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AUTOEVALUACIONES CAPITULO 1
Sección 1. La unidad de la vida
Capítulo 1.
Átomos y
moléculas
Ejercicio 1
Ejercicio 2
Cuestionario
AUTOEVALUACIÓN - Capítulo
1. Átomos y moléculas
Cuestionario:
1. Describa los tres tipos de partículas que constituyen al átomo.
¿Qué es el número atómico? ¿Qué es el peso atómico?
2. Para cada uno de los isótopos siguientes, determine el número
de protones y neutrones en el núcleo: a) 11C, 12C, 14C; b) 31P 32P
33
P; c) 32S, 35S, 38S.
3. Considere los isótopos del fósforo que se presentan en la
pregunta 2. ¿Esperaría usted que estos tres isótopos muestren
las mismas propiedades químicas en un organismo vivo?
Justifique la respuesta.
4. Aunque ningún modelo del átomo nos da un "cuadro” exacto de
su estructura, los diferentes modelos pueden ayudarnos a
comprender algunas de sus características ¿Qué características
del átomo fueron acentuadas por el modelo planetario? ¿Qué
características importantes de los electrones fueron remarcadas
en el modelo de Bohr? ¿Qué información adicional acerca de
los electrones provee el modelo orbital?
5. Las luces de las calles de muchas ciudades contienen lámparas
llenas de vapor de sodio. Cuando la energía eléctrica pasa a
través de la lámpara, aparece una luz amarilla brillante. ¿Qué
ocurre en los átomos de sodio para que esto se produzca?
6. ¿Cuál es la diferencia entre un nivel de energía y un orbital?
¿Cuántos electrones puede mantener el primer nivel de energía
de un átomo? ¿Y el segundo y tercer nivel?
7. Determine el número de protones, de neutrones, de niveles de
energía y de electrones en el nivel energético más exterior de
cada uno de los siguientes átomos: oxígeno, nitrógeno, carbono,
azufre, fósforo, cloro, potasio y calcio.
8. ¿Cuántos electrones necesita compartir, ganar o perder cada
uno de los átomos de la pregunta 7 para adquirir un nivel
energético exterior completo?
9. El magnesio tiene un número atómico de 12. ¿Cuántos
electrones se encuentran en su primer nivel de energía, en su
segundo nivel de energía, y en el tercero? ¿Cuál sería el
resultado de la interacción entre el magnesio y el cloro? Escriba
la fórmula del cloruro de magnesio.
10. Explique las diferencias entre enlaces iónicos, covalentes y
covalentes polares. ¿Qué tendencia de los átomos favorece su
interacción para formar enlaces?
11. Las moléculas que contienen enlaces covalentes polares tienen
típicamente regiones de carga positiva y negativa y, por lo
tanto, son polares. Sin embargo, algunas moléculas que
contienen enlaces covalentes polares son no polares. Explique
cómo es posible esto.
12. Sabiendo que las reacciones químicas tienen que estar
equilibradas, coloque los números apropiados en los espacios
con guiones (clave: de 1 a 6 en todos los casos)
a) _H2CO3 -> _H2O +_ CO2
Ácido carbónico
b) _H2 + _N2 ->_NH3
Amoníaco
c) _NaOH + _H2CO3 ->_Na2CO3
Hidróxido de sodio
carbonato de sodio
d) _CH3OH + _O2 ->_CO2 + _H2O
Alcohol metílico
e) _O2 + _C6H12O6 -> _H2O + _CO2
Glucosa
Respuestas:
1.Describa los tres tipos de partículas que constituyen al átomo.
¿Qué es el número atómico? ¿Qué es el peso atómico?
Los átomos están compuestos por protones (partículas cargadas
positivamente que se alojan en el núcleo), los neutrones (partículas de
aproximadamente el mismo peso que los protones pero sin carga
eléctrica, también se hallan dentro del núcleo), y los electrones, que
son partículas muy livianas cargadas positivamente, y que se
encuentran afuera del núcleo. El número de protones es igual al
número de electrones.
El número atómico de un átomo es igual al número de protones en el
núcleo. El peso atómico de un átomo es igual a la suma del número de
protones más el número de neutrones en el núcleo.
2.Para cada uno de los isótopos siguientes, determine el número de
protones y neutrones en el núcleo: a) 11C, 12C, 14C; b) 31P 32P 33P; c)
32
S, 35S, 38S.
