Química (209) Ejercicios resueltos OBJETIVO 1 1. ¿Cuál elemento

Química (209)
Ejercicios resueltos
OBJETIVO 1
1. ¿Cuál elemento de cada par tiene el potencial de ionización más bajo?:
a) K, Ca
b) O, Se
Respuesta:
Según la Tabla Periódica, la tendencia del potencial de ionización obedece a:


En un “grupo” de arriba hacia abajo: disminuye
En un “grupo” de izquierda a derecha aumenta.
Por lo tanto, el orden es de menos a mayor:
K
Ca
Se
O
El elemento “K” del par “K, Ca” tiene el potencial de ionización más bajo
2. Para el elemento nitrógeno (Z=7), haga la distribución electrónica del átomo aplicando el
principio de excusión de Pauli y la regla de Hund.
Respuesta:
El número atómico del nitrógeno es 7, lo cual indica que tiene 7 electrones. Su distribución
electrónica es: 1s22s22p3.
Si se representa por una caja de los orbitales en cada uno de los subniveles y recordando que
de acuerdo con el Principio de Pauli no se pueden colocar más de dos electrones en cada
orbital, la distribución será:
Subnivel 1s (↑↓)
Subnivel 2s (↑↓)
Subnivel 2p (↑)
(↑)
2px
2py
(↑)
2pz
1 orbital
1 orbital
3 orbitales
La distribución en los 5 orbitales es: 1s22s22px12py12pz1
De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, en cada orbital sólo puede haber dos
electrones con valores de spin contrarios. Los electrones solitarios en 2px, 2py y 2pz pueden
tener el mismo spin (↑) ya que difieren en el orbital. En cambio, para el orbital 2s lo espines
son diferentes (↑↓) por estar en el mismo orbital.
La regla de Hund de máxima multiplicidad no permite escribir para el subnivel 2p una
distribución como esta: 2px22py1, o (↑↓) (↑) ( ), es decir, se debe colocar una flecha en cada
caja antes de colocar dos en la misma.
3. El elemento fósforo y el elemento calcio tienen número atómico 15 y 20, respectivamente.
Identifique a cuál grupo y periodo de la tabla periódica pertenecen.
Respuesta:
El periodo al que pertenece un elemento se puede obtener de su configuración electrónica,
puesto que el número del periodo representa el número de niveles y es igual al mayor
coeficiente que aparece en la configuración.
a) La configuración electrónica del fósforo es 1s22s22p63s23p3. El mayor coeficiente es 3, o sea
que el fósforo pertenece al periodo 3. La configuración termina en p3, lo cual indica que el
fósforo pertenece al grupo V.
b) La configuración electrónica del calcio es 1s22s22p63s23p64s2. El mayor coeficiente es 4, o
sea que el calcio pertenece al periodo 4. La configuración termina en s2, lo que indica que
pertenece al grupo IIA (los alcalino-térreos).
4. Llene los espacios en blanco de la siguiente tabla (use la tabla periódica cuando sea
necesario)
Símbolo
Protones
Electrones
Neutrones
Número de
masa
Número
atómico
174
Yb
70
59
141
60
44
Respuesta:
Símbolo
174
Yb
70
Protones
Electrones
Neutrones
Número de
masa
Número
atómico
70
70
104
174
70
141
Pr
59
59
82
141
59
44
44
60
104
44
59
101
Ru
44
5. Determine la valencia del elemento cuyo número atómico es 36.
Respuesta:
El criptón es el elemento 36, figura en el grupo 0 y en el periodo 4. Su configuración electrónica
es:
1s22s22p63s23p63d104s24p6.
Es un gas noble, posee 8 electrones en la capa externa y por tanto, no tiene ninguna tendencia
a la pérdida o ganancia de ellos. De ello se deduce que su valencia, al igual que en todos los
gases nobles es 0.
6. Los elementos de transición Cu, Ag y Au presentan iones con carga 1+, siendo sus números
atómicos 29, 47 y 79 respectivamente, ¿Cuál es la razón?
