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 GUIA DE EJERCICIOS Nº5
RESPUESTAS
Propiedades Periódicas
Química
Iº medio
Octubre 2015
Desarrolla en tu cuaderno los siguientes ejercicios de preparación para la prueba.
1.
Defina:
a) Carga nuclear efectiva (Zef): carga o fuerza real con la que el núcleo de un
átomo atrae a los electrones más externos.
b) Efecto pantalla: los electrones más cercanos al núcleo (niveles de energía más
internos) ejercen una disminución de la fuerxa con la que el núcleo atrae a los
electrones más externos.
c) Radio atómico: es la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos
adyacente (uno al lado del otro) del mismo elemento (iguales).
d) Radio iónico: radio de un átomo cuando ha cedido o ganado electrones, es
decir, cuando se ha convertido en un ion (catióno anión respectivamente).
e) Energía de ionización: energía mínima necesaria para estraer o arrancar un
electrón de la capa más externa (electrones de valencia) de un átomo neutro,
en estado gaseoso, para formar así un catión.
f) Afinidad electrónica: energía liberada cuando un átomo neutro, en estado
gaseoso, capta un electrón para formar un anión.
g) Electronegatividad: tendencia de un átomo de atraer los electrones de los
átomos con los que forma (o formará) enlaces.
2.
¿Cómo varía Zef en un grupo y en un periodo? Justifique su respuesta
En un GRUPO el Zef permanece casi constante, inalterable, ya que a la vez que
aumenta el número atómico, y por lo tanto la carga nuclear, aumente también el efecto
pantalla debido al aumento de los niveles de energía.
En un PERÍODO el Zef aumente de izquierda a derecha debido al aumento del
número atómico, y por lo tanto de la carga nuclear, mientras que el efecto pantalla se
mantiene constante, igual para todos los elementos del período debido a que no hay
aumento de los niveles de energía.
3.
¿Cómo afecta el Zef a la variación del radio atómico en la tabla periódica?
El Zef afecta a la variación del radio atómico en un PERÍODO.
A medida que aumenta el número atómico en un período, nos movemos de
izquierda a derecha, el radio atómico disminuye debido al aumento del Zef. Esto es así
pues si aumenta el Zef los electrones más externos se encontraran atraídos con más fuerza
y por lo tanto ocuparan menos espacio con lo cual disminuirá el volumen y por ende el
radio del átomo.
4.
¿Cómo afecta el Zef a la variación de las energías de ionización?
El Zef afecta a la variación de la energía de ionización tanto en un GRUPO como
en un PERÍODO.
En un período, a medida que avanzamos hacia la derecha aumenta la energía de
ionización debido al aumento del Zef, ya que mientras mayor sea Zef mayor será la fuerza
con la que el núcleo atrae a los electrones más externos del átomo y por lo tanto la fuerza
necesaria para arrancan un electrón será también cada vez mayor.
A medida que disminuye el número atómico (z) en un grupo, al subir dentro de un
grupo, la energía de ionización aumenta debido a que Zef se mantiene constante dentro
de un grupo. Esto es así ya que si el Zef es el mismo para todos los elementos de un grupo
aquellos con más niveles de energía tendrán sus electrones menos atraídos y los átomos
con menos niveles de energía tendrán sus electrones más fuertemente atraídos. Si Z en
menor, los electrones serán atraídos con más fuerza (lo cual podemos observar también al
fijarnos en el radio atómico) y por lo tanto la energía necesaria para arrancar un electrón
será también mayor.
5.
Justificar el orden de los siguientes átomos (Ba, Cs, Cl, Ag, I, He) según su radio
atómico, su energía de ionización y su afinidad electrónica.
Radio Atómico: Cs > Ba > Ag > I > Cl > He.
Justificación:
Las flechas negras indican en qué dirección se produce el aumento del radio atómico, considerando que al avanzar en un periodo va disminuyendo debido a la Zef y al avanzar en grupo aumenta porque aumenta el número de niveles de energía. Energía de Ionización: He > Cl > I > Ag > Ba > Cs.
Justificación:
Las EI varían en forma inversa a los radios atómicos. A menor RA mayor será la atracción del el núcleo sobre los electrones externos, por lo tanto, se va a necesitar mayor cantidad de energía para sacar un electrón; mientras mayor sea el RA, menor será la fuerza con que el núcleo atrae al electrón, y por tanto, menor será la energía necesaria para extraer dicho electrón. En un periodo, la EI aumenta de izquierda a derecha. En un grupo, la EI aumenta de abajo hacia arriba. Afinidad Electrónica: Cl > I > Ag > Ba > Cs > He.
Justificación: En general, se puede apreciar que en un periodo, la AE aumenta de
izquierda a derecha al aumentar el Z y en un grupo, la AE disminuye de arriba hacia abajo
al aumentar el Z. Además se debe recordar que los gases nobles presentan EA igual a
cero lo que significa que no tienen afinidad por los electrones (mientras mayor es el valor
de la AE significa que los elementos son más afines con los electrones y por lo tanto
quieren tener más electrones y viceversa).
6.
