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1. Para los siguientes elementos A(Z=20); B(Z=35) y C(Z=36), responde:
a) Escribe sus configuraciones electrónicas.
A(Z=20): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
B(Z=35): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5
C(Z=36): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
b) Indica a qué grupo y periodo pertenecen.
A: grupo 2 (alcalinotérreos) y periodo 4
B: grupo 17 (halógenos) y periodo 4
C: grupo 18 (gases nobles) y periodo 4
c) Ordena los elementos, de manera razonada, por orden creciente de energía de
ionización.
Los tres elementos pertenecen al cuarto periodo: A está a la izquierda, luego B y C
más a la derecha.
Al avanzar en un periodo (de A hacia C) aumenta la carga nuclear efectiva. Ésta mayor
atracción sobre los electrones de la capa de valencia hace que disminuya el radio
atómico y que se necesite suministrar una mayor energía para arrancarlos, es decir, la
energía de ionización será: A<B<C.
d) Justifica cuál tendrá mayor radio: A o su ión más probable.
El elemento A tiene 2 electrones de valencia, de modo que su ión más probable será
aquel formado por la pérdida de esos dos electrones para adquirir configuración
electrónica de gas noble, es decir, el catión A2+.
En cuanto al radio, A2+ tiene dos electrones menos que A, por tanto, el apantallamiento
será menor y la carga nuclear efectiva mayor en el catión que en el elemento neutro. Al
ser mayor la atracción el radio del catión será menor.
En consecuencia, tendrá mayor radio el elemento neutro A.
e) Justifica si B tiene mayor o menor afinidad electrónica que C.
La afinidad electrónica se puede relacionar con la tendencia de un átomo para captar
electrones. Cuanto más exotérmico es el proceso, más facilidad tiene el elemento para
captar un electrón y mayor es la estabilidad del anión formado.
En este caso comparamos un halógeno (B) con un gas noble (C). Este último tiene una
configuración electrónica muy estable, por lo que, captar un electrón va a ser un
proceso poco favorable (endotérmico). En cambio, el elemento B al ganar un electrón
adquiere configuración electrónica de gas noble en un proceso exotérmico y de alto
valor absoluto.
Por ello, B tiene más tendencia a captar electrones que C, es decir, su afinidad
electrónica es muy negativa.
f) Justifica el tipo de enlace que se dará entre los elementos A y B.
Por su posición en la tabla periódica el elemento A es un metal, mientras que B es un
no metal. Estos elementos tienen electronegatividades muy diferentes por lo que el
enlace entre ellos será de manera predominante de carácter iónico.
En la formación del enlace iónico el metal A cede electrones a no metal B, y se produce
una atracción electrostática entre los iones de signo opuesto formados. En este caso, A
pierde dos electrones que cede a dos átomos de B dando lugar a un cristal iónico de
fórmula AB2.
2. Razona la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:
a) Un elemento cuya configuración electrónica es 1s22s22p2 no tiene electrones
desapareados.
Falso. Según la regla de máxima multiplicidad de Hund los electrones que entran en
orbitales degenerados (con igual energía), lo hacen ocupando el mayor número
posibles de ellos, de tal forma que los electrones se coloquen lo más desapareados
posible. En este caso los dos electrones situados en el subnivel 2p ocuparán dos
orbitales, es decir, el elemento con configuración electrónica 1s22s22p2 tiene dos
electrones desapareados.
b) Dos electrones pertenecientes al mismo átomo pueden tener los siguientes
números cuánticos: (4, 2, 2, ½) y (3, 0, 0, -½).
Verdadero. Por un lado los números cuánticos indicados cumplen las reglas que
determinan sus valores posibles: n=1,2,3,..; l=0,…,n-1; m=-l,…, 0,…l; y s=+1/2, -1/2.
Por otro lado, también cumplen el principio de exclusión de Pauli, es decir, para que
puedan pertenecer al mismo átomo los electrones no pueden tener los cuatro números
cuánticos iguales.
c) El magnesio presenta un salto brusco de energía de su 1ª a su 2ª energía de
ionización.
Falso. Aunque las energías de ionización sucesivas siempre van en aumento, al estar
el magnesio en el grupo 2, el salto brusco de energía se produce de la 2ª a la 3ª
energía de ionización. Esto se debe a que cuando el magnesio pierde dos electrones
para formar el ión Mg2+ adquiere la configuración electrónica de gas noble (ns2np6) que
es especialmente estable. Así pues, la pérdida de dicha estabilidad está asociada a un
aumento muy brusco en la energía de ionización.
d) En los orbitales degenerados definidos por n=4 y l=2 caben 6 electrones como
máximo.