Respuesta:
Porque pierden el único electrón que tienen el último orbital s ocupado.
Cu (4s1), Ag (5s1), Au (6s1).
29Cu:
1s22s22p63s23p63d104s1
47Ag:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
79Au:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s1
7. Tres elementos tienen de número atómico 19, 35 y 54 respectivamente. Indicar:
a) Estructuras electrónicas
b) Grupo y periodo al que pertenecen
c) ¿Cuál tiene mayor afinidad electrónica?
d) ¿Cuál tiene menor potencial de ionización?
Respuesta:
a y b)
19Z:
1s22s22p63s23p64s1
35Z:
1s22s22p63s23p63d104s24p5
54Z:
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6
(periodo 4, grupo 1)
(periodo 4, gupo 17)
(periodo 5, grupo 18)
c) El elemento Z=35 es el de mayor afinidad electrónica, es un halógeno (4s24p5) y necesita
1e- para adquirir la estructura de gas noble. Tiene pequeño volumen atómico y elevada
carga nuclear.
d) El elemento Z=19 es el de menor potencial de ionización, es un alcalino (4s 1), tiene un
solo electrón en su último nivel y poco atraído por el núcleo por su elevado volumen
atómico.
8. El cloro natural está compuesto de una mezcla de 75,53% de 35Cl y 24,47% de 37Cl. Estos
tienen masas isotrópicas de 34,969 y 36,966 uma (unidad de masa atómica)
respetivamente. Calcular la masa atómica promedio del cloro.
Respuesta:
La masa de cada isótopo se multiplica por su abundancia fraccional (se obtiene dividiendo por
100 el porcentaje). Luego se suman los resultados para obtener la masa atómica promedio.
35
CL (34,969)(0,7553) = 26,41
37
Cl (36,966)(0,2447) = 9,05
Total:
35,46
9. Sin consultar la tabla periódica, seleccionar de la siguiente lista los elementos que están
localizados en el mismo grupo periódico y aquellos elementos que estén en el mismo
periodo: 20Ca, 16S, 19K, 56Ba, 30Zn, 34Se, 4Be.
Respuesta:
Be, Ca y Ba están en el grupo IIA.
S y Se están en el grupo VIA.
Ca, K, Zn y Se están en el cuarto período.
10. Escriba la configuración electrónica para 16S y 46Pd, elementos que son diamagnéticos.
Respuesta:
16S: 1s22s22p63s23p4
46Pd: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d10
11. Sin consultar la tabla periódica, indique el grupo o período al que pertenecen los elementos
de número atómico: 38 y 54
Respuesta:
Z = 38: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2
5º período (tiene 5 niveles energéticos)
2º grupo (en el último nivel tiene 2 electrones)
Grupo A (En el último nivel incompleto subnivel p)
Z = 54: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6
5º período (tiene 5 niveles energéticos)
Gas inerte (8 electrones en el nivel externo)
12. Compare las siguientes partes de elementos en cuanto a su radio atómico y su potencial de
ionización:
a. 20 y 38
b. 17 y 32
Respuesta:
Z = 20: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
Z = 38: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2
Z = 17: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Z = 35: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5
Nº
a
b
Elementos
20 – 38
17 – 35
Radio atómico mayor
38
35
Potencial de ionización mayor
20
17
El elemento Z= 38 tiene 5 niveles mientras que el elemento Z=29 tiene 4 niveles, por tanto el
radio atómico de Z=38 es mayor que Z=20. Referente al potencial de ionización, el elemento Z =
38 tiene menor número atómico 20, ya que un electrón de último nivel de Z = 38 es atraído con
menos fuerza por el núcleo que en el caso de Z = 20, cuyos electrones están más cerca del
núcleo. Lugo, para sacar un electrón de Z = 38 se necesita menos energía.
OBJETIVO 2
1. La estructura básica del ácido acético que se muestra a continuación es correcta, pero
algunos enlaces son incorrectