo (n = 4) ordenados de menor a mayor tamaño (mayoramenorZ):Ca(20)yK(19). Ca pertenece al grupo 2 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes20. K pertenece al grupo 1 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes19. Finalmente,quedanloselementosdel5ºperiodo,Rbydel6ºperiodo,Cs. Rb pertenece al grupo 1 y periodo 5 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Kr] 5s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes37. Cs pertenece al grupo 1 y periodo 6 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Xe] 6s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes55. Consultandolabibliografía,losvaloresdelradio(pm)son: Ne(71)<Ar(98)<Cl(99)<P(110)<Mg(160)<Ca(197)<K(227)<Rb(248)<Cs(265) 4.19.Delassiguientesparejasdeelementos,justificacuáltienemayor : a)Mg‐Al b)P‐S c)K‐Se d)Ca‐Rb (PreselecciónValencia2006) Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 331 a)Mg–Al El elemento cuyo símbolo es Mg es el magnesio y pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes12. El elemento cuyo símbolo es Al es el aluminio y pertenece al grupo 13 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes13. Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden=2, loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización.Porotraparte,Z (Al)> Z (Mg),yaque elprimerotiene más electronesde valencia (s p ) que el segundo (s ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del Al debería ser mayor que la del Mg. Sin embargo, según el enunciado,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IMg(738)>IAl(578).Estaanomalíasedebea queelúnicoelectrónp delaluminioseencuentrabienprotegidoporloselectroness y losinternos.Portanto,senecesitamenosenergíaparaarrancareseelectrónp quepara quitarunodeloselectroness apareadosdelmismoniveldeenergía. b)P–S ElelementocuyosímboloesPeselfósforoypertenecealgrupo15yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes15. ElelementocuyosímboloesSeselazufreypertenecealgrupo16yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes16. Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden=2, loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización. Por otra parte, Z (S) > Z (P), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s p ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del S debería ser mayor que la del P. Sin embargo, consultando la bibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IP(1012)>IS(1000).Estaanomalíasedebea queelfósforo,deacuerdoconlaregladeHund,tienelostreselectronespdesapareadosen orbitales diferentes, mientras que el azufre tiene dos electrones apareados en un mismo orbitalploqueprovocaqueexistarepulsiónelectrostáticaentreellosyfacilite,portanto, laeliminacióndeesteúltimoelectrón. 3s Fósforo 3p 3s Azufre 3p c)K–Se ElelementocuyosímboloesKeselpotasioypertenecealgrupo1yperiodo4delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes19. El elemento cuyo símbolo es Se es el selenio y pertenece al grupo 16 y periodo 4 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]3d 4s 4p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes34. Ambos elementos pertenecen al mismo periodo por lo que al tener el mismo valor de n estefactornoinfluye,sinembargo,lacargaefectiva,Z ,delSe(s p )esmuchomayorque ladelK(s ).Portanto,laenergíadeionizacióndelSeesmayorqueladelK. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 332 Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,ISe(941)>IK(419). d)Ca–Rb ElelementocuyosímboloesCaeselcalcioypertenecealgrupo2yperiodo4delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes20. El elemento cuyo símbolo es Rb es el rubidio y pertenece al grupo 1 y periodo 5 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Kr]5s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes37. Ambos elementos tienen similar valor de la carga efectiva, Z , ya que se encuentran en gruposcontiguos,sinembargo,elvalordenesmayorparaRb(n=5)queparaCa(n=4). Portanto,laenergíadeionizacióndelCaesmayorqueladelRb. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,ICa(590)>IRb(403). 4.20.Delasespeciessiguientes: ; ; yS;indicalasquesonparamagnéticas. (Datos.Númerosatómicos:F=9;Ca=20;Fe=26;S=16) (Valencia2006) Unaespeciequímicaesparamagnéticasipresentaelectronesdesapareados. El elemento cuyo símbolo es F y número atómico 9 es el flúor cuya configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Lasumadelossuperíndicesindicaqueperteneceal grupo17(esteperiodonotieneelectronesd)yelvalorden=2queesunelementodel2º periodo.LaconfiguraciónelectrónicadelionF es[He] yaqueganaunelectrón ensucapamásexterna.DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHund,la distribucióndeloselectronesenlosorbitales2sy2pes: 2s Comoseobserva,laespecie especieparamagnética. 2p nopresentaelectronesdesapareados,portanto,noesuna El elemento cuyo símbolo es Ca y número atómico 20 es el calcio cuya configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . La suma de los superíndices indica que pertenece al grupo 2 y el valor de n = 4 que es un elemento del 4º periodo. La configuración electrónica del ion Ca es [Ne] ya que pierde dos electrones de su capa más externa.DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHund,ladistribuciónde loselectronesenlosorbitales3sy3pes: 3s Comoseobserva,laespecie unaespecieparamagnética. 3p nopresentaelectronesdesapareados,portanto,noes El elemento cuyo símbolo es Fe y número atómico 26 es el hierro cuya configuración electrónicaabreviadaes[Ar]4s 3d .Lasumadelossuperíndicesindicaqueperteneceal grupo 8 y el valor de n = 4 que es un elemento del 4º periodo. La configuración electrónica del ion Fe es [Ar] ya que pierde los dos electrones del orbital más externo(4s).DeacuerdoconelPrincipiodeMáximaMultiplicidaddeHund,ladistribución deloselectronesenlosorbitales3des: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 4s 333 3d Comoseobserva,la especie presentacuatroelectronesdesapareados,portanto,sí esunaespecieparamagnética. El elemento cuyo símbolo es S y número atómico 16 es el azufre cuya configuración .Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenece electrónicaabreviadaes[Ne] algrupo16(esteperiodonotieneelectronesd)yelvalorden=3queesunelementodel 3erperiodo. De acuerdo con el Principio de Máxima Multiplicidad de Hund, la distribución de los electronesenlosorbitales3sy3pes: 3s 3p Comoseobserva,laespecieSpresentadoselectronesdesapareados,portanto,síesuna especieparamagnética. 4.21. El catión sodio y el neón son isoelectrónicos. Para extraer un electrón a un átomo de neón se necesitan 2081 kJ· . Para extraer un electrón a un catión sodio se necesitan 4562kJ· .Justificaestosvalores.¿Porquénosonigualesestosvalores? (Valencia2006) Elelementosodiopertenecealgrupo1yperiodo3delsistemaperiódicoporloquesu configuraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s .Sumandosuselectronesseobtienequesu número atómico es 11. La configuración electrónica del ion Na es [He] 2s 2p ya que cedeunelectróndesucapamásexterna. Elelementoneónpertenecealgrupo18yperiodo2delsistemaperiódicoporloquesu configuración electrónica abreviada es [He] 2s 2p . Sumando sus electrones se obtiene quesunúmeroatómicoes10. Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva I=1312 n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. Por tratarse de especies isoelectrónicas, ambas tienen la misma constante de apantallamientoσ,sinembargo,lacarganuclearefectiva,Z esmayorenelionsodioque tienemayornúmeroatómicoZ. Paraambasespeciesn=2,perocomoZ (Na )>Z (Ne),setieneque: I (4562kJ)>INe (2081kJ) Elqueambosvaloresnoseanigualesesdebidoaqueaunqueelnúmerodeelectronesque ejercenefectopantallaentreelnúcleoyelelectrónmásexternoeselmismo,losnúcleos delasdosespeciesquímicassondiferentes. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 334 4.22.Elige,encadapardeelementos,aquelquetieneunmayorvalordelaprimeraenergía deionización.Justificalarespuesta. a)H‐He b)O‐Se c)Li‐Be d)P‐S d)He‐Ne (PreselecciónValencia2007) Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. a)H–He El elemento cuyo símbolo es H es el hidrógeno y pertenece al grupo 1 y periodo 1 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónica1s .Sumandosuselectronesse obtienequesunúmeroatómicoes1. ElelementocuyosímboloesHeeselhelioypertenecealgrupo18yperiodo1delsistema periódico por lo que su configuración electrónica es 1s . Sumando sus electrones se obtienequesunúmeroatómicoes2. Ambos elementos pertenecen al mismo periodo por lo que al tener el mismo valor de n estefactornoinfluye,sinembargo,lacargaefectiva,Z ,delHe(s )esmayorqueladelH (s ).Portanto,laenergíadeionizacióndelHeesmayorqueladelH. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IHe(2372)>IH(1312). b)O–Se Amboselementospertenecenalgrupo16porloquesuconfiguraciónelectrónicaexterna esns np loquedeterminaquetenganlamismacarganuclearefectiva.Sinembargo,se diferencianenelvalorden,esdecir,elperiodoalquepertenecen,asíparaelO(n=2)y paraelSe(n=4).Portanto,laenergíadeionizacióndelOesmayorqueladelSe. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IO(1314)>ISe(941). c)Li–Be ElelementocuyosímboloesLiesellitioypertenecealgrupo1yperiodo2delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes3. ElelementocuyosímboloesBeeselberilioypertenecealgrupo2yperiodo2delsistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s . Sumando sus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes4. Ambos elementos pertenecen al mismo periodo por lo que al tener el mismo valor de n estefactornoinfluye,sinembargo,lacargaefectiva,Zef,delBe(s )esmayorqueladelLi (s ).Portanto,laenergíadeionizacióndelBeesmayorqueladelLi. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IBe(900)>ILi(520). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 335 d)P–S ElelementocuyosímboloesPeselfósforoypertenecealgrupo15yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes15. ElelementocuyosímboloesSeselazufreypertenecealgrupo16yperiodo3delsistema periódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosus electronesseobtienequesunúmeroatómicoes16. Amboselementospertenecenalmismoperiodoporloquetienenelmismovalorden=2, loquehacequeestefactornoinfluyaalahoradedecidirelmayorvalordelaenergíade ionización. Por otra parte, Z (S) > Z (P), ya que el primero tiene más electrones de valencia (s p ) que el segundo (s p ). Por tanto, teniendo en cuenta ambos factores, la energía de ionización del S debería ser mayor que la del P. Sin embargo, consultando la bibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IP(1012)>IS(1000).Estaanomalíasedebea queelnitrógeno,deacuerdoconlaregladeHund,tienelostreselectronespdesapareados en orbitales diferentes, mientras que el oxígeno tiene dos electrones apareados en un mismoorbitalploqueprovocaqueexistarepulsiónelectrostáticaentreellosyfacilite,por tanto,laeliminacióndeesteúltimoelectrón. 3s Fósforo 3p 3s Azufre 3p e)He–Ne Ambos elementos pertenecen al grupo 18 por lo que sus configuraciones electrónicas respectivas son 1s para el He y [He] 2s 2p para el Ne, lo que determina que tengan, aproximadamente,lamismacarganuclearefectiva.Sinembargo,sediferencianenelvalor den,esdecir,elperiodoalquepertenecen,asíparaelHe(n=1)yparaelNe(n=2).Por tanto,laenergíadeionizacióndelHeesmayorqueladelNe. Consultandolabibliografía,losvaloresdeI(kJ·mol )son,IHe(2372)>INe(2081). 4.23.Ordenaloselementosoionesencadaunodelossiguientesgruposenordendecreciente desuderadioatómicooiónico.Justificalarespuesta. a)S,Cl,Si b)Co,Ti,Cr c)Zn,Hg,Cd d) , , e) , , (PreselecciónValencia2007) Elradiodeunaespeciequímicaaumentaenun: Grupoalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoaldisminuirelvalordelnúmeroatómicoyconellosucarganuclearefectiva. a)S,ClySi Los tres elementos pertenecen 3er periodo (n = 3) por lo que el factor determinante del tamañovienedadoporsucarganuclearefectivaquedependedesunúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasynúmerosatómicosson,respectivamente: S(Z=16)[Ne]3s 3p Cl(Z=17)[Ne]3s 3p Si(Z=14)[Ne]3s 3p CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 336 Portanto,elordendecrecientederadiosesSi<S<Cl. b)Co,TiyCr Los tres elementos pertenecen 4º periodo (n = 4) por lo que el factor determinante del tamañovienedadoporsucarganuclearefectivaquedependedesunúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasynúmerosatómicosson,respectivamente: Co(Z=28)[Ar]4s 3d Ti(Z=22)[Ar]4s 3d Cr(Z=24)[Ar]4s 3d Portanto,elordendecrecientederadiosesTi<Cr<Co. c)Zn,CdyHg Lostreselementospertenecenalgrupo12,loquehacequetenganlamismacarganuclear efectiva,porloqueelfactordeterminantedeltamañovienedadoporelvalordelnúmero nqueindicaelperiodoalquepertenecen. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasson,respectivamente: Zn[Ar]4s 3d Cd[Kr]5s 4d Hg[Xe]4f 6s 5d Portanto,elordendecrecientederadiosesHg(n=6)<Cd(n=5)<Zn(n=4). ,Ca yBa d)Mg Lostreselementospertenecenalgrupo2loquehacequetenganlamismacarganuclear efectiva,porloqueelfactordeterminantedeltamañovienedadoporelvalordelnúmero nqueindicaelperiodoalquepertenecen. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasson,respectivamente: Mg[Ne]3s Ca[Ar]4s Ba[Xe]6s Sipierdenlosdoselectronesexternos,lostresquedanconlaconfiguraciónelectrónicadel gasinertemáspróximo,asípues: Mg [He]2s 2p Ca [Ne]3s 3p Portanto,elordendecrecientederadios(pm)es e)S ,Cl yP Ba [Kr]4d 5s 5p (135)< (100)< (72). Los tres elementos pertenecen 3er periodo (n = 3) por lo que el factor determinante del tamañovienedadoporsucarganuclearefectivaquedependedesunúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasynúmerosatómicosson,respectivamente: S(Z=16)[Ne]3s 3p Cl(Z=17)[Ne]3s 3p P(Z=15)[Ne]3s 3p Si captan dos, uno y tres electrones, respectivamente, adquieren la configuración electrónicadelgasinertemáspróximo,asípues: S [Ne]3s 3p Cl [Ne]3s 3p P [Ne]3s 3p Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas,porestemotivo,todastienenlamismaconstantedeapantallamientolo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño delaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Portanto,elordencrecientederadios(pm)es (212)< (184)< 337 (181). 4.24.Razonasilosiones y sonisoelectrónicos.Encasoafirmativo,razonarcuálde lasdosespeciestendríamayortamaño. (Canarias2008)(Canarias2011) El F tiene una configuración electrónica [He] 2s 2p , mientras que el Na tiene como configuraciónelectrónica[Ne]3s .Cuandoseformaelionfluoruro(F )ganaunelectrón quedandoconlaconfiguración[He]2s 2p ,mientrasqueelionNa pierdeunelectróny queda con la misma configuración. Luego se puede concluir que sí son isoelectrónicos. Para ver cuál es el de mayor tamaño se debe tener en cuenta que ambos iones tienen el mismo número de electrones, pero el ion F tiene 9 protones, mientras que el ion Na tiene 11 protones. Además al alojar un electrón en la última capa en el ion F los electrones tienden al repelerse (son de la misma carga), por todo ello, al tener menos protonesymáselectroneselion tendrámayortamaño. (Elenunciadopropuestoen2011essimilar). 4.25.Ordenalossiguienteselementosenordencrecientedesuradioatómico,justificandola respuesta:K,Al,Ca,Ar,Ba,Ne,SyMg. (PreselecciónValencia2008) Elradiodeunátomoaumentaenun: Grupoalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln. Periodoaldisminuirelvalordelnúmeroatómicoyconellosucarganuclearefectiva. ElmenorradiodetodoslecorrespondeaNe(n=2): Ne pertenece al grupo 18 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes10. Acontinuación,loselementosdel3erperiodo(n=3)ordenadosdemenoramayortamaño (mayoramenorZ):Ar(18),S(16),Al(13)yMg(12). Ar pertenece al grupo 18 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes18. S pertenece al grupo 16 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes16. Al pertenece al grupo 13 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes13. Mg pertenece al grupo 2 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes12. Le siguen los elementos del 4º periodo (n = 4) ordenados de menor a mayor tamaño (mayoramenorZ):Ca(20)yK(19). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 338 Ca pertenece al grupo 2 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes20. K pertenece al grupo 1 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 4s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes19. Finalmente,quedaunelementodel6ºperiodo,Ba. Ba pertenece al grupo 2 y periodo 6 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Xe] 6s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes56. Como Z (Ba) > Z (K), este factor determina que aunque el Ba tenga más capas electrónicas(n=6),elvalordesuradioseaalgomenorqueeldelK. Consultandolabibliografía,losradios(pm)son: Ne(71)<Ar(98)<S(104)<Al(143)<Mg(160)<Ca(197)<Ba(222)<K(227) 4.26. Ordena, justificando la respuesta, las siguientes especies químicas de menor a mayor energíanecesariaparaarrancarunelectrón:Ne,O,Na,Fy . (PreselecciónValencia2008) Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva I=1312 n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. Paralosespeciesdadassepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento O F Ne Na Z 8 9 10 11 12 Estructura [He]2s 2p [He]2s 2p [He]2s 2p [Ne]3s [He]2s 2p Electrónica Zef(aprox.) 6 7 8 1 >8 n 2 2 2 3 2 De los elementos dados, el que presenta menor energía de ionización es el que tenga menorvalordeZ ymayorvalorden,elNa(Z =1)elementodel3erperiododelsistema periódico(n=3)porloquetienelamenorenergíadeionizacióndetodosellos. Lesiguenloselementosdel2ºperiodo(n=2),O(Z =6),F(Z =7)yNe(Z =8). Finalmente,Mg (Z >8)yaquehaperdidolosdoselectronesdesucapamásexternay tienecargamáxima. Portanto,lasespeciesordenadasdemenoramayorenergíadeionización(kJ·mol )son: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) Na(496)<O(1314)<F(1681)<Ne(2081)< 339 (7733) 4.27.Elelectrónmásexternodelátomo,enestadofundamental,deciertoelementotienelos númeroscuánticosn=3,l=2, =2, =½.Suponiendoquenohayotroelectrónconla mismaenergía,indica,justificandolarespuesta: a)¿Cuáleselnúmeroatómico,Z,dedichoelemento? b)Grupoybloquealquepertenece. c)Símbolodedichoelemento. (Valencia2008) a)Teniendoencuentaquelosvaloresdelosnúmeroscuánticosindican: n=3tercerniveldeenergíaoperiodo l=2subniveldeenergíad estesubniveldeenergía3destádegenerado,perocomodicequenoexisteotroelectrón conlamismaenergíaquieredecirquesolohayunelectrónenlosorbitales3d.Deacuerdo con esto, la estructura electrónica abreviada del elemento en su estado fundamental es [Ar]4s 3d .Comosetratadeunátomoensuestadofundamental,sunúmeroatómico,Z, vienedadoporsunúmerodeelectrones(protones)quees18(Ar)+2(4s)+1(3d)=21. b)Lasumadelossuperíndicesindicaquepertenecealgrupo3,elvalorden=4queesun elemento del 4º periodo y el que tenga electrones d que pertenece al bloque de los metalesdetransición. c)Elgrupo3delsistemaperiódicoestáintegradoporloselementos: La Lantano (n=6) Y Itrio (n=5) Sc Escandio (n=4) Ac Actinio (n=6) elvalorden=4indicaquesetratadelescandio,desímboloSc. 4.28. Ordena los siguientes elementos en orden creciente de su electronegatividad, justificandolarespuesta:Cl(Z=17),Mg(Z=12),F(Z=9),Si(Z=14),Na(Z=11),P(Z=15). (Valencia2008) La electronegatividad, χ, mide la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia sí los electronesdesuenlaceconotrosátomos.Suvalorsepuedecalcularapartirdelosvalores de la energía de ionización, I, y de la afinidad electrónica, AE, de forma que aumenta al aumentar ambas propiedades. La electronegatividad de un elemento es mayor cuanto menor es su radio atómico y cuanto mayor es su carga nuclear efectiva. Por tanto, la electronegatividaddeunátomoaumentaenun: ‐grupoaldisminuirelvalordelnúmerocuánticoprincipaln ‐periodoalaumentarelvalordelnúmeroatómico. Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloselementospropuestosson: F[He]2s 2p Na[Ne]3s Si[Ne]3s 3p P[Ne]3s 3p Mg[Ne]3s Cl[Ne]3s 3p El F es el único elemento que pertenece al 2º periodo (n = 2) y además tiene siete electrones de valencia y por ello mayor carga efectiva, lo que hace que tenga la máxima electronegatividaddelsistemaperiódico. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 340 El resto de los elementos pertenecen al 3er periodo (n = 3) por lo que su electronegatividadaumentaconelnúmeroatómico,esdecir,conelnúmerodeelectrones devalenciaycargaefectiva:Na,Mg,Si,PyCl. Consultandolabibliografía,seobtienenlossiguientesvaloresde(escaladePauling): Na(0,93)<Mg(1,31)<Si(1,90)<P(2,19)<Cl(3,16)<F(3,98) 4.29.Ciertoelementodeltercerperiodotienelassiguientesenergíasdeionizaciónsucesivas (kJ· ): =786,5 =1577 =3232 =4356 =16090. Identificadichoelementojustificandolarespuesta. (Valencia2008) Suponiendoquelaenergíadeionizacion,I,esproporcionalalacarganuclearefectiva,Z , yhaciendolaaproximacióndequeunelectrónapantallaaunprotón,losvaloresdeZ = 1,2,3,…determinanqueloselectronesqueseencuentranenunmismoorbitalpresentan larelaciónI/Z ≈cte. Enestecaso: I1 = 786,5 1577 =786,5kJ·mol I2 = =788,5kJ·mol 1 2 I3 = I4 = 4356 16090 =1089kJ·mol I5 = =3218kJ·mol 4 5 3232 =1077,3kJ·mol 3 Teniendo en cuenta que se trata de un elemento del 3er periodo, su configuración electrónica debería ser: 1s 2s 2p 3s 3p , siendo x e y el número de electrones en la capamásexterna. Losdosprimerosvalores,I ≈I ,indicanquelosdosprimeroselectronesestánsituados enorbitales3p. Los dos valores siguientes, I ≈ I , mayores que los anteriores, indican que los dos siguienteselectronesestánsituadosenelorbitalanterior,3s. Finalmente,elsiguientevalor,I muchomayorquelosanteriores,indicaqueelsiguiente electrónestásituadoenlacapaanterior,enelorbital2p. Elelementocuyaconfiguraciónelectrónicaexternaes integradoporloselementos: Carbono (n=2) Silicio (n=3) Germanio (n=4) estásituadoenelgrupo14 Estaño (n=5) Plomo (n=6) elvalorden=3indicaquesetratadelsilicio. 4.30.Ordenalossiguienteselementosenordencrecientedesuradioatómico,justificandola respuesta:F,Sn,Br,O,He,Rb,Ne,As. (PreselecciónValencia2009) Elradiodeunátomoaumentaenun: grupoalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln periodoaldisminuirelvalordelnúmeroatómicoyconellosucarganuclear efectiva. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 341 ElmenorradiodetodoslecorrespondeaHe(n=1): He pertenece al grupo 18 y periodo 1 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaes1s .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes2. Acontinuación,loselementosdel2ºperiodo(n=2)ordenadosdemenoramayortamaño (mayoramenorZ):Ne(10),F(9)yO(8). Ne pertenece al grupo 18 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes10. F pertenece al grupo 17 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes9. O pertenece al grupo 16 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes8. Acontinuación,loselementosdel4ºperiodo(n=4)ordenadosdemenoramayortamaño (mayoramenorZ):Br(35)yAs(33). Br pertenece al grupo 17 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 3d 4s 4p . Sumando sus electrones se obtiene que su númeroatómicoes35. As pertenece al grupo 15 y periodo 4 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ar] 3d 4s 4p . Sumando sus electrones se obtiene que su númeroatómicoes33. Le siguen los elementos del 5º periodo (n = 5) ordenados de menor a mayor tamaño (mayoramenorZ):Sn(50)yRb(37). Sn pertenece al grupo 14 y periodo 5 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Kr] 4d 5s 5p . Sumando sus electrones se obtiene que su númeroatómicoes50. Rb pertenece al grupo 1 y periodo 5 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Kr] 5s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes37. Consultandolabibliografía,losradios(pm)son: He(50)<Ne(71)<F(72)<O(73)<Br(114)<As(120)<Sn(140)<Rb(248) 4.31. Ordena, justificando la respuesta, las siguientes especies químicas de menor a mayor energíaparaarrancarunelectrón:Ge,O,Ca,Si,Rb,Ne,N. (PreselecciónValencia2009) Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva I=1312 n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 342 Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento N O Ne Si Z 7 8 10 14 [He] [He] [Ne] [He] Estructura Electrónica 2s 2p 2s 2p 2s 2p 3s 3p 5 6 8 4 (aprox.) n 2 2 2 3 Ca 20 [Ar] 4s Ge 32 [Ar]3d 4s 4p Rb 37 [Kr] 5s 2 4 1 4 4 5 De los elementos dados, el que presenta menor energía de ionización es el que tenga menor valor de Z y mayor valor de n, el Rb (Z = 1) elemento del quinto periodo del sistemaperiódico(n=5)porloquetienelamenorenergíadeionizacióndetodosellos. Lesiguenloselementosdelcuartoperiodo(n=4):Ca(Z =2)yGe(Z =4). Acontinuación,elelementodeltercerperiodo(n=3):Si(Z =4). Finalmente, los elementos del segundo periodo (n = 2): N (Z = 5), O (Z = 6) y Ne (Z = 8) que es el que posee el valor más alto de la energía de ionización para los elementosdados. EnelcasodelaparejaN−O,laenergíadeionizacióndelOdeberíasermayorqueladelN. Sin embargo, consultando la bibliografía, los valores de I (kJ·mol ) son, IN (1402) > IO (1314).Estaanomalíasedebeaqueelnitrógeno,deacuerdoconlaregladeHund,tiene lostreselectronespdesapareadosenorbitalesdiferentes,mientrasqueel oxígenotiene dos electrones apareados en un mismo orbital p lo que provoca que exista repulsión electrostáticaentreellosyfacilite,portanto,laeliminacióndeesteúltimoelectrón. Portanto,lasespeciesordenadasdemenoramayorenergíadeionización(kJ/mol)son: Rb(403)<Ca(590)<Ge(762)<Si(787)<O(1314)<N(1402)<Ne(2081) 4.32. Ordena los siguientes iones en orden creciente de su radio iónico, justificando la respuesta: , , , , . (PreselecciónValencia2010)(PreselecciónValencia2011) Lasconfiguracioneselectrónicasdelasespeciespropuestasson: El elemento cuyo símbolo es Cl es el cloro y pertenece al grupo 17 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes17. La configuración electrónica del ion capamásexterna. es [Ne] ya que capta un electrón en su El elemento cuyo símbolo es P es el fósforo y pertenece al grupo 15 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes15. Laconfiguraciónelectrónicadelion sucapamásexterna. es[Ne] yaquecaptatreselectronesen CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 343 El elemento cuyo símbolo es Ca es el calcio y pertenece al grupo 2 y periodo 4 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes20. Laconfiguraciónelectrónicadelion capamásexterna. es[Ne] yaquecededoselectronesdesu El elemento cuyo símbolo es S es el azufre y pertenece al grupo 16 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Ne] 3s 3p . Sumandosuselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes16. Laconfiguraciónelectrónicadelion capamásexterna. es[Ne] yaquecaptadoselectronesensu El elemento cuyo símbolo es K es el potasio y pertenece al grupo 1 y periodo 4 del sistemaperiódicoporloquesuconfiguraciónelectrónicaabreviadaes[Ar]4s .Sumando suselectronesseobtienequesunúmeroatómicoes19. La configuración electrónica del ion capamásexterna. es [Ne] ya que cede un electrón de su Se trata de especies que tienen la misma configuración electrónica y que se denominan isoelectrónicas,porestemotivo,todastienenlamismaconstantedeapantallamientolo quehacequelafuerzadeatraccióndelnúcleosobreelelectrónmásexternoseamayoren elnúcleoconmayornúmerodeprotones(númeroatómico).Enotraspalabras,eltamaño delaespeciedecrecealaumentarelnúmeroatómico. Lasespeciesiónicasordenadasportamañocreciente(pm)son: (100)< (138)< (181)< (184)< (212) 4.33. Ordena, justificando la respuesta, las siguientes especies químicas de menor a mayor energíaparaarrancarunelectrón:O,Ne, ,F, . (PreselecciónValencia2010)(PreselecciónValencia2012) Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z Estructura Electrónica (aprox.) n O F Ne 8 9 10 [He]2s [He]2s [He]2s 2p 2p 2p 3 4 1s 1s >2 >>2 6 7 8 1 1 2 2 2 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 344 Delasespeciesdadas,laquepresentamenorenergíadeionizacióneslaquetengamenor valor de Z y mayor valor de n. El O (Z = 6) es un elemento del segundo periodo del sistemaperiódico(n=2)porloquetienelamenorenergíadeionizacióndetodosellos. Lesiguenlosotroselementosdelsegundoperiodo(n=2),F(Zef=7)yNe(Zef=8). Acontinuación,elionLi (n=1),yunZ muyelevadoportratarsedeunion. Finalmente,elionBe (n=1),yunZ bastantemayorqueeldelLi ,eslaespecieque poseeelvalormásaltodelaenergíadeionizacióndetodaslasespeciesdadas. Portanto,lasespeciesordenadasdemenoramayorenergíadeionización(kJ·mol )son: (7297)< O(1314)<F(1681)<Ne(2081)< (14846) 4.34. Dados los elementos A (Z = 6), B (Z = 9) y C (Z = 19) y sin necesidad de tener que identificarlos,sepide: a)Elnúmerodeelectronesdevalenciadecadauno. b)Indicarcuálessonmetalesycuálesnometales. c)LafórmuladeloscompuestosqueBpuedeformarcontodoslosdemás,indicandocuáles oniónicosycuálescovalentes. d)Elelementoquepresentarámayorafinidadelectrónica. e)Elelementomenoselectronegativo. (Canarias2011) Z=6 a) El elemento A cuyo número atómico es 6 tiene la configuración electrónica abreviada [He]2s 2p .Tienecuatroelectronesdevalencia. b)Formaenlacescovalentescompartiendocuatroelectronesconotrosátomos,setratade unnometal. Z=9 a) El elemento B cuyo número atómico es 9 tiene la configuración electrónica abreviada [He]2s 2p .Tienesieteelectronesdevalencia. b)Tiendeacaptar(formandounenlaceiónico)oacompartirunelectrónconotroátomo (formandounenlacecovalente),setratadeunnometal. Z=19 a)ElelementoCcuyonúmeroatómicoes19tienelaconfiguraciónelectrónicaabreviada [Ar]4s .Tieneunelectróndevalencia. b) Tiende a ceder un electrón a otro átomo formando un enlace iónico, se trata de un metal. ,yaqueAcomparte c)LafórmulamásprobableparalacombinacióndeBconAes cuatro electrones mientras que B solo uno para conseguir ambos una estructura electrónica muy estable de gas inerte. Al tratarse de elementos que no tienden a ceder electroneselenlaceespredominantementecovalente. LafórmulamásprobableparalacombinacióndeBconCesCB,yaqueCcedeunelectrón mientrasqueBlocaptaparaconseguirambosunaestructuraelectrónicamuyestablede gasinerte.Altratarsedeelementosunodeloscualestiendeacederelectronesyelotroa captarloselenlaceespredominantementeiónico. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 345 d)Delostreselementos propuestos elquepresentamayor afinidadelectrónicaesdel número atómico Z = 9 ya que tiene siete electrones de valencia y tiene una elevada tendenciaacompletarsucapadevalenciacaptandoocompartiendounúnicoelectrón. e) De los tres elementos propuestos el que presenta menor electronegatividad es del número atómico Z = 19 ya que tiene un único electrón de valencia y tiene una elevada tendenciaacederloparadejarsucapaanteriorcompleta. 4.35. Ordena, justificando la respuesta, las siguientes especies químicas de menor a mayor energíaparaarrancarunelectrón:S,Si,Rb, ,Ar,P. (PreselecciónValencia2011) Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z Estructura Electrónica (aprox.) n Si P S Ar 11 14 15 16 18 [Ne] [Ne] [Ne] [Ne] [He] 2s 2p 3s 3p 3s 3p 3s 3p 3s 3p >8 4 5 6 8 2 3 3 3 3 Rb 37 [Ar] 5s 1 5 Delasespeciesdadas,laquepresentamenorenergíadeionizacióneslaquetengamenor valor de Z y mayor valor de n, el Rb (Z = 1) elemento del quinto periodo del sistema periódico(n=5)porloquetienelamenorenergíadeionizacióndetodosellos. Lesiguenloselementosdeltercerperiodo(n=3),Si,(Z =4),P(Z =5),S(Z =6)yAr (Z =8). Finalmente,elionNa (n=2),yunZ muyelevadoportratarsedeunion,eslaespecie queposeeelvalormásaltodelaenergíadeionizacióndetodaslasespeciesdadas. EnelcasodelaparejaP−S,laenergíadeionizacióndelSdeberíasermayorqueladelP. Sin embargo, consultando la bibliografía, los valores de I (kJ·mol ) son, IP (1012) > IS (1000).Estaanomalíasedebeaqueelfósforo,deacuerdoconlaregladeHund,tienelos tres electrones p desapareados en orbitales diferentes, mientras que el azufre tiene dos electrones apareados en un mismo orbital p lo que provoca que exista repulsión electrostáticaentreellosyfacilite,portanto,laeliminacióndeesteúltimoelectrón. Portanto,lasespeciesordenadasdemenoramayorenergíadeionización(kJ·mol )son: Rb(403)<Si(787)<S(1000)<P(1012)<Ar(1521)< (4562) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 346 4.36.DadosloselementosNa(Z=11),magnesio(Z=12),K(Z=19)yCa(Z=20),indicar, razonando la respuesta, cuál de ellos es el que necesitará más energía para que se ionice perdiendounelectrón. (Canarias2012) ElelementoNa(Z=11)tienelaconfiguraciónelectrónicaabreviada[Ne] . ElelementoMg(Z=12)tienelaconfiguraciónelectrónicaabreviada[Ne] . ElelementoK(Z=19)tienelaconfiguraciónelectrónicaabreviada[Ar] ElelementoCa(Z=20)tienelaconfiguraciónelectrónicaabreviada[Ar] . . Laenergíaopotencialdeionizacióndeunaespeciequímicapuedecalcularsemediantela expresión: I=1312 1312esunaconstanteenkJ·mol Z Z eslacarganuclearefectiva n neselnúmerocuánticoprincipalqueindicaelperiodo Lacarganuclearefectiva(Z )secalcula,deformaaproximada,mediantelaexpresión: Z =Z#e internos=#e externos LacarganuclearefectivaenunperiodocrecealaumentarelnúmeroatómicoZ,mientras queenungruposemantieneconstante. Paraloselementosdadossepuedeplantearlasiguientetabla: Elemento Z EstructuraElectrónica (aprox.) n Na Mg K Ca 11 12 19 20 [Ne]3s [Ne]3s [Ar]4s [Ar]4s 1 2 1 2 3 3 4 4 Delasespeciesdadas,laquepresentamayorenergíadeionizacióneslaaquellaquetenga mayorvalordeZ ymenorvalorden. Los dos elementos alcalinotérreos, Mg y Ca, son los que tienen mayor valor de la carga nuclearefectiva(Z =2),peroMg,elementodel3 periodo,elquepresentamenorvalor den(n=3).Portanto,Mgeselelementodadoquetienemayorenergíadeionización,es decir,elquenecesitamásenergíaparaqueseioniceperdiendounelectrón. Losvaloresdelaenergíadeionización(kJ·mol )encontradosenlabibliografíason: K(419)<Na(496)<Ca(590)<Mg(738) 4.37. Ordena las siguientes especies en orden creciente de su radio atómico, justificando la respuesta: ,Sr,Ne,O,CsyS. (PreselecciónValencia2012) Elradiodeunátomoaumentaenun: grupoalaumentarelvalordelnúmerocuánticoprincipaln periodoaldisminuirelvalordelnúmeroatómicoyconellosucarganuclear efectiva. Las especies de menor tamaño serán las correspondientes a los elementos del segundo periodo: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 347 Be pertenece al grupo 2 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [He] 2s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes4.Sipierdelosdoselectronesdelorbital2ssetransformaenelion que debidoalagrancarganuclearefectivaqueposeereduceconsiderablementesutamañoy porelloeslaespeciedemenortamaño. Ne pertenece al grupo 18 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes10. O pertenece al grupo 16 y periodo 2 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[He]2s 2p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes8. Lessigue,laespeciepertenecientealtercerperiodo(n=3): S pertenece al grupo 16 y periodo 3 del sistema periódico por lo que su configuración electrónicaabreviadaes[Ne]3s 3p .Sumandosuselectronesseobtienequesunúmero atómicoes16. Acontinuación,laespeciepertenecientealquintoperiodo(n=5): Sr pertenece al grupo 2 y periodo 5 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Kr] 5s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes38. Finalmente,laespeciepertenecientealsextoperiodo(n=6): Cs pertenece al grupo 1 y periodo 6 del sistema periódico por lo que su configuración electrónica abreviada es [Xe] 6s . Sumando sus electrones se obtiene que su número atómicoes55. Consultandolabibliografía,losradios(pm)son: (27)<Ne(71)<O(73)<S(104)<Sr(215)<Cs(265) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 348 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 349 5.CUESTIONESdeENLACEyGEOMETRÍAMOLECULAR 5.1.Lageometríadeunamoléculaquenotieneenlacesmúltiples,ytieneunátomocentral concincoparesdeelectronesenlazanteses: a)Tetraédrica b)Cuadradaplana c)Bipirámidetrigonal d)Octaédrica e)Trigonalplana (O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.Extremadura2005) De acuerdo con el modelo RPECV se trata de una sustancia cuya distribucióndeligandosyparesdeelectronessolitariosalrededordel átomo central se ajusta a la fórmula AX 5 a la que corresponde un númeroestérico(m+n)=5porloquesudisposiciónygeometríaesde BIPIRÁMIDETRIGONAL. Larespuestacorrectaeslac. 5.2.¿Quégeometríassonposiblesparacompuestoscuyosenlaces(delátomocentral)pueden describirseutilizandoorbitaleshíbridos ? a)Tetraédrica,angularybipirámidetrigonal. b)Tetraédrica,linealyangular. c)Tetraédrica,trigonalplanaylineal. d)Tetraédrica,piramidaltrigonalyangular. e)Tetraédrica,piramidaltrigonalylineal. (O.Q.N.Navacerrada1996)(O.Q.L.CastillayLeón2013) Una molécula en la que el átomo central presente hibridación sp tiene cuatro orbitales híbridos de este tipo, por lo que de acuerdo con el modelo RPECV le corresponde un númeroestérico4.Estenúmeroestáasociadoaespeciesdeltipo: AX tetraédrica AX E piramidal AX E angular Larespuestacorrectaeslad. 5.3.¿Cuáldelassiguientesmoléculasesapolar? a)Amoníaco b)Ácidosulfhídrico c)Dióxidodecarbono d)Diclorometano (O.Q.L.Murcia1996) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 350 a) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el NH3 es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX 3 E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es PIRAMIDAL ya que solo hay tres ligandos unidosalátomocentral. Comoelnitrógeno(=3,04)esmáselectronegativoqueel hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolarno esnula(μ=1,47D)ylamoléculaesPOLAR. b) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el H2 S es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX 2 E2 a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometríaesANGULARyaquesolohaydosligandosunidos alátomocentral. Como el azufre ( = 2,58) es más electronegativo que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolarno esnula(μ=0,978D)ylamoléculaesPOLAR. c) Verdadero. De acuerdo con el modelo RPECV el CO2 es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX 2 a la que corresponde un número estérico (m+n)=2porloquesudisposiciónygeometríaesLINEAL. Como el oxígeno ( = 3,44) es más electronegativo que el carbono ( = 2,55) los enlaces son polares y con esa geometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolares nulaylamoléculaesNOPOLAR. d)Falso.DeacuerdoconelmodeloRPECVelCH2 Cl2 es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX 4 a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometríaesdeTETRAEDROIRREGULAR. Como el cloro ( = 3,16) y el carbono ( = 2,55) son más electronegativosqueelhidrógeno(=2,20)losenlacesson polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar no es nula (μ = 1,60 D) y la molécula es POLAR. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 351 5.4.Lamoléculadeaguaes: a)Linealypolar b)Angularypolar c)Angularyapolar d)Piramidalypolar (O.Q.L.Murcia1996) LaestructuradeLewisdelaguaes: De acuerdo con el modelo RPECV el H2 O es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX 2 E2 a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es ANGULAR ya que solo hay dos ligandos unidos al átomo central. Comoeloxígeno(=3,44)esmáselectronegativoqueelhidrógeno(=2,20)losenlaces sonpolaresyconesageometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolarnoesnula (μ=1,85D)ylamoléculaesPOLAR. Larespuestacorrectaeslab. 5.5.Lamoléculadeamoníacoposeeunageometría: a)Tetraédrica b)Pirámidetriangular c)Triangularplana d)Lineal e)Bipirámidetriangular f)Pirámidecuadrada g)Planacuadrada (O.Q.L.Murcia1996)(O.Q.L.Almería2005) LaestructuradeLewisdelamoníaco es: DeacuerdoconelmodeloRPECVelNH3 esunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX 3 E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometríaesdePIRÁMIDETRIANGULARyaquesolohay tresligandosunidosalátomocentral. Larespuestacorrectaeslab. (Estacuestiónhasidopropuestadosvecescontodasesasrespuestasposibles). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 5.6.¿Cuántosenlacesσyenlacesπhay,respectivamente,enlamoléculade a)5y1 b)4y2 c)5y2 d)4y1 e)6y0 352 = ? (O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.Extremadura2003) La molécula de F2 C=CF2 presenta cuatro enlaces sencillos C‒F que son enlaces σ y un enlace doble C=Cformadoporunenlaceσyotroπ.Entotal,son5 enlacesσyunenlaceπ. Larespuestacorrectaeslaa. 5.7.Laformageométricadelamoléculadeformaldehído( a)Lineal b)Triangularplana c)Angular d)Piramidaltriangular e)Tetraédrica )es: (O.Q.N.CiudadReal1997)(O.Q.L.PreselecciónValencia2013)(O.Q.L.LaRioja2013)(O.Q.N.Alicante2013) LaestructuradeLewisdelformaldehído es: De acuerdo con el modelo RPECV H2 CO es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX 3 alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=3por loquesudisposiciónygeometríaesTRIANGULARPLANA. Larespuestacorrectaeslab. 5.8. La geometría de una molécula que no tiene enlaces múltiples, y que tiene un átomo centralcondosparesdeelectronesenlazantesyunparsolitario,es: a)Angular b)Piramidaltriangular c)Lineal d)Tetraédrica e)Triangularplana (O.Q.N.CiudadReal1997) De acuerdo con el modelo RPECV es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX2 Eala quecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=3porloque su disposición triangular y su geometría es ANGULAR ya quesolohaydosligandosunidosalátomocentral. UnasustanciadeestetipoeselSO2 . Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 353 5.9.¿Cuáldelassiguientesmoléculassepodríaexplicarmedianteunahibridaciónsp? a)HCN b) = c)HCHO d) (O.Q.L.Murcia1997) En una molécula con hibridación sp el átomo central está rodeado por dos pares electronesalojadosendosorbitaleshíbridosseparados180°porloquelageometríadela moléculaesLINEAL. LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: a)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVelHCNesunasustanciacuyadistribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmulaAX2 alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=2porloquesudisposición ygeometríaesLINEAL. b)Falso.DeacuerdoconelmodeloRPECVelC2 H4 esunasustanciacuyadistribuciónde ligandosyparesdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX 3 a la que corresponde un número estérico (m+n) = 3 por lo que su disposición es triangularysugeometríaesPLANA. c)Falso.DeacuerdoconelmodeloRPECVelHCHOesunasustanciacuyadistribuciónde ligandosyparesdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX 3 a la que corresponde un número estérico (m+n) = 3 por lo que su disposición y geometríaesTRIANGULARPLANA. d) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el CH4 es una sustancia cuya distribución de ligandosyparesdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX 4 a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición y geometríaesTETRAÉDRICA. Larespuestacorrectaeslaa. 5.10.Sedicequelamoléculade esresonanteporque: a)Susenlacesnosoniónicosnicovalentes. b)Puedeasignárselevariasestructuras. c)Susángulosdeenlaceseabrenycierranenmovimientodevibración. d)Losdoselementosquelaformanestánenlamismacolumnadelsistemaperiódico. (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.CastillayLeón2000) LaestructuradeLewisdelamoléculadeSO es: Experimentalmente, la longitud de los enlaces S‒O no se corresponde ni con la de un enlacesencilloniconladeunenlacedoble,sinoqueestácomprendidaentreambos.Por estemotivoparapoderdescribirlamoléculaesprecisoescribirdosestructurasdeLewis enlasquesecambialaposicióndelenlacedoble. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 354 (Enlacuestiónpropuestaen1997secambiaSO porSO ). 5.11.Enlamoléculade : a)ElenlaceentreelátomodeCyeldeClescovalentenopolar. b)ElenlaceentreelátomodeCyeldeClesdoble. c)Lageometríaesplana. d)Elmomentodipolaresnulo. (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.CastillayLeón2008) LaestructuradeLewisdelasustanciapropuestaes: DeacuerdoconelmodeloRPECVelCCl esunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición y geometría es TETRAÉDRICA. Como el cloro ( = 3,16) es más electronegativo que el carbono ( = 2,55) los enlaces son polares y con esa geometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolar esnulaylamoléculaesNOPOLAR. Larespuestacorrectaeslad. (EnCastillayLeón2008dicequeelenlaceescovalentepolar). 5.12.Indicaparaloscompuestossiguientessialgunonoposeealgúnátomoconhibridación a) b) c) d) e)HCHO : (O.Q.L.CastillayLeón1997)(O.Q.L.CastillayLeón2008) Unamoléculaquepresentehibridaciónsp tienecuatroorbitaleshíbridosdeestetipo,por loquedeacuerdoconelmodeloRPECVlecorrespondeunnúmeroestérico4.Estenúmero estáasociadoaespeciesdeltipo: AX tetraédrica AX E piramidal AX E angular Lasrespuestascorrectassonbye. (EnCastillayLeón2008seeliminaelHCHOysecambiaCCl porCF ). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 355 5.13.Cuálesdelassiguientesmoléculasadoptarángeometríalineal: a) b) c) d) e) (O.Q.L.CastillayLeón1997) LasestructurasdeLewisdelassustanciaspropuestasson: DeacuerdoconelmodeloRPECVelCCl esunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición y geometría es TETRAÉDRICA. DeacuerdoconelmodeloRPECVelH Oesunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es ANGULAR ya que solo hay dos ligandos unidosalátomocentral. De acuerdo con el modelo RPECV el BeCl y el C H son sustancias cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta alafórmulaAX alaquecorrespondeunnúmeroestérico (m+n) = 2 por lo que su disposición y geometría es LINEAL. DeacuerdoconelmodeloRPECVelNH esunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es PIRAMIDAL ya que solo hay tres ligandos unidosalátomocentral. Lasrespuestascorrectassoncyd. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 356 5.14.Paralassiguientesmoléculas: , y : a) En las tres moléculas, el átomo central tiene cuatro pares de electrones en orbitales enlazantes. b)ElánguloH−Si−HesmenorqueelánguloH−P−H. c)Enlostrescasoselátomocentralpresentahibridación . d)Laúnicamoléculanopolares . e)Laúnicalineales . (O.Q.N.Burgos1998) a)Falso.LasestructurasdeLewisdelastressustanciaspropuestasson: Como se observa, solo la molécula de SiH tiene cuatro pares de electrones en orbitales enlazantes. b) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV se trata de sustancias cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajustan a la fórmulasAX EparaelPH ,AX E paraelH SyAX paraelSiH alasquecorrespondeun número estérico (m+n) = 4 por lo que todas presentan una disposición tetraédrica de ligandosyparesdeelectronesalrededordelátomocentral.Sinembargo,comolamolécula dePH tieneunaparsolitariosobreelfósforosugeometríaesPIRAMIDALconángulosde enlacemenoresde109,5°,mientrasquelamoléculadeSiH quenotieneparessolitarios esTETRAÉDRICAcontodoslosángulosdeenlacede109,5°. AX tetraédrica(α=109,5°) AX Epiramidal(α=93,3°) c)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVsetratadesustanciascuyadistribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajustan a la fórmulasAX EparaelPH ,AX E paraelH SyAX4paraelSiH alasquecorrespondeun númeroestérico(m+n)=4porloqueelátomocentraldetodasellastienehibridaciónsp . d) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV elPH esunasustanciacuyadistribuciónde ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposiciónestetraédricaysugeometríaes PIRAMIDAL ya que solo hay tres ligandos unidosalátomocentral. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 357 Como el fósforo ( = 2,19) es ligeramente menos electronegativo que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momentodipolarnoesnula(μ=0,574D)ylamoléculaesPOLAR. e) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el H S es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico(m+n)=4porloquesudisposiciónestetraédrica ysugeometríaesANGULAR. Larespuestacorrectaeslac. 5.15.Señalelaproposicióncorrecta: a)Lamoléculadeaguaeslineal. b)Elvolumenmolardelhieloesmenorqueeldelagualíquida. c)Enaguasolosedisuelvencompuestosiónicos. d)LamoléculadeaguapuedeactuarcomoácidoycomobasedeBrönsted‐Lowry. e)Enlamoléculadeagua,eloxígenopresentahibridación . (O.Q.N.Burgos1998) a)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadeH O es: De acuerdo con el modelo RPECV es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX E ala quecorrespondeunnúmero estérico(m+n) = 4porlo que sudisposiciónestetraédricaysugeometríaesANGULARya quesolohaydosligandosunidosalátomocentral. b)Falso.Elvolumenmolardelhieloesmayorqueeldelagualíquida,yaqueladensidad del hielo (ρ = 0,9 g·cm ) es menor que la del agua a la misma temperatura (ρ = 1,0 g·cm ).Asípues,losvolúmenesmolaresrespectivosson: Vhielo = 18g 0,9g·cm =20cm Vagua = 18g 1,0g·cm =18cm c)Falso.Elaguadebidoasuelevadomomentodipolar(μ=1,85D)disuelvemuybienalos compuestos iónicos (tipo NaCl), pero también disuelve a los compuestos con enlace covalentepolar(tipoHCl). d)Verdadero.Elaguaesunanfóteroypuedeactuarcomo: ácidodeBrönsted(cedeunH ) basedeBrönsted (captaunH ) NH +H ONH +OH HCl+H OCl +H O e) Falso. Como se ha visto en el apartado a, el H O tiene una distribución tetraédrica de ligandosyparesdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralquecorrespondeaun númeroestérico(m+n)=4porloqueelátomocentraltienehibridaciónsp . Larespuestacorrectaeslad. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 5.16.Laformageométricadelamolécula a)Planatriangular b)Bipirámidetriangular c)Pirámidecuadrada d)Pirámidetriangular e)Planacuadrada 358 es: (O.Q.N.Burgos1998)(O.Q.L.Murcia2000)(O.Q.L.Extremadura2003)(O.Q.L.Almería2005) (O.Q.L.PreselecciónValencia2013) LaestructuradeLewisdelPCl es: De acuerdo con el modelo RPECV es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX Ea la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es de PIRÁMIDE TRIANGULAR ya que solo hay tres ligandos unidosalátomocentral. Larespuestacorrectaeslad. (En la cuestión propuesta en Murcia 2000 se dice en el enunciado que el fósforo está rodeadodecuatroparesdeelectrones). 5.17. ¿Cuál de las siguientes moléculas no es una excepción a la regla del octeto según la notacióndeLewis? a) b) c) d) (O.Q.L.Murcia1998) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: Laúnicasustanciaquecumplelaregladeloctetoes . Larespuestacorrectaeslaa. 5.18.¿Cuáldelassiguientesmoléculaspresentamomentodipolarnulo? a) b) c) d) (O.Q.L.Murcia1998) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 359 a) Verdadero. De acuerdo con el modelo RPECV el CCl es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo centralseajustaalafórmulaAX alaquecorresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposiciónygeometríaesTETRAÉDRICA. Comoelcloro(=3,16)esmáselectronegativoqueel carbono ( = 2,55) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolaresnulaylamoléculaesNOPOLAR. b) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el H S es unasustanciacuyadistribucióndeligandosyparesde electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un númeroestérico(m+n)=4porloquesudisposiciónes tetraédrica y su geometría es ANGULAR ya que solo haydosligandosunidosalátomocentral. Comoeloxígeno(=3,44)esmáselectronegativoque el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar no es nula (μ = 0,978 D) y la molécula es POLAR. c) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el SO es unasustanciacuyadistribucióndeligandosyparesde electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un númeroestérico(m+n)=3porloquesudisposiciónes triangularysugeometríaesANGULARyaquesolohay dosligandosunidosalátomocentral. Comoeloxígeno(=3,44)esmáselectronegativoque el azufre ( = 2,58) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolarnoesnula(μ=1,63D)ylamoléculaesPOLAR. d) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el H O es unasustanciacuyadistribucióndeligandosyparesde electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un númeroestérico(m+n)=4porloquesudisposiciónes tetraédrica y su geometría es ANGULAR ya que solo haydosligandosunidosalátomocentral. Comoeloxígeno(=3,44)esmáselectronegativoque el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolarnoesnula(μ=1,85D)ylamoléculaesPOLAR. Larespuestacorrectaeslaa. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 360 5.19.¿Cuáldelassiguientesmoléculastieneunageometríaplana? a)Trifluorurodenitrógeno( ) b)Triclorurodefósforo( ) c)Trifluorurodeboro( ) d)Trifluorurodeyodo( ) (O.Q.L.Murcia1998)(O.Q.L.Baleares2007) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: a‐b)Falso.DeacuerdoconelmodeloRPECVNF yPCl sonsustanciascuyadistribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es PIRAMIDAL ya que solo hay tres ligandos unidosalátomocentral. c)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVelBF es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta alafórmulaAX alaquecorrespondeunnúmeroestérico (m+n) = 3 por lo que su disposición y geometría es TRIANGULARPLANA. d)Verdadero.Deacuerdoconel modeloRPECVel IF es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 5 por lo que su disposición es de bipirámide trigonal y su geometría es “FORMA de T” que tienetodoslosátomosenelmismoplano. Lasrespuestascorrectassoncyd. 5.20. Las moléculas de un compuesto ( ) tienen momento dipolar nulo. ¿Cuál debe ser la geometríaenlaqueestándispuestossusátomosconstituyentes? a)Lineal b)Trigonalplana c)Tetraédrica d)Piramidal (O.Q.L.Murcia1998) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 361 De acuerdo con el modelo RPECV es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 3 por lo que sudisposiciónygeometríaesTRIANGULAR. UnasustanciadeestetipoeselBH . Larespuestacorrectaeslab. 5.21.¿Cuáldelassiguientesmoléculastendrámayormomentodipolar? a) b) c)HCl d)BrCl (O.Q.L.Murcia1998) Tres de sustancias están formadas por dos átomos (moléculas diatómicas) y la restante es porcinco(moléculapoliatómica). Falso.LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: a)Falso.LamoléculadeF esNOPOLARyaqueestáformadapordosátomosiguales. b) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el SiH es una sustanciacuyadistribucióndeligandosyparesdeelectrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=4por loquesudisposiciónygeometríaesTETRAÉDRICA. Como el silicio ( = 1,90) es menos electronegativo que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar es nulaylamoléculaesNOPOLAR. c‐d)Las moléculas restantes son polares. Presentará mayor momento dipolar aquella en queseamayorladiferenciadeelectronegatividad. DeacuerdoconlaescaladeelectronegatividadesdePauling: χH=2,20;χCl=3,16;χBr=2,96 Lasdiferenciasdeelectronegatividadexistentesencadacompuestoson: Δχ(H−Cl)=3,16−2,20=0,96 Δχ(Br−Cl)=3,16−2,96=0,20 Portanto,lademayormomentodipolaresH−Cl. Larespuestacorrectaeslac. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 362 5.22.Unadelassiguientesespeciesnocumplelaregladelocteto: a) b) c) d) (O.Q.L.CastillayLeón1998) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: Laúnicasustanciaquenocumplelaregladeloctetoes . Larespuestacorrectaeslad. 5.23.Delassiguientesespecies,¿cuálserápolar? a) b) c) d) (O.Q.L.CastillayLeón1998)(O.Q.L.CastillayLeón1999) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: a) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el CH es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición y geometría es TETRAÉDRICA. Como el carbono ( = 2,55) es más electronegativo que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolares nulaylamoléculaesNOPOLAR. b) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el BF es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 3 por lo que su disposición y geometría es TRIANGULAR. Comoelflúor(=3,98)esmáselectronegativoqueelboro ( = 2,04) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar es nula y la moléculaesNOPOLAR. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 363 c) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el BeH es una sustanciacuyadistribucióndeligandosyparesdeelectrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=2por loquesudisposiciónygeometríaesLINEAL. Como el hidrógeno ( = 2,20) es más electronegativo que el berilio(=1,57)losenlacessonpolaresyconesageometría la resultante de los vectores momento dipolar es nula y la moléculaesNOPOLAR. d)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVelH Sesuna sustanciacuyadistribucióndeligandosyparesdeelectrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es ANGULAR ya que solo hay dos ligandos unidos al átomo central. Como el azufre ( = 2,58) es más electronegativo que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar no esnula(μ=0,978D)ylamoléculaesPOLAR. Larespuestacorrectaeslad. 5.24.Indiquecuáldelassiguientesproposicionesescierta: a)Laenergíadeunenlacesencilloeslamitaddeunenlacedobleentrelosmismosátomos. b)LamoléculaX–Y–Zesnopolar. c)Laespecie tieneconfiguracióndegasinerte. d)Lahibridacióndelcarbonoenelcompuesto es . (O.Q.L.CastillayLeón1998) a)Falso.Unamoléculaquepresenteunenlacedobleentredosátomosidénticostienedos enlacesdiferentes,unenlaceσyunenlaceπ.Comolasenergíasdeambosenlacestambién sondiferentes,laenergíaasociadaaunenlacesencillonuncaserálamitaddelaenergía asociadaaunenlacedoble. b)Falso.UnaespeciedeltipoX‒Y‒ZpodríaserelHCN,ysuestructuradeLewises: DeacuerdoconelmodeloRPECV,HCNesunasustanciacuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 2 por lo que sudisposiciónysugeometríaesLINEAL. Como el nitrógeno ( = 3,04) es más electronegativo que carbono (( = 2,55) y que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectoresmomentodipolarnoesnula(μ=2,98D)ylamoléculaesPOLAR. c)Falso.LaconfiguraciónelectrónicaabreviadadelAr,gasinerte,es[Ne]3s 3p .Siaun átomo de argón se le quita un electrón se transforma en el ion Ar por lo que pierde la configuraciónelectrónicadegasinerte. d)Verdadero.LaestructuradeLewisdelCH Cles: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 364 DeacuerdoconelmodeloRPECVeltratadeunasustanciacuyadistribucióndeligandosy paresdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX ala que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que el átomo central tiene hibridación . Larespuestacorrectaeslad. 5.25.Solounadelassiguientesproposicionesesfalsa: a)Unamoléculaconhibridaciónspeslineal. b)Unamoléculaconhibridación esplanaytriangular. c)Sienel seutilizanorbitalespurosdeltipopdelN,elánguloesperadoseráde90°. d)Lahibridación perteneceaunamoléculaconformadebipirámidetriangularysin paresdeelectronesdesapareados. e)Lamoléculade esplanacuadrangular. (O.Q.L:CastillayLeón1998)(O.Q.N.ValenciadeD.Juan2004) a)Verdadero.Enunamoléculaconhibridaciónspelátomocentralestárodeadopordos pares electrones por lo que tiene dos orbitales híbridos separados 180° por lo que la geometríadelamoléculaesLINEAL. b)Verdadero.Enunamoléculaconhibridaciónsp elátomocentralestárodeadoportres pares electrones por lo que tiene tres orbitales híbridos separados 120°. Si los tres orbitalesestánocupadosporparesdeelectrones enlazanteslageometríadelamolécula es TRIANGULAR PLANA. Si solo dos orbitales híbridos están ocupados por pares de electrones enlazantes y el tercero por un par de electrones solitario, la geometría de la moléculaesANGULAR. c) Verdadero. La estructura electrónica del nitrógeno es [He] 2s 2p por lo que tiene 5 electrones de valencia alojados en orbitales atómicos 2s y 2p. Si se considera que los responsablesdelenlacesonloselectronesalojadosenelorbital2plosángulosdeenlace deberíanserde90°yaqueestosorbitalessonperpendicularesentresí. d) Verdadero. En una molécula con hibridación sp d el átomo central está rodeado por cinco pares electrones por lo que tiene cinco orbitales híbridos. De acuerdo con el modelo RPECV estas sustancias cuya distribución de ligandos alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX les corresponde un número estérico (m+n) = 5 por lo que su disposición y geometría es de BIPIRÁMIDETRIGONAL.Lostresorbitalesqueseencuentranenel mismoplanoestánseparados120°.Losdosorbitalesrestantesse encuentranenunplanoperpendicularalosanteriores. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 365 e)Falso.LaestructuradeLewisdelCH es: De acuerdo con el modelo RPECV el CH es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que tiene disposición y geometría TETRAÉDRICA. Larespuestacorrectaeslae. (EnCastillayLeón1998seomitelapropuestad). 5.26.Paralassiguientesmoléculas: , , : a)Laúnicalineales . b)Laúnicamoléculanopolares . c)Enlostrescasoselátomocentralpresentahibridación b)ElánguloH−C−HesmenorqueelánguloH−N−H. e)Lastresmoléculastienenmomentodipolar. . (O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.Baleares2010)(O.Q.L.LaRioja2010)(O.Q.L.Murcia2011) (O.Q.L.LaRioja2011) a)Falso.LasestructurasdeLewisdelastressustanciaspropuestasson: DeacuerdoconelmodeloRPECVelH Sesunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmulaAX E alaquecorrespondeunnúmeroestérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es ANGULAR ya que solo hay dos ligandos unidosalátomocentral. b)Falso.DeacuerdoconelmodeloRPECVelNH esuna sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajustaalafórmulaAX Ealaquecorrespondeunnúmero estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédricaysugeometríaesPIRAMIDALyaquesolohay tresligandosunidosalátomocentral. Comoelnitrógeno(=3,04)esmáselectronegativoque elhidrógeno(=2,20)losenlacessonpolaresyconesa geometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolar noesnula(μ=1,47D)ylamoléculaesPOLAR. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 366 c)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVsetratadesustanciascuyadistribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajustan a la ,AX E parael yAX parael alasquecorresponde fórmulasAX Eparael unnúmeroestérico(m+n)=4porloqueelátomocentraldetodasellastienehibridación . d) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el CH es una sustancia cuya distribución de ligandosyparesdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición y geometríaesTETRAÉDRICA.Elángulodeenlacees109,5°. Según se ha visto en el apartado b) el NH también tiene número estérico 4 pero la geometríaesdepirámidetrigonalyelángulodeenlaceesligeramentemenordebidoala repulsiónqueejerceelparsolitariosituadosobreelátomodenitrógeno. AX Epiramidal(α=107°) AX tetraédrica(α=109,5°) e) Falso. Según se ha visto en el apartado anterior la moléculadeCH presentageometríaTETRAÉDRICA. Comoelcarbono(=2,55)esmáselectronegativoqueel hidrógeno(=2,20),losenlacessonpolaresperoconesa geometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolar esnulaylamoléculaesNOPOLAR. Larespuestacorrectaeslac. (EstacuestiónessimilaralapropuestaenBurgos1998). 5.27.¿Cuántosenlacesσyπ,respectivamente,hayenlamolécula a)2y2 b)2y0 c)2y1 d)3y0 e)3y1 ? (O.Q.N.Almería1999) DelaestructuradeLewisdelamoléculadeSCl seobservaque: presentadosenlacessencillosCl‒Squesonenlacesσ alnoexistirningúnenlacemúltiplenotieneenlacesπ. Larespuestacorrectaeslab. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 367 5.28. ¿Qué geometrías son posibles para las moléculas o iones cuyos enlaces se pueden describirmedianteorbitaleshíbridos ? a)Tetraédricayangular b)Piramidaltrigonalyangular c)Trigonalplanayangular d)Trigonalplanayoctaédrica e)Trigonalplanaypiramidaltrigonal (O.Q.N.Almería1999)(O.Q.L.Asturias2002)(O.Q.L.LaRioja2008)(O.Q.L.LaRioja2009)(O.Q.L.LaRioja2012) Unamoléculaquepresentehibridaciónsp tienetresorbitaleshíbridosdeestetipo,porlo quedeacuerdoconelmodeloRPECVlecorrespondeunnúmeroestérico3.Estenúmero estáasociadoaespeciesdeltipo: trigonalplana(α=120°) angular(α <120°) Larespuestacorrectaeslac. 5.29.Delassiguientesespeciesquímicashayunaquenoesposible: a)Diclorurodeberilio b)Triclorurodefósforo c)Tetraclorurodecarbono d)Pentaclorurodenitrógeno e) f) g) h) (O.Q.L.CastillayLeón1999)(O.Q.L.CastillayLeón2000)(O.Q.L.CastillayLeón2001)(O.Q.L.Valencia2002) (O.Q.L.CastillayLeón2003)(O.Q.L.Canarias2009)(O.Q.L.CastillayLeón2010) LasestructurasdeLewisdetodassustanciasexceptoelNCl son: La molécula de no puede existir, ya que el nitrógeno, un elemento del segundo periodoydelgrupo15delsistemaperiódico,presentaconfiguraciónelectrónicaexterna 2s 2p ,peronosepuedehibridar,oenotraspalabras,“expandir”sucapadevalenciay ampliarsuocteto,alojandomásdeochoelectronesenlamismayaquenotieneorbitalesd disponiblesensucapadevalencia. Larespuestacorrectaeslad. (Estacuestiónhasidopropuestasietevecescontodasesasrespuestasposibles). CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 368 5.30.¿Cuáldelassiguientesmoléculaspresentamomentodipolarnulo? a)HCN b)HCHO c) d) (O.Q.L.Murcia1999) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: a) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el HCN es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n)=2porloquesudisposiciónygeometríaesLINEAL. Como el nitrógeno ( = 3,04) y el carbono ( = 2,55) son más electronegativos que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectoresmomentodipolarnoesnula(μ=2,985D)ylamoléculaesPOLAR. b)Falso.DeacuerdoconelmodeloRPECVelHCHOesuna sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 3 por lo que su disposición y geometría es TRIANGULAR. Como oxígeno ( = 3,44) y el carbono ( = 2,55) son más electronegativos que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectoresmomentodipolarnoesnula(μ=2,335D)ylamoléculaesPOLAR. c) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el PCl es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es PIRAMIDAL ya que solo hay tres ligandos unidosalátomocentral. Comoelcloro(=3,16)esmáselectronegativoqueelfósforo(=2,19)losenlacesson polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar no es nula (μ=0,53D)ylamoléculaesPOLAR. d)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVelCCl esunasustanciacuyadistribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmulaAX alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=4porloquesudisposición ygeometríaesTETRAÉDRICA. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 369 Como el cloro ( = 3,16) es más electronegativo que el carbono ( = 2,55) los enlaces son polares y con esa geometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolares nulaylamoléculaesNOPOLAR. Larespuestacorrectaeslad. 5.31.¿Concuántosenlacesσyπsedescribelamoléculadenitrógeno? a)Dosσyunπ b)Unσydosπ c)Unσytresπ d)Unσyunπ (O.Q.L.Murcia1999)(O.Q.L.CastillayLeón1999) DelaestructuradeLewisdelamoléculadeN sededuceque: presentaunenlacetripleformadopor 1enlaceσ 2enlacesπ Larespuestacorrectaeslaa. 5.32.Unadelassiguientesespeciesnocumplelaregladelocteto: a) b) c) d) e) (O.Q.L.CastillayLeón1999)(O.Q.L.Extremadura2003)(O.Q.L.Extremadura2013) LasestructurasdeLewisdelassustanciaspropuestasson: Laúnicasustanciaquenocumplelaregladeloctetoes . Larespuestacorrectaeslac. (CuestiónsimilaraCastillayLeón1998.EnCastillayLeón1999seomiteCBr ). 5.33.Solounadelassiguientesafirmacionesesfalsa: a)El tieneformadetetraedroregular. b)El eslineal. c)El esplano. d)El nopresentaformadebipirámidetrigonal. (O.Q.L.LaRioja2008) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 370 b) Verdadero. De acuerdo con el modelo RPECV el CH es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición y geometría es TETRAÉDRICA. b) Verdadero. De acuerdo con el modelo RPECV el BeH es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n)=2porloquesudisposiciónygeometríaesLINEAL. c)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVelBF es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 3 por lo que su disposición y geometría es TRIANGULARPLANA. d) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el PCl es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaa la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 5 por lo que su disposición y geometría es de BIPIRÁMIDETRIGONAL. Larespuestacorrectaeslad. 5.34.Conrespectoalateoríadeenlace,indiquecuáldelassiguientesafirmacionesescierta: a)Lamoléculade espolardebidoaquepresentaestructurasresonantes. b)Lageometríadelamoléculade esbipiramidalregular. c)El muestracarácterácidoportenerelnitrógenodelamoléculaunpardeelectrones sincompartir. d)Elmomentodipolardel esceroporserunamoléculasimétrica. e) La polaridad del es debida a la diferencia de electronegatividad del carbono y del cloro. (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.LaRioja2014) a)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadeCO es: Estaestructuranopuedepresentarresonancia. DeacuerdoconelmodeloRPECVelCO esunasustanciacuyadistribucióndeligandosy paresdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX ala quecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=2porloquesudisposiciónygeometríaes LINEAL. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 371 Comoeloxígeno(= 3,44)esmáselectronegativoque elcarbono( =2,55)losenlaces sonpolaresyconesageometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolaresnulayla moléculaesNOPOLAR. b)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadePCl es: DeacuerdoconelmodeloRPECVelPCl esunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es PIRAMIDAL ya que solo hay tres ligandos unidosalátomocentral. c)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadeNH es: De acuerdo con la teoría ácido‐base de Lewis, el átomo de nitrógeno tiene un par de electronessolitarioquepuedecederparacompartirporloquesecomportacomoBASE. d)Verdadero.LaestructuradeLewis delamoléculade BeF es: De acuerdo con el modelo RPECV el BeF es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajustaalafórmulaAX alaquecorrespondeunnúmero estérico(m+n)=2porloquesudisposiciónygeometría esLINEAL. Como el flúor ( = 3,98) es más electronegativo que el berilio ( = 1,57) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar es nula y la moléculaesNOPOLAR. e)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadeCCl es: DeacuerdoconelmodeloRPECVelCCl esunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajusta a la fórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición y geometría es TETRAÉDRICA. Comoelcloro(=3,16)esmáselectronegativoqueelcarbono(=2,55)losenlacesson polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar es nula y la moléculaesNOPOLAR. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 372 Larespuestacorrectaeslad. (EnLaRioja2014secambiaNH porPH ). 5.35.Indiqueencuáldelassiguientesmoléculasexisteunnúmeroimpardeelectrones: a)NO b) c) d) e) (O.Q.N.Murcia2000) a)LasestructuraselectrónicasdeloselementosqueformanelNOson: N[He]2s 2p 5e –devalencia O[He]2s 2p 6e devalencia # devalencia=5+6=11 b)Lasestructuraselectrónicasdeloselementosqueformanel son: H1s 1e devalencia C[He]2s 2p 4e devalencia #e devalencia=(4x1)+(2x4)=12 c)Lasestructuraselectrónicasdeloselementosqueformanel son: C[He]2s 2p 4e devalencia O[He]2s 2p 6e devalencia #e devalencia=4+(2x6)=16 d)Laestructuraelectrónicadelelementoqueformael es: N[He]2s 2p 5e devalencia #e devalencia=(2x5)=10 e)Lasestructuraselectrónicasdeloselementosqueformanel son: S[Ne]3s 3p 6e devalencia O[He]2s 2p 6e devalencia #e devalencia=6+(2x6)=18 Larespuestacorrectaeslaa. 5.36.¿Encuáldelossiguientescompuestoshayorbitaleshíbridos a) – – b) –C≡CH c) –CHOH– d) – e) =CH–C≡CH ? (O.Q.N.Murcia2000)(O.Q.L.Madrid2011)(O.Q.L.Galicia2013) Unamoléculaquepresentehibridaciónsp tienetresorbitaleshíbridosdeestetipo,porlo que de acuerdo con el modelo RPECV le corresponde un número estérico 3 y una disposiciónTRIGONALdeligandosyparessolitariosalrededordelátomocentral. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 373 a) Falso. En la molécula de propano, – – , todos los carbonos tienen cuatro enlacessimples,característicadeloscarbonosconhibridaciónsp . –C≡CH, el primer carbono tiene cuatro enlaces b) Falso. En la molécula de propino, simples,característicadeloscarbonosconhibridaciónsp ,mientrasquelosdosrestantes tienenunenlacesimpleyotrotriple,característicadeloscarbonosconhibridaciónsp. c)Falso.Enlamoléculade2‐propanol, –CHOH– ,todosloscarbonostienencuatro enlacessimples,característicadeloscarbonosconhibridaciónsp . d) Falso. En la molécula de metilamina, – , el átomo de carbono tiene cuatro enlacessimples,característicadeloscarbonosconhibridaciónsp yelátomodenitrógeno también la tiene solo que uno de los cuatro orbitales híbridos está ocupado por un par solitario. =CH–C≡CH, los dos primeros e) Verdadero. En la molécula de 1‐buten‐3‐ino, carbonostienendosenlacessimplesyunenlacedoble,característicadeloscarbonoscon , mientras que los dos restantes tienen un enlace simple y otro triple, hibridación característicadeloscarbonosconhibridaciónsp. Larespuestacorrectaeslae. (EnGaliciasecambiaa,seomitebyseañadeuncarbonoend). 5.37.¿Cuáldelassiguientesafirmacionesesverdadera? a)Lahibridacióndeloscarbonosenelacetileno(etino)es . b)Lahibridacióndelátomocentraldelamoléculadeaguaessp. c)Lahibridacióndelátomodeboroenlamoléculadetrifluorurodeboroes . d)Eletilenoesunamoléculaplanaycadaátomodecarbonopresentahibridación e)Lahibridacióndelátomodenitrógenoenlamoléculadeamoniacoes . . (O.Q.L.CastillayLeón2000)(O.Q.L.CastillayLeón2009) a)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadeC H es: Unamoléculaquepresentehibridaciónsp tienetresorbitaleshíbridosdeestetipo,porlo quedeacuerdoconelmodeloRPECVlecorrespondeunnúmeroestérico3,mientrasque lamoléculadeC H tienenúmeroestérico2. b)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadeH Oes: Unamoléculaquepresentehibridaciónsp tienetresorbitaleshíbridosdeestetipo,porlo quedeacuerdoconelmodeloRPECVlecorrespondeunnúmeroestérico3,mientrasque lamoléculadeH Otienenúmeroestérico4. c)Verdadero.LaestructuradeLewisdelamoléculadeBF es: Unamoléculaquepresentehibridaciónsp tienetresorbitaleshíbridosdeestetipo,porlo quedeacuerdoconelmodeloRPECVlecorrespondeunnúmeroestérico3. d)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadeC H es: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 374 Unamoléculaquepresentehibridaciónsp tienecuatroorbitaleshíbridosdeestetipo,por lo que de acuerdo con el modelo RPECV le corresponde un número estérico 4, mientras quelamoléculadeC H tienenúmeroestérico3aunquesíesunamoléculaplana. e)Falso.LaestructuradeLewisdelamoléculadeNH es: Unamoléculaquepresentehibridaciónsp tienecuatroorbitaleshíbridosdeestetipo,por loquedeacuerdoconelmodeloRPECVlecorrespondeunnúmeroestérico4. Larespuestacorrectaeslac. (En2009secambiaBF porNH yseproponehibridaciónsp paraeteno). 5.38.Unadelassiguientesmoléculasnocumplelaregladelocteto: a) b) c) d)KBr (O.Q.L.CastillayLeón2000) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: Laúnicasustanciaquenocumplelaregladeloctetoes ,aunqueelKBresunasustancia conenlaceiónicoyloqueserepresentamediantelanotacióndeLewissonlasestructurasde losionesqueformandichasustancia. Larespuestacorrectaeslac. 5.39.Lahibridacióndelfósforoenel a) b) c) d) e)sp es: (O.Q.N.Barcelona2001) LaestructuradeLewisdelamoléculadePCl es: DeacuerdoconelmodeloRPECVelPCl esunasustanciacuyadistribucióndeligandosy paresdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX ala quecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=5porloquesudisposiciónygeometríaes CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 375 deBIPIRÁMIDETRIGONAL.Unasustanciaquepresentaestadisposiciónelátomocentral, tiene5orbitaleshíbridos . Larespuestacorrectaeslaa. 5.40.LamoléculadeNO: a)Tieneunenlaceiónico. b)Cumplelaregladelocteto. c)Esparamagnéticayaquetieneunnúmeroimpardeelectrones. d)Esungasmuyreactivo. e)Esuncomponentedelacontaminaciónatmosférica. (O.Q.N.Barcelona2001) a)Falso.Unenlacepuedeconsiderarseiónicosiladiferenciadeelectronegatividadentre los elementos que forman el enlace es Δ > 2. El oxígeno ( = 3,44) es algo más electronegativoqueelnitrógeno(=3,04)porloqueenestecasoΔ=0,40.Atendiendoa estevalor,esteexamenseclasificacomocovalentepolar. b)Falso.LaestructuradeLewisdeestasustanciaes: Comoseobserva,elátomodedenitrógenonocumplelaregladelocteto. c) Verdadero. Una especie es paramagnética si presenta electrones desapareados. Estas sustanciasinteraccionanconuncampomagnético. d) Falso. La reactividad de una sustancia es algo relativo, depende de cuáles sean las sustanciasquereaccionan. e)Verdadero.LacombustióndelN atmosféricoaelevadastemperaturasenlosmotores delosautomóvilesproduceNOyNO deacuerdoconlassiguientesreacciones: N (g)+O (g)2NO(g) 2NO(g)+O (g)2NO (g) El NO es capaz de reaccionar directamente con el agua formando ácidos según las reacciones: 2NO (g)+H O(g)HNO (aq)+HNO (aq) 3NO (g)+H O(g)2HNO (aq)+NO(g) ElNOformadoenestaúltimareacciónfavorecequesesigaformandoácidonítrico,HNO . Lasrespuestascorrectassonlacylae. 5.41.Señalelaproposicióncorrecta.Paralasmoléculas y : a)Tienenelmismoángulodeenlace. b) Al tener el átomo central el mismo número de pares de electrones de valencia, la geometríaeslamismaenlosdoscasos. c)Lamoléculade eslinealylamoléculade esangular. d)LosátomosdeBeySutilizandosorbitaleshíbridosdetiposp. e)ElátomodeStienedosparesdeelectronesnoenlazantes,porloquetienehibridación . f)Ambosátomoscentralestienenlamismahibridación. g)Lasdosmoléculassonapolares. (O.Q.N.Barcelona2001)(O.Q.L.Madrid2010)(O.Q.L.Murcia2012)(O.Q.L.Cantabria2014) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 376 a‐g)Falso.LasestructurasdeLewisdelasdossustanciaspropuestasson: esunasustanciacuyadistribucióndeligandosy DeacuerdoconelmodeloRPECVel paresdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX ala quecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=2porloquesudisposiciónygeometríaes es una sustancia cuya LINEAL con un ángulo de enlace de 180°, mientras que el distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajustaalafórmulaAX E alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=4porloque sudisposiciónestetraédricaysugeometríaesANGULARconunángulodeenlacemenor de 109,5° debido a la repulsión ejercida por los dos pares de electrones solitarios. En ambas moléculas existen dipolos ya que los elementos enlazados tienen diferente , debido a la geometría lineal, los dos vectores electronegatividad. En el caso del ocurre lo momento dipolar se anula y la molécula es apolar. En la molécula de contrario, los vectores no se anulan debido a la geometría angular y por ese motivo la moléculaespolar. b) Falso. Como se observa en las estructuras de Lewis, el átomo central de ambas sustanciastienedistintonúmerodeelectronesdevalencia. c)Verdadero.Comosehademostradoenelapartadoa)lamoléculade esangular. lade eslinealy d) Falso. En la molécula de BeCl el átomo central está rodeado de dos pares electrones por lo que tiene dos orbitales híbridos sp, mientras que en la molécula de H S el átomo centralestárodeadodecuatropareselectrones,dossolitariosydosenlazantesporloque tienecuatroorbitaleshíbridossp . e)Verdadero.Comose hademostradoenelapartadoanteriorenlamoléculade H Sel átomodeazufretienehibridaciónsp . f)Falso.Segúnhacomentadoenlosapartadosdye. Lasrespuestascorrectassonlacylae. (Algunasdelaspropuestascambiandeunaspruebasaotras). 5.42.Lageometríadelátomodecarbonoenlamoléculadeetenoes: a)Cúbica b)Lineal c)Trigonal d)Tetraédrica (O.Q.L.Murcia2001) LaestructuradeLewisdeletenoes: CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 377 Unátomodecarbonoconundobleenlacepresentahibridaciónsp ytienetresorbitales híbridosdeestetipo.DeacuerdoconelmodeloRPECVlecorrespondeunnúmeroestérico 3porloqueladisposicióndeligandosalrededordelátomocentralesTRIGONAL. Larespuestacorrectaeslac. 5.43.¿Cuáldelassiguientesmoléculastendrámomentodipolarcerosegúnsugeometría? a) b) c) d) (O.Q.L.Murcia2001) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: a) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el H S es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico(m+n)=4porloquesudisposiciónestetraédrica ysugeometríaesANGULARyaquesolohaydosligandos unidosalátomocentral. Comoelazufre(=2,58)esmáselectronegativoqueelhidrógeno(=2,20)losenlaces sonpolaresyconesageometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolarnoesnula (μ=0,978D)ylamoléculaesPOLAR. b) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el PF es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico(m+n)=4porloquesudisposiciónestetraédrica y su geometría es PIRAMIDAL ya que solo hay tres ligandosunidosalátomocentral. Como el flúor ( = 3,98) es más electronegativo que el fósforo ( = 2,19) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar noesnula(μ=1,03D)ylamoléculaesPOLAR. c)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVelBeF es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta alafórmulaAX alaquecorrespondeunnúmeroestérico (m+n) = 2 por lo que su disposición y geometría es LINEAL. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 378 Como el flúor ( = 3,98) es más electronegativo que el berilio ( = 1,57) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar es nula y la moléculaesNOPOLAR. d) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV el NH es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico(m+n)=4porloquesudisposiciónestetraédrica y su geometría es PIRAMIDAL ya que solo hay tres ligandosunidosalátomocentral. Comoelnitrógeno(=3,04)esmáselectronegativoqueel hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar noesnula(μ=1,47D)ylamoléculaesPOLAR. Larespuestacorrectaeslac. 5.44.¿Cuáleslahibridacióndelátomocentralenelcompuesto a) b) c) d)sp ? (O.Q.L.CastillayLeón2001) LaestructuradeLewisdelAlCl es: De acuerdo con el modelo RPECV el AlCl es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=3por lo que su disposición y geometría es TRIANGULAR PLANA. Un átomo que se rodea de tres orbitales híbridos presenta . hibridación Larespuestacorrectaeslaa. 5.45.Sehacenlasproposicionessiguientes: 1)Lavalenciaelectrónicadeunelementoquímicoeselnúmerodeelectrones desapareadosqueposee. 