Falso. Si el valor del número cuántico secundario es l=2, el número cuántico magnético
puede tomar cinco valores: m= -2, -1, 0, 1 y 2.
Los valores anteriores definen los 5 orbitales degenerados (con la misma energía) que
componen el subnivel 4d (n=4, l=2). Dado que en cada orbital caben dos electrones
con espín opuesto, en los 5 orbitales 4d se podrán alojar como máximo 10 electrones.
e) Los isótopos 35 y 37 del cloro (Z=17) se diferencian en el número de electrones.
Falso. Los isótopos son átomos del mismo elemento, es decir, con el mismo número de
protones, que se diferencian en el número de neutrones. Si dichos isótopos son
elementos neutros tendrán el mismo número de electrones que de protones.
Para los isótopos del enunciado:
Cloro-35: tiene 17 protones, 17 electrones y 18 neutrones.
Cloro-37: tiene 17 protones, 17 electrones y 20 neutrones.
f) Si se irradia una lámina de potasio con radiación de energía 9,94·10 -19 J no se
produce emisión de electrones (DATO: fo(potasio) = 4,5·10 14 Hz; h=6,626·10-34 J·s)
Para que se produzca efecto fotoeléctrico la energía de la radiación incidente debe ser
mayor o igual que la energía mínima para que se produzca la emisión (E  E0).
La energía mínima se calcula mediante la ecuación de Planck:
Falso. La energía de la radiación es mayor que la energía mínima necesaria para que
se produzca la ionización del potasio, por lo que, se producirá emisión de electrones y,
además, dichos electrones tendrán energía cinética.
3. Justifica los siguientes hechos:
a) El cloruro de sodio y el sodio son sólidos, pero sólo el sodio conduce la
corriente eléctrica en estado sólido.
El NaCl es un compuesto iónico y el sodio es un metal, así que, debido a la intensidad
de las fuerzas electrostáticas y de la interacción red catiónica-nube electrónica,
respectivamente, son sólidos a temperatura ambiente.
Por otro lado, la conductividad eléctrica se debe a la movilidad de cargas. En el NaCl
los iones ocupan posiciones fijas en la red por lo que no tiene posibilidad de conducir la
electricidad en estado sólido. Sin embargo, el sodio, al ser un metal, posee electrones
libres que pueden moverse a través de la red.
b) El dióxido de carbono es gas a temperatura ambiente mientras que el C(grafito)
tienen una temperatura de fusión de 3500ºC.
Las temperaturas de fusión y ebullición de las sustancias están determinadas por el
tipo de enlace que se debe romper al producirse el cambio de estado.
El dióxido de carbono es una sustancia covalente molecular y el grafito es una
sustancia covalente atómica. El bajo punto ebullición del dióxido de carbono se debe a
la debilidad de las fuerzas intermoleculares, mientras que el grafito tiene una
temperatura de fusión muy alta como consecuencia de la fortaleza del enlaces
covalente.
c) El KI es más soluble en agua que el KF.
El KI y el KF son compuestos iónicos, por lo que su solubilidad en agua depende de la
estabilidad de la red, y ésta, a su vez, del valor la energía de red.
La energía de red (en valor absoluto) es directamente proporcional al producto de las
cargas de los iones e inversamente proporcional a la distancia que los separa. En este
caso los dos compuestos iónicos poseen las mismas cargas y el mismo catión (K +),
diferenciándose en el tamaño del anión. Los iones yoduro y el fluoruro pertenecen al
mismo grupo, siendo el yoduro de mayor tamaño por tener más niveles de energía
ocupados. Así, la distancia entre los iones será mayor en el KI y, por ser magnitudes
inversamente proporcionales, la energía de red (en valor absoluto) será menor. Una
menor energía de red indica que la red es menos estable y, por tanto, una mayor
solubilidad en agua.
d) Los espectros atómicos son discontinuos.
Borh propuso que el átomo está cuantizado, es decir, solo puede tener ciertas
cantidades de energía permitidas. Esto implica que el electrón solo puede girar en
ciertas órbitas permitidas.
Cuando el electrón salta de una órbita de mayor energía (más lejos del núcleo) a otra
de menor energía (más cercana al núcleo), emite energía mediante un fotón. La
frecuencia de dicho fotón se obtiene por la ecuación de Planck (E=hf). Esto explica que
en los espectros atómicos de emisión aparezcan solo unas pocas frecuencias.
De manera similar, cuando la luz blanca atraviesa una muestra de un elemento
gaseoso los electrones absorben fotones y se elevan a niveles de mayor energía,
dando lugar a un espectro de absorción. Al estar la energía cuantizada, en torno al
átomo, las líneas en ambos espectros son coincidentes.