Para los elementos del ejercicio anterior, explica qué pasa con sus radios al formar sus
respectivos iones.
Cs, Ba y Ag disminuirán su radios al formar sus respectivos iones ya que cederán
electrones y por lo tanto formarán cationes.
I y Cl aumentarán sus radio al formar sus respectivos iones ya que captarán un
electrón para formar aniones.
He no cambiara su radio ya que no formará ningún ión debido a que es un gas
noble.
7.
Ordena los siguientes elementos: Fe, Cs, F, N y Si de menor a mayor según:
a) Radio atómico: F < N < Si < Fe < Cs.
Justificación: Ver la explicación (justificación) de la variación del radio atómico en
la pregunta 5.
b) Electronegatividad: Cs < Fe < Si < N < F.
Justificación: La electronegatividad corresponde a la tendencia de un átomo para
atraer la nube electrónica de otro átomo hacia sí, cuando se están enlazando.
En un período aumenta de izquierda a derecha
debido al aumento de la AE y de EI, y en un grupo
disminuye de arriba hacia abajo debido a la
disminución de la AE y la EI (aumenta de abajo
hacia arriba por las razones inversas).
Además, debes recordar que los gases nobles no
presentan EN (EN = 0) debido a que esta energía
esta a sociada a la formación de enlaces y los
gases nobles no forman enlaces ya que son
totalmente estables.
Las flechas negras señalan el sentido en que
aumenta la EN en la tabla periódica, considerando
las razones de su variación.
En un grupo la tendencia a perder electrones aumenta a medida que bajamos en el grupo, ya que los electrones de valencia están cada vez más lejos del núcleo, por lo que será más fácil que los pierda y más difícil que los gane, por lo tanto la electronegatividad disminuye al bajar en el grupo. En un período la tendencia a perder electrones disminuye a medida que avanzamos en el período, los electrones se encuentran más unidos al núcleo (por el aumento de Zef) al avanzar en el periodo aumentará la tendencia recibir electrones, por lo tanto, aumentará la electronegatividad. c) Energía de ionización: Cs < Fe < Si < N < F.
Justificación: Ver la explicación (justificación) de la variación de la energía de
ionización en la pregunta 5.
8.
Dados los siguientes elementos: N (Z=7), Na (Z=11), Cl (Z=17), Ca (Z=20).
a) Establece la configuración electrónica de los elementos:
7N:
11Na:
17Cl:
20Ca:
29Cu:
1s2 2s2 2p3
1s2 2s2 2p6 3s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9
b) Ordena de menor a mayor potencial (energía) de ionización:
Na = Ca < Cu < N < Cl
Justificación: Ver la explicación (justificación) de la variación de la energía de
ionización en la pregunta 5.
c) Indica el elemento cuya segunda energía de ionización sea mayor.
Cl, ya que la segunda EI siempre es mayor que la primera, por ende, el elemento
uya primera energía sea mayor también tedrá la segunda energía mayor que el
resto.
d) Indica el elemento de mayor afinidad electrónica.
Cl, ya que AE aumenta cuando el radio atómico disminuye y los elementos del
bloque p, la mayoría no metales, tienen mayor tendencia a aceptar electrones
para formar aniones (iones con carga negativa).
Ver la explicación (justificación) de la variación de la AE en la pregunta 5.
9.
De acuerdo a los siguientes números atómicos: Z = 11, Z = 12, Z = 55 y Z =17. ¿Cuál
presenta mayor electroafinidad?
El elemento Z = 17 presenta la mayor afinidad electrónica o electroafinidad.
Lo anterior podríamos deducirlo a partir de las configuraciones electrónicas:
Z = 11: [Ne] 3s1
Z = 12: [Ne]3s2
Z = 55: [Xe] 6s1
Z = 17: [Ne] 3s2 3p5
Observando las configuraciones electrónicas de estos elementos, cabe
preguntarnos cuál de estos elementos está más dispuesto a recibir o aceptar electrones,
el Z = 11 le es más fácil entregar el único electrón que tiene en el orbital s, lo mismo sucede
con Z = 55; por su parte a Z = 12 le es más fácil entregar los dos electrones que tiene en el
orbital s. Sin embargo, Z = 17, tiene su último orbital incompleto con 5 electrones, sólo le
falta 1 para completarlo, por lo que tiene mayor disposición a aceptar 1 electrón
completar su orbital y estabilizarse ya que adquiere la configuración electrónica del gas
noble más cercano, en este caso Argón. Z = 17 corresponde al elemento cloro que
efectivamente tiene una alta electroafinidad.
10. Según la ubicación de los gases nobles en la tabla periódica, señale cómo son las
características de sus propiedades periódicas.
Zef y radio atómico varían de igual manera que todos los elementos de la tabla
periódica.
No presentan radio iónico ya que no forman iones.
Presentan la mayor energía de ionización ya que necesitarían una energía
demasiado alta para poder formar un catión.
No presentan afinidad electrónica, es decir, su afinidad electrónica o
electroafinidad es igual a cero porque no liberarán energía para formar un anión dado
que no forman iones.
No presentan electronegatividad ya que no necesitan formar enlaces pues ya son
estables y por esta misma razón no necesitan ceder ni captar electrones.
11. Ordena los siguientes elementos en orden creciente de electronegatividad: Al, C, F y
Ba.
Ba < Al < C < F
Justificación: Ba es el elemento de mayor tamaño, sus electrones de valencia están más
alejados de las fuerzas de atracción del núcleo, por lo que difícilmente captará
electrones, le sigue el Al ya que tiene menor tamaño y mayor Zef. Entre C y F que están en
un mismo periodo se debe discriminar cuál tiene mayor Zef (o menor tamaño) de manera
que el núcleo tenga mayor capacidad de atracción sobre sus electrones de valencia; en
este caso el de mayor EN es el F porque se encuentra más a la derecha de un mismo
periodo.
12. Completa la siguiente tabla, fundamentando cada variación:
Propiedad Periódica
Variación en un grupo
Carga nuclear efectiva (Zef)
Se mantiene
prácticamente inalterable
Radio atómico (RA)
Aumenta de arriba hacia
abajo (a medida que
aumenta Z)
Radio iónico (RI)
Aumenta de arriba hacia
abajo (a medida que
aumenta Z)
Energía de ionización (EI)
Afinidad electrónica (AE)
Electronegatividad (EN)
Aumenta de abajo hacia
arriba (a medida que
disminuye Z)
Aumenta de abajo hacia
arriba (a medida que
disminuye Z)
Aumenta de abajo hacia
arriba (a medida que
disminuye Z)
Variación en un periodo
Aumenta de izquierda a
derecha (a medida que
aumenta Z)
Aumenta de derecha a
izquierda (a medida que
disminuye Z)
No es posible establecer
una relación inmediata,
dependerá de la especie
(catión o anión) que
forme cada elemento
Aumenta de izquierda a
derecha (a medida que
aumenta Z)
Aumenta de izquierda a
derecha (a medida que
aumenta Z)
Aumenta de izquierda a
derecha (a medida que
aumenta Z)
13. Realiza la configuración electrónica de los siguientes elementos químicos, ubícalos en
la tabla periódica que aparece a continuación, luego responde:
10Ne
12Mg
15P
17Cl
21Sc
9F
3Li
35Br
11Na
20Ca
10
11
12
13
14
15
16
17
18
---VIII B---
IB
IIB
IIIA
IVA
VA
VIA
VIIA
VIIIA
F
Ne
10Ne:
1s2 2s2 2p6
12Mg: 1s2 2s2 2p6 3s2
15P: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
21Sc: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
9F: 1s2 2s2 2p5
3Li: 1s2 2s1
35Br: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
11Na: 1s2 2s2 2p6 3s1
20Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
1
2
3
4
5
6
7
IA
IIA
IIIB
IVB
VB
VIB
VIIB
8
9
1
2
Li
3
Na
4
Ca
Mg
P
Sc
Cl
Br
5
6
7
a) De los elementos químicos señalados ¿Qué elemento del tercer período
presenta mayor afinidad electrónica? ¿Por qué?
Cl, ya que la afinidad electrónica aumenta de izquierda a derecha en un período,
a medida que aumenta el número atómico debido al aumento de la carga
nuclear efectiva.
b) ¿Qué elementos químicos del segundo período presentan mayor energía de
ionización? ¿Por qué?
F, ya que la energía de ionización aumenta de izquierda a derecha en un período,
debido a que los elementos de la derecha de la tabla periódica tienen tendencia
a ganar electrones y por lo tanto costará mucho más arrancarle un electrón.
c) Si un elemento químico presenta una alta
propiedades o predicciones químicas tendrá?
electronegatividad,
¿qué
Si un elemento químico presenta una alta EN significa que lo más probable es que
se trate de un elemento NO METAL. De acuerdo con esto podemos desprender
algunas características y propiedades como:
Un NO METAL tendrá una alta carga nuclear efectiva (Zef) y un radio atómico (RA)
más pequeño en comparación con un metal. Un NO METAL forma aniones por lo
tanto el radio de un ión (anión) será mayor que el de su átomo neutro. Tendrá
también una alta energía de ionización (EI), una alta afinidad electrónica (AE) y
una alta electronegatividad (EN). Por último, en termino de sus características,
tendrá un bajo carácter metálico, lo que significa que presentará pocas o nulas
características de metal.
d) ¿Qué elementos químicos forman cationes y por qué?
Li, Na, Mg, Ca y Sc, porque son elementos metálicos que se caracterizan por
formar cationes. Además se justifica con la propiedad periódica llamada energía
de ionización, ya que es la energía involucrada en la formación de cationes y estos
elementos presentan una baja EI, lo que indica que tienden a formar cationes.
e) ¿Qué propiedades periódicas caracterizan a un halógeno?
Dentro de un período los halógenos son lo que presentan la mayor EN y AE, tienen
una EI muy alta, el RA es casi el más pequeño y presentan un Zef alto.
Dentro de su mismo grupo, de arriba hacia abajo la EI, AE y EN disminuirán, el RA y
RI aumentaran y Zef no presentará variación.