Estructura electrónica de los átomos. Sistema Periódico

Tema 2.- ESTRUCTURA ELECTRÓNICA. SISTEMA PERIÓDICO (I)
1.
Considere los posibles tránsitos para el electrón en el átomo de hidrógeno:
1s → 2s
2s → 3p
2s → 4p
3d → 4s
a) ¿Para cuál de ellos es necesario aportar energía?
b) ¿Para cuál de ellos es necesario aportar la menor cantidad de energía?
c) ¿Para cuál de ellos es necesario aportar la mayor cantidad de energía?
2.
Indique:
a) Cual es la configuración electrónica para el estado fundamental del elemento químico boro.
b) ¿Qué números cuánticos asignaría a los electrones de la última capa del citado elemento?
c) Proponga una configuración para un estado excitado del citado elemento.
3.
¿Cuál o cuáles de las siguientes configuraciones electrónicas corresponden a un estado fundamental o a un
estado excitado para un átomo:
b) 1s2 2s1 2p1 ; c) [Ne] 3s2 3p8 4s1 ;
d) [Ar] 4s2 3d3 ?
a) 1s2 2s2 ;
¿Alguna de las configuraciones anteriores contradice el principio de exclusión de Pauli?
4.
El elemento químico nitrógeno, de número atómico 7, dispone de tres electrones situados en sus orbitales 2p. De
las tres posibilidades que a continuación se indican: a) 2 p x2 p 1y ; b) 2 p x3 ; c) 2 p 1x p 1y p z1
Indique razonadamente cual considera la correcta y que principios incumplen las que considere incorrectas.
5.
Las tres configuraciones electrónicas siguientes están relacionadas con el elemento X de número atómico Z=8
c) (1s2 2s2 2p6 ).
Justifique qué estado representa cada una.
a) (1s2 2s2 2 p4 ) b) (1s2 2s2 2p3 3s1 )
6.
Conteste razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) ¿Qué valores del número cuántico  son posibles para un valor de n=3?
b) ¿Cuáles son lo valores de n,  y m para un orbital 4 s?
c) ¿Cómo se denominan los orbitales para los que  =2? ¿Qué número de ellos son posibles para este valor de
número cuántico ?
7.
¿Cuál de las siguientes series de números cuánticos están permitidas para un electrón en un átomo?
a) n = 3 l = 1 m = -1
b) n = 2 l = 2 m = 0
c) n = 3 l = 1 m = 2
d) n = 4 l = 2
Para aquellas que considere permitidas, ¿en qué tipo de orbital estaría situado el electrón?
m=1
8.
Dos electrones se encuentran situados en el mismo orbital atómico.
a) ¿Cuál o cuales de los números cuánticos de esos dos electrones presentan el mismo valor?
b) ¿Cuál o cuales números cuánticos presentan diferente valor?
c) ¿Podría un tercer electrón situarse en ese orbital atómico?
9.
Dadas las configuraciones electrónicas de los átomos neutros
A (1s22s2p63s1) y B (1s22s2p66p1) indica, razonándolo, si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Se necesita energía para pasar de A a B.
b) A y B representan elementos distintos.
c) Se requiere una menor energía para arrancar un electrón de B que de A.
10. Explique el significado de cada uno de los tres nº cuánticos que caracterizan un orbital y diga cuales de los
siguientes grupos (n, l, m) no son posibles, indicando las causas de la imposibilidad :
a) (3, 2, 2) ; b) (3, 0, -1) ; c) (4, 2, 1) ; d) (1, 1, 0) ; e) (2, -1, 0).
11. ¿Cuáles de las siguientes configuraciones electrónicas son de átomos en estado fundamental, cuales son de
átomos excitados y cuales no son posibles y por qué?
b) 1s2 2s2 p3
c) 3s2 p3 4s1
d) 3s2p6 4s3 3d2
e) 3s2 p6 4f4
f) 1s2 2s2 p4 3s1
a) 1s1 2s1
12. Sea un átomo de un elemento cuya configuración electrónica es [Ar] 3d6 4s2, indique:
a) El nº atómico
b) Los tipos de iones que puede formar
c) Los números cuánticos del electrón más externo.
SOLUCIONES (I)
1) a) Para los tres primeros
2) a) 1s22s22p1
b) 1s → 2s
c) 2s → 4p
b) (2, 0, 0, ½) (2, 0, 0, -½ ) (2, 1, -1, ½ )
3) Fundamental: a) y d)
Excitado: b)
c) 1s22s23s1
La c)
4) Correcta la “c”; La “a” incumple el principio de Hund; La “b” incumple el principio de Pauli
5) a) Estado fundamental
6) a) l = 0, 1 y 2
b) Estado excitado
b) n=4 l=0 m=0
7) a) Si, 3p
b) No
c) No
8) a) n, l y m
b) s
c) No
9) a) V
b) F
c) V
c) Ion X2-
c) Tipo “d”. 5 orbitales
d) Si, 4d
10) b) porque m debe ser 0 y no -1; d) porque l solo puede valer 0; e) porque l no puede ser negativo
11) Fundamental: b)
12) a) 26
Excitados: a), c), e) y f)
b) X2+ y X3+
c) (4, 0, 0, - ½ )
Prohibido: d)
Tema 2.- ESTRUCTURA ELECTRÓNICA. SISTEMA PERIÓDICO (II)
1. Elige razonadamente el elemento con mayor energía de ionización de los pares: Mg y Cl; Mg y Ca.
2. La primera y la segunda energías de ionización del átomo de litio (Z = 3) son, respectivamente: 520 KJ/mol y
7300 kJ/mol. Razona la gran diferencia que se observa entre ambos.
3. Las tres especies químicas H, He+ y Li2+ poseen un único electrón. Indica cuál de ellas tendrá:
a) Mayor radio.
b) Mayor energía de ionización.
4. Clasifica los elementos F, Ne y Na en orden creciente de:
a) Radio atómico.
b) Primera energía de ionización.
c) Segunda energía de ionización.
5. Dadas las especies químicas: anión cloruro, catión sodio, neón:
a) Escribe la configuración electrónica de cada una identificando los electrones desapareados.
b) Razona cuál de ellas tiene un radio mayor.
c) Razona cuál de ellas tendrá menor energía de ionización.
6. Deduce de qué elemento se trata en cada uno de los casos siguientes:
a) Su configuración electrónica es 1s22s22p63s23p4.
b) Es el elemento alcalino de mayor tamaño.
c) Es el elemento del grupo del nitrógeno que posee mayor energía de ionización.
d) Es el elemento cuyo ion dipositivo posee la configuración electrónica [Kr] 4d6.
7. Razona las afirmaciones siguientes:
a) El radio atómico del As es mayor que el del P
b) La energía de ionización del Sr es mayor que la del Rb.
8. Discute la siguiente afirmación: los halógenos tienen afinidad electrónica alta y energías de ionización bajas.
9. Discute la siguiente afirmación: la electronegatividad del flúor es elevada porque forma aniones fluoruro con
facilidad.
10. Elige razonadamente el elemento más electronegativo de los; pares: O y S; O y P
11. Tres elementos A, B y C tienen los números atómicos 19, 35 y 54. Deduce razonadamente:
a) La estructura electrónica de cada uno.
b) El grupo y el período a los que pertenecen.
c) El elemento que presenta la mayor afinidad electrónica.
d) El elemento que presenta la menor energía de ionización.
12. Dado el elemento de número atómico 34, deduce:
a) La configuración electrónica fundamental.
b) El grupo y el período a los que pertenece.
c) Compara su electronegatividad con la de los elementos bromo y cesio.
13. Clasifica en orden creciente de electronegatividad:
a) B, Ga, Al, In.
b) S, Na, Mg, CI.
c) P, N, Sb, Bi.
d) S, Ba, F, Si, Sc.
14. Compara los elementos Si y Ge respecto a:
a) Radio atómico.
b) Energía de ionización.
c) Carácter metálico.
15. Compara los elementos Ge y As respecto a:
a) Radio atómico.
b) Energía de ionización.
c) Carácter metálico.
16. Cinco elementos diferentes tienen las configuraciones electrónicas fundamentales siguientes:
B) 1s2 2s2 2p5
C) 1s2 2s22p6
D) 1s22s22p63s1
E) 1s2 2s2 2p63s2
A) 1s22s22p3
a) Clasifícalos en orden creciente de su primera energía de ionización,
b) Indica el elemento cuya segunda energía de ionización sea la mayor.
c) Di cuál es el elemento con mayor afinidad electrónica.
d) Señala el elemento más electronegativo.
e) Nombra los elementos con carácter metálico.
f) Indica el elemento con mayor carácter metálico.
17. De los elementos H, Na y S, ¿cuál será el que tenga menor volumen atómico y cuál el mayor?
18. ¿En qué grupo del sistema periódico sus elementos tienen el mayor volumen atómico?
19. ¿Por qué el volumen atómico del magnesio es menor que el del calcio`?
20. ¿Por qué el radio del Na+ es menor que el de Na
21. ¿Qué ion tiene mayor radio, el Br¯ o el Rb+?
22. El potencial de ionización del potasio, ¿es mayor o menor que el del rubidio? ¿Por qué?
23. ¿Tiene el berilio mayor o menor afinidad electrónica que el nitrógeno? ¿Por qué?