2)Sedicequeelenlacecovalentetienecarácterdireccional. 3)Eloxiclorurodecarbono(clorurodecarbonilo)presentaresonancia. 4)Eldióxidodeazufrenopresentaresonancia. Puedeconsiderarsecorrectalarespuesta: a)Ciertas1y3 b)Falsas2,3y4 c)Ciertas2y3 d)Ciertas1y2 (O.Q.L.CastillayLeón2001) 1) Cierto. La valencia electrónica o valencia covalente de un elemento viene dada por el númerodeelectronesdesapareadosquetiene. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 379 2)Cierto.Elenlacecovalentetienecarácterdireccionalyaquelosparesdeelectronesque formanlosenlacesentrelosátomostiendenalamáximaseparaciónparaqueseamínima larepulsiónentreellos. 3)Falso.LaestructuradeLewisdeloxiclorurodecarbonoes: Como se observa, ninguno de los pares de electrones que forman el enlace doble entre carbono y oxígeno pueden cambiar de posición, por tanto, la sustancia no presenta resonancia. 3)Falso.LaestructuradeLewisdeldióxidodeazufrees: Comoseobserva,unodelosparesdeelectronesqueformanelenlacedobleentreazufrey oxígenopuedecambiardeposición,portanto,lasustanciasípresentaresonancia. Larespuestacorrectaeslad. 5.46.Indicacuáldelaspropuestassiguientesdeorbitaleshíbridosesaplicableal a) b) c) d)dsp : (O.Q.L.CastillayLeón2001) LaestructuradeLewisdelPH es: DeacuerdoconelmodeloRPECVelPH esunasustanciacuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX Ealaque corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y geometría es PIRAMIDAL ya que solohaytresligandosunidosalátomocentral.Unátomoquese . rodeadecuatroorbitaleshíbridospresentahibridación Larespuestacorrectaeslab. 5.47.Delamoléculadeclorurodearsénico(III)sepuedeafirmarque: a)Sugeometríaestrigonalplana. b)Sugeometríaespiramidaltrigonal. c)Tienecincoparesdeelectronesalrededordelátomocentral. d)Esunamoléculaangularconhibridación . (O.Q.L.CastillayLeón2001) CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 380 LaestructuradeLewisdelAsCl es: DeacuerdoconelmodeloRPECVelAsCl esunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y geometría es PIRAMIDAL TRIGONAL ya que solo hay tres ligandos unidos al átomo central. Un átomo que se rodea de cuatro . orbitaleshíbridospresentahibridación Larespuestacorrectaeslab. 5.48.ElátomodeNenlasespeciesquímicas , y estárodeadosiempredeocho electrones.Seleccionelarelaciónqueexpresacorrectamenteelordencrecientedelángulode enlaceH−N−H. a) b) c) d) e)ElánguloH−N−Hnovaría (O.Q.N.Oviedo2002)(O.Q.L.Murcia2003)(O.Q.L.Valencia2006) LasestructurasdeLewisdelastresespeciespropuestasson: De acuerdo con el modelo RPECV se trata de sustancias cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitarios alrededor del átomo central se ajustan a la fórmulas AX E para el NH , AX E para el NH y AX para el NH a las que corresponde un número estérico(m+n)=4porloqueelátomocentraldetodasellastienedisposicióntetraédrica. Noobstante,lageometríadetodasellasesdiferente: el NH tiene dos pares de electrones solitarios por lo que la geometría es ANGULARyelángulodeenlaceesbastantemenorde109,5°. elNH tieneunpardeelectronessolitariosporloquelageometríaesPIRAMIDAL TRIGONALyelángulodeenlaceesalgomenorde109,5°. el NH no tiene pares de electrones solitarios por lo que la geometría es TETRAÉDRICAyelángulodeenlacees109,5°. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 381 Larespuestacorrectaeslad. 5.49.¿Cuáldelassiguientesespeciesnotieneestructuratetraédrica? a) b) c) d) e) (O.Q.N.Oviedo2002) LasestructurasdeLewisdelascincoespeciespropuestasson: a‐b‐d‐e) Falso. De acuerdo con el modelo RPECV CH , NH , AlCl y CBr son sustancias cuyadistribucióndeligandosyparesdeelectronessolitariosalrededordelátomocentral seajustaalafórmulaAX alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=4porloque todasellastienendisposiciónygeometríaTETRAÉDRICA. c)Verdadero.DeacuerdoconelmodeloRPECVelSF esuna moléculaqueseajustaalafórmulaAX4Ealaquecorresponde un número estérico (m+n) = 5 con una disposición de bipirámide trigonal y geometría de “BALANCÍN” debido a la presenciadelparsolitariosobreelátomodeazufre. Larespuestacorrectaeslac. 5.50. Al comparar las moléculas de y se observa que en la primera el momento dipolar es nulo, mientras que en la segunda no lo es. ¿Cómo se puede justificar esta diferencia? a)Porquelaselectronegatividadesdelcarbonoyoxígenosonmuysimilares,mientrasquelas delazufreyoxígenosonmuydistintas. b)Porquelamoléculade eslinealylade no. c)Porqueelcarbononopermitequesuselectronesdevalenciasealejendemasiado. d) Porque el carbono pertenece al segundo período del sistema periódico mientras que el azufrepertenecealtercero. (O.Q.L.Murcia2002)(O.Q.L.Murcia2014) LasestructurasdeLewisdeambassustanciasson: DeacuerdoconelmodeloRPECVelCO esunasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX a la que corresponde un número estérico (m+n) = 2 CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 382 porloquesudisposiciónygeometríaesLINEAL. Comoeloxígeno(= 3,44)esmáselectronegativoque elcarbono( =2,55)losenlaces sonpolaresyconesageometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolaresnulayla moléculaesNOPOLAR. DeacuerdoconelmodeloRPECVelSO es unasustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 3 por lo que su disposición es triangular y geometría es ANGULAR ya que solo hay dos ligandos unidos al átomo central. Comoeloxígeno(=3,44)esmáselectronegativoqueelazufre(=2,58)losenlacesson polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar no es nula (μ=1,63D)ylamoléculaesPOLAR. Larespuestacorrectaeslab. 5.51.Paralossiguientescompuestos,señalecuáltienemayorángulodeenlace: a)F‒B‒Fenel (g) b)Cl‒C‒Clenel (g) c)H‒O‒Henel (g) d)Cl‒Be‒Clenel (g) (O.Q.L.CastillayLeón2002)(O.Q.L.CastillayLeón2006)(O.Q.L.CastillayLeón2007) (O.Q.L.CastillayLeón2014) LasestructurasdeLewisdelascuatrosustanciaspropuestasson: De acuerdo con el modelo RPECV el BF es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta alafórmulaAX alaquecorrespondeunnúmeroestérico (m+n) = 3 por lo que su disposición y geometría es TRIGONALPLANAconángulosdeenlacede120°. De acuerdo con el modelo RPECV el H O es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta a la fórmula AX E a la que corresponde un número estérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es ANGULAR con ángulos de enlace inferiores a 109,5°debido a la repulsión que ejercen los dos pares de electrones solitarios situados sobreelátomodeoxígeno. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) De acuerdo con el modelo RPECV el H CCl es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta alafórmulaAX alaquecorrespondeunnúmeroestérico (m+n) = 4 por lo que su disposición es tetraédrica y su geometría es de TETRAEDRO IRREGULAR con ángulos de enlace cercanos a 109,5°debido a que no es una figura regular, algo mayores para Cl−C−Cl debido a que los átomosdeclorosonmásvoluminosos. 383 De acuerdo con el modelo RPECV el BeCl es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electronessolitariosalrededordelátomocentralseajusta alafórmulaAX alaquecorrespondeunnúmeroestérico (m+n)=2porloquesudisposiciónygeometríaesLINEAL conángulosdeenlacede180°. (α=180°). Elmayorángulodeenlacecorrespondeal Larespuestacorrectaeslad 5.52.Lahibridaciónquepresentaelátomodeazufreeneltetrafluorurodeazufrees: a) b) c) d) (O.Q.L.CastillayLeón2002) LaestructuradeLewisdelamoléculadeSF4 es: DeacuerdoconelmodeloRPECVelSF4 esunasustanciacuyadistribucióndeligandosy paresdeelectronessolitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX 4 Eala que corresponde un número estérico (m+n) = 5 por lo que su disposición es de BIPIRÁMIDE TRIGONAL. Una sustancia que presenta esta disposición el átomo central, . tiene5orbitaleshíbridos Larespuestacorrectaeslac. 5.53. Indica cuál de las estructuras de Lewis que se presentan es la más correcta para el : .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. a) : O Cl O : b) : Cl O O : c) O Cl O : d) O Cl O e) .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. Ningunadelasanteriores (O.Q.L.Valencia2002) Lasconfiguracioneselectrónicasabreviadasdeloxígenoycloroson,respectivamente: O[He]2s 2p Cl[Ne]3s 3p . De ambas se deduce que estos elementos tienen, respectivamente, 6 y 7 electrones de valencia,portanto,elnúmerototaldeelectronesdevalenciaes,7+(2x6)=19. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 384 NingunadelasestructuraspropuestasescorrectacomoestructuradeLewisdelClO , yaque: Lasestructurasa)yb)tienen20electrones Laestructurac)18tieneelectrones Laestructurad)tiene16electrones. LaestructuradeLewisdelClO es: Se trata de una especie paramagnética (con electrones desapareados) que, además, presentaresonancia. Larespuestacorrectaeslae. 5.54.Indicacuáldelassiguientesafirmacionesescorrecta: a)Elvolumenatómicodelosionespositivosesmenorqueeldeloscorrespondientesátomos neutros. b)Loscationessonsiempremáspequeñosquelosaniones. c)Lasmoléculasconnúmeroimpardeelectronesobedecenlareglaocteto. d)Todaslasmoléculastriatómicasdeltipo notienenmomentodipolar. (O.Q.L.Baleares2002) a)Verdadero.Unátomoalformarunionpositivopierdeelectrones,conloquedisminuye el efecto pantalla y aumenta la carga nuclear efectiva. Este aumento provoca una mayor atracciónnuclearsobreloselectronesexternosloquellevaaunadisminucióndeltamaño de la especie. Además al disminuir el número de electrones también disminuyen las fuerzasrepulsivasentreellosloquetambiénconduceaunadisminucióndeltamañodela especie. Por tanto, el tamaño de los iones positivos es menor que el de los correspondientesátomosneutros. b)Falso.Soloseríaaplicableacationesyanionesdelmismoátomo.Porejemplo,enelcaso delcarbono,elcatiónC tieneuntamañode15pm,mientrasqueelaniónC tieneun tamañobastantemayorde260pm.Sinembargo,sisecomparanelcatiónCs yelanión F ,lostamañosrespectivosson,169y133pm.Eltamañodependedelnúmerodecapas electrónicasydelacarganucleardelátomoencuestión. c)Falso.Esimposiblequeunamoléculaconnúmeroimpardeelectronespuedacumplirla regladelocteto.Porejemplo,enelcasodelNO ,unaespeciecon11electronesdevalencia laestructuradeLewises: d)Falso.UnamoléculadeltipoA BseríaelN OcuyaestructuradeLewises: De acuerdo con el modelo RPECV el N O es una sustancia cuya distribución de ligandos y pares de electrones solitariosalrededordelátomocentralseajustaalafórmula AX alaquecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=2por loquesudisposiciónygeometríaesLINEAL. CuestionesyProblemasdelasOlimpiadasdeQuímica.Volumen4.(S.Menargues&F.Latre) 385 Comoeloxígeno(=3,44)esmáselectronegativoqueelnitrógeno(=3,04)losenlaces sonpolaresyconesageometríalaresultantedelosvectoresmomentodipolarnoesnula (μ=0,17D)ylamoléculaesPOLAR. Larespuestacorrectaeslaa. 5.55.Señalacuálesdelassiguientesmoléculastienenmomentodipolarnulo: agua,cloro,amoníaco,dióxidodecarbono,metano,sulfurodehidrógeno a)Cloro,dióxidodecarbono,metano. b)Cloro,amoníaco,metano. c)Agua,sulfurodehidrógeno. d)Dióxidodecarbono,sulfurodehidrógeno,amoníaco. (O.Q.L.Baleares2002) LasestructurasdeLewisdelasmoléculaspropuestasson: De acuerdo con el modelo RPECV el H O es una sustancia cuyadistribucióndeligandosyparesdeelectronessolitarios alrededordelátomocentralseajustaalafórmulaAX E ala quecorrespondeunnúmeroestérico(m+n)=4porloquesu disposiciónestetraédricaysugeometríaesANGULARyaque solohaydosligandosunidosalátomocentral. Como el oxígeno ( = 3,44) es más electronegativo que el hidrógeno ( = 2,20) los enlaces son polares y con esa geometría la resultante de los vectores momento dipolar no esnula(μ=1,85D)ylamoléculaesPOLAR. De acuerdo con el modelo RPECV el NH es una sustancia cuyadistribucióndeligandosyparesdeelectronessolitarios alrededor del átomo central se ajusta