Isótopo Protones Neutrones
a)
11
C
C
14
C
31
P
32
P
33
P
32
S
35
S
38
S
12
b)
c)
6
6
6
15
15
15
16
16
16
5
6
8
16
17
18
16
19
22
3.Considere los isótopos del fósforo que se presentan en la
pregunta 2. ¿Esperaría usted que estos tres isótopos muestren las
mismas propiedades químicas en un organismo vivo? Justifique la
respuesta.
Podría esperarse que los tres isótopos de fósforo exhiban las mismas
propiedades químicas en un organismo vivo, dado que los tres
contienen el mismo número de electrones (15), y son los electrones los
que determinan las propiedades químicas.
4.Aunque ningún modelo del átomo nos da un "cuadro” exacto de
su estructura, los diferentes modelos pueden ayudarnos a
comprender algunas de sus características ¿Qué características del
átomo fueron acentuadas por el modelo planetario? ¿Qué
características importantes de los electrones fueron remarcadas en
el modelo de Bohr? ¿Qué información adicional acerca de los
electrones provee el modelo orbital?
El modelo planetario acentuaba que los electrones son muy pequeños
en relación al núcleo, se ubican a gran distancia de él, y están en
continuo movimiento. Por lo tanto, este modelo pone énfasis en que el
átomo es, mayormente, espacio vacío.
El modelo de Bohr remarcaba que los electrones poseen diferentes
cantidades de energía potencial y que están a diferentes distancias del
núcleo. Los más cercanos a éste se encuentran en un nivel de energía
menor. Poseen menos energía que los más alejados del núcleo, que
están en un nivel energético mayor.
El modelo orbital provee información adicional acerca de la
distribución de los electrones en movimiento en el espacio alrededor
del núcleo. El orbital de un electrón es el volumen de espacio en el cual
el electrón se encuentra el 90% del tiempo. El modelo orbital
constituye la mejor aproximación a un “retrato” de la forma de un
átomo.
5.Las luces de las calles de muchas ciudades contienen lámparas
llenas de vapor de sodio. Cuando la energía eléctrica pasa a través
de la lámpara, aparece una luz amarilla brillante. ¿Qué ocurre en
los átomos de sodio para que esto se produzca?
Al hacer pasar energía eléctrica a través de vapor de sodio los
electrones son lanzados a niveles de energía superiores. Cuando
vuelven a caer en los niveles energéticos originales, la energía es
liberada en forma de luz amarilla.
6.¿Cuál es la diferencia entre un nivel de energía y un orbital?
¿Cuántos electrones puede mantener el primer nivel de energía de
un átomo? ¿Y el segundo y tercer nivel?
Un nivel de energía describe la cantidad de energía potencial que posee
un electrón. Los electrones en el primer nivel de energía poseen menos
energía que aquellos situados en el segundo nivel; éstos, a su vez,
tienen menos energía que los situados en el tercer nivel energético. Los
orbitales, sin embargo, describen el volumen de espacio en el cual los
electrones de un determinado nivel se encuentran el 90% del tiempo.
Cada orbital puede contener como máximo 2 electrones.
El primer nivel de energía de un átomo puede contener dos electrones
y, por lo tanto, tiene solamente un orbital. El segundo nivel de energía
puede contener 8 electrones, y, en consecuencia, posee 4 orbitales. Para
los átomos de los elementos cuyo número atómico es menor o igual a
20 (calcio), el tercer nivel puede tener también ocho electrones y posee
4 orbitales. En los átomos de aquellos elementos cuyos números
atómicos son superiores a 20, el tercer nivel de energía puede contener
hasta 10 electrones adicionales, o un total de 18 electrones.
7.Determine el número de protones, de neutrones, de niveles de
energía y de electrones en el nivel energético más exterior de cada
uno de los siguientes átomos: oxígeno, nitrógeno, carbono, azufre,
fósforo, cloro, potasio y calcio.
Atomo Protones Neutrones
O
N
C
S
P
Cl
K
Ca
8
7
6
16
15
17
19
20
8
7
6
16
16
18
20
20
Niveles de
Energía
2
2
2
3
3
3
4
4
Electrones en el niveles
externo
6
5
4
6
5
7
1
2
8.¿Cuántos electrones necesita compartir, ganar o perder cada uno
de los átomos de la pregunta 7 para adquirir un nivel energético
exterior completo?