24. Dados los elementos N, Mg, Ca, F y B.
a) Ordénalos de menor a mayor energía ele ionización.
b) Indica a qué grupo del sistema periódico pertenece cada uno.
25. ¿Qué puedes decir de las propiedades periódicas del elemento Z = 4?
26. De las siguientes parejas, C y F, Sr y Se, Li y C, indica cuáles de los dos elementos tendrá:
a) Mayor volumen atómico.
b) Menor afinidad electrónica.
27. Dados los elementos de números atómicos 11, 20, 9, 47 y 18, deduce cuál de ellos:
a) Es un alcalinotérreo.
b) Tiene una estructura electrónica 1s2 2s2 2p6 3s1.
c) Es un metal de transición.
d) Tiene gran estabilidad química.
e) Tiene una afinidad electrónica grande.
28. Sabiendo que la estructura electrónica de un elemento es 1s2 2s2 2p4, deduce si este elemento tiene:
a) Alto potencial de ionización.
b) Carácter metálico.
c) Baja electronegatividad.
d) Radio atómico pequeño.
29. Dado un elemento cualquiera del tercer período compara su radio atómico y su energía de ionización:
a) Con el elemento situado a su derecha.
b) Con el elemento que tiene por debajo.
30. Las primeras energías de ionización (en kJ/mol) de los elementos de un mismo período son:
A = 1.400 ; B = 1.660 ; C = 494 y D = 1.090. Deduce cuál sería un alcalino y cuál un halógeno
31. Dadas las configuraciones electrónicas correspondientes a los átomos neutros :
B: 1s22s2p5
C: 1s22s2p63s2p64s1
D: 1s2 2s2 p6 3s2
indique razonadamente :
A : 1s22s2p3
a) grupo y período al que pertenece cada elemento.
b) qué elemento posee la mayor energía de ionización y cual la menor.
c) qué elemento posee mayor radio atómico y cual menor.
SOLUCIONES (II)
b) Li2+
1) Cl ; Mg
3) a) H
4) a) Ne<F<Na
b) Na<F<Ne
c) F+<Ne+<Na+
5) a) Todos tienen 0 electrones desapareados
b) Cl−
c) Cl−
6) a) S
b) Fr
11) a) A:…4s1
b) A: g1 p4
c) B
d) A
c) N
B: …4p5
B: g17 p4
d) Pd
10) Oxigeno en ambos casos
C: …5p6
C: g18 p5
12) a) …4p4
b) Grupo 16 y periodo 4
c) Menor que la del bromo y mayor que la del cesio
13) a) In<Ga<Al<B
b) Na<Mg<S<Cl
c) Bi<Sb<P<N
d) Ba<Sc<Si<S<F
14) a) Ge>Si
b) Si>Ge
c) Ge>Si
15) a) Ge>As
b) As>Ge
c) Ge>As
16) a) D<E<A<B<C
c) A
e) Na y Mg
b) D
d) A
f) D
17) H<S<Na
18) Grupo 1 (alcalinotérreos)
19) Por tener una capa menos de electrones.
20) Por tener 1 electrón menos
21) Br−
22) Mayor
23) Menor
24) a) Ca<Mg<B<N<F
b) N=15 Mg=2 Ca=2 F=17 B=13
25) Radio pequeño, E.Ionización grande, Afinidad
pequeña, Electroneg. baja y C. metálico alto
27) a) Z=20
d) Z=18
b) Z=11
e)Z=9
c)Z=47
29) a) Radio mayor y E.Ionización menor
b) Radio menor y E. Ionización mayor
31) a) A: g15 p2 B: g17 p2 C: g1 p4 D: g2 p3
b) B y C
c) C y B
26) a) C>F Sr>Se Li>C
b) C<F Sr<Se Li<C
28) a) si
c) no
30) Alcalino=C
b) no
d) si
Halógeno=B
Tema 2.- ESTRUCTURA ELECTRÓNICA. SISTEMA PERIÓDICO (III)
1.
La configuración electrónica más externa para un determinado elemento es 3s23p5. Indique razonadamente:
a) Si se trata de un elemento metálico o no metálico.
b) Si su afinidad electrónica será elevada o poco elevada.
c) Tipo de enlace que presentará su combinación con un elemento alcalino.
2.
Dadas las siguientes configuraciones que corresponden a átomos neutros:
C: 1s22s22p6
D: 1s22s22p63s1
E: 1s22s22p63s2
A: 1s22s22p3 B: 1s22s22p5
a) Ordénelas de forma que aumente gradualmente el primer potencial de ionización, indicando la configuración
electrónica de cada átomo ionizado.
b) Indique el elemento cuyo segundo potencial de ionización es el más elevado, e indique la configuración electrónica
del átomo doblemente ionizado.
c) Indicar el elemento con mayor afinidad electrónica
d) Indicar el elemento más electronegativo
e) Indicar los elementos que presentan carácter metálico, y ordenarlos de mayor a menor.
3.
Compare los elementos químicos Li, K, C y F en cuanto a:
a) ¿Cuál tendrá mayor radio atómico?
b) ¿Cuál mayor afinidad electrónica?
c) Ordénelos según valores crecientes de sus energías de ionización.
4.
Considere la familia de los elementos alcalinos.
a) ¿Cuál es la configuración electrónica más externa común para estos elementos?
b) Teniendo en cuenta como varían periódicamente sus propiedades, justifique cuál de los elementos, cesio o sodio,
debe presentar mayor tamaño atómico.
c) ¿A cuál de estos elementos será más fácil arrancarle su electrón más externo? Justifique sus respuestas.
5.
Escribe las configuraciones electrónicas de los elementos A y B cuyos números atómicos son Z=11 y Z=35,
respectivamente. Indica razonadamente:
a) si ambos son metálicos;
b) si tienen tendencia a ceder o captar electrones;
c) cuáles pueden ser los valores de la energía de ionización y afinidad electrónica (altos o bajos);
6.
Dadas las configuraciones electrónicas correspondientes a átomos de neutros, que a continuación se escriben:
B: 1s22s22p5;
C: 1s22s22p63s23p64s1;
D: 1s22s22p63s2.
A: 1s22s22p3;
Indique razonadamente:
a) el grupo y el período al que pertenece cada elemento;
b) qué elemento posee mayor energía de ionización y cuál menor;
c) qué elemento posee mayor radio atómico y cuál menor.
7.
Comenta a veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones, referidas a los átomos X e Z, pertenecientes al
mismo período de la tabla periódica, y siendo X más electronegativo que Z:
a) X tiene menor energía de ionización que Z
b) Z tiene menor afinidad electrónica que X
c) Z tiene mayor radio atómico que X
d) El par de electrones del enlace X-Z se encuentra desplazado hacia X
8.
Considera las especies Ne, F−, N3− y Na+.
a) ¿Qué tienen todas en común?.
b) ¿En qué se diferencian?.
c) Ordénalas de menor a mayor tamaño.
9.
El primer y segundo potenciales de ionización para el átomo de litio son respectivamente 520 y 7300 kJ/mol.
a) Justifique la gran diferencia que existe entre ambos valores de energía
b) ¿Qué elemento presenta la misma configuración electrónica que el ion monoatómico del Li?.
c) ¿Cómo varía el potencial de ionización para los elementos de un mismo grupo?. Razónelo.
10. Según la posición en el sistema periódico, indique razonadamente cuál de los elementos que se citan en cada
caso, es el elemento que presenta:
a) Mayor potencial de ionización: Na ó Mg.
b) Una electronegatividad más alta: Si ó Cl.
c) Un mayor carácter metálico: K ó Ca.
11. Para los elementos químicos A y B de números atómicos 20 y 35, respectivamente. Indique razonadamente, para
cada uno de ellos:
a) Configuración electrónica.
b) Carácter metálico o no metálico.
c) Iones más estables.
d) Fórmula del compuesto formado por A y B.
12.- De las siguientes combinaciones de números cuánticos indica cuáles están permitidas y cuáles no. Justifica la
respuesta.
a
b
c
d
e
f
g
n
1
2
3
3
2
2
2
l
0
2
2
-2
0
1
1
m
0
1
-2
0
-1
0
1
s
½
-½
-½
½
½
0
½
SOLUCIONES (III)
1) a) No metal
b) Elevada
2) a) D<E<A<B<C
b) D
c) Iónico
c) B
3) a) K
b) F
c) Li<K<C<F
4) a) ns1
b) Cs
c) Cs
d) B
5) A: 1s22s22p63s1 B: .....4p5
a) A si y B no
6) a) p2 g15; p2 g17; p4 g1; p3 g2
b) B>C
7) a) F
b) V
c) V
8) a) El mismo número de electrones.
e) D>E
b) A a ceder y B a aceptar
c) A bajos y B altos
c) C>B
d) V
b) En el número atómico
c) Na+ < Ne < F− < N3−
9) a) Al arrancar el primer electrón se queda con configuración de gas noble y es muy difícil arrancar el segundo
electrón.
b) El He
c) Disminuye al aumentar Z, es decir al desplazarse hacia abajo.
10) a) Mg
11) a) A: …4s2
b) Cl
c) K
B: …4p5
12) Permitidos a, c y g.
b) A es metal y B no metal
c) A2+ y B−
d) AB2