El oxígeno gana o comparte 2 electrones, el nitrógeno comparte 3, el
carbono comparte 4, el azufre gana o comparte 2, el fósforo comparte
3, el cloro gana o comparte 1, el potasio pierde 1, y el calcio pierde 2.
9.El magnesio tiene un número atómico de 12. ¿Cuántos electrones
se encuentran en su primer nivel de energía, en su segundo nivel de
energía, y en el tercero? ¿Cuál sería el resultado de la interacción
entre el magnesio y el cloro? Escriba la fórmula del cloruro de
magnesio.
Dado que el magnesio tiene el número atómico 12, este elemento tiene
12 protones en su núcleo, y 12 electrones afuera del mismo. El primer
nivel de energía contiene 2 electrones, el segundo nivel de energía 8
electrones, y el tercero contiene los restantes 2 electrones.
Un átomo de magnesio, como todos los átomos, es más estable cuando
su nivel energético externo está completamente lleno de electrones. La
manera más fácil por la que el magnesio puede alcanzar este estado
estable es dejando los dos electrones en su tercer nivel de energía. El
magnesio puede perder un electrón por cada uno de 2 átomos de cloro,
formando el ion magnesio Mg2+, y dos átomos de cloruro Cl-. La
fórmula del cloruro de magnesio es MgCl2.
10.Explique las diferencias entre enlaces iónicos, covalentes y
covalentes polares. ¿Qué tendencia de los átomos favorece su
interacción para formar enlaces?
La tendencia de los átomos a completar el nivel de energía externo los
lleva a interactuar con otros átomos formando enlaces. Los átomos
pueden perder, ganar o compartir electrones de manera de completar el
nivel energético externo.
Un enlace iónico es una ligadura química formada por la mutua
atracción de iones con carga opuesta. Los iones positivos se forman
cuando átomos con uno o dos electrones en su nivel de energía externo
pierden esos electrones hacia otro(s) átomo(s). Los iones negativos se
forman cuando los átomos que necesitan uno o más electrones para
completar su nivel de energía externo ganan el o los electrones
necesarios.
Un enlace covalente es una ligadura química por la cual dos átomos
comparten uno o más pares de electrones. Un enlace polar covalente es
un enlace covalente en el cual los electrones compartidos son atraídos
más fuertemente por el núcleo de uno de los dos átomos. Los
electrones pasan más tiempo alrededor del núcleo más poderosamente
atractivo, creando en la molécula zonas con carga positiva y negativa.
11.Las moléculas que contienen enlaces covalentes polares tienen
típicamente regiones de carga positiva y negativa y, por lo tanto,
son polares. Sin embargo, algunas moléculas que contienen enlaces
covalentes polares son no polares. Explique cómo es posible esto.
Si la simetría de la molécula es tal que lo electrones son atraídos en
direcciones opuestas por la polaridad de las ligaduras, los efectos
polares se cancelan y la molécula es no polar. Por ejemplo, en la
molécula de dióxido de carbono (O=C=O) los 3 átomos se ubican en
una línea recta. A pesar de que cada átomo de oxígeno atrae a los
electrones más fuertemente que el átomo de carbono, la atracción de
cada uno de los 2 átomos de oxígeno trabaja en contra de la atracción
del otro, produciendo una distribución pareja de las cargas y, por lo
tanto, una molécula no polar. Una situación similar ocurre en la
molécula simétrica de metano.
12.Sabiendo que las reacciones químicas tienen que estar
equilibradas, coloque los números apropiados en los espacios con
guiones (clave: de 1 a 6 en todos los casos)
a) _H2CO3 -> _H2O + _ CO2
Ácido carbónico
Respuesta: 1 H2CO3 -> 1 H2O + 1 CO2
b) _H2 + _N2 -> _NH3
Amoníaco
Respuesta: 3 H2 + 1 N2 -> 2 NH3
c) _NaOH + _H2CO3 -> _Na2CO3
Hidróxido de sodio
carbonato de sodio
Respuesta: 2 NaOH + 1 H2CO3 -> 1 Na2CO3 + 2 H2O
d) _CH3OH + _O2 ->_CO2 + _H2O
Alcohol metílico
Respuesta: 2 CH3OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 4 H2O
e) _O2 + _C6H12O6 -> _H2O + _CO2
Glucosa
Respuesta: 6 O2 + 1 C6H12O6 -> 6 H2O + 6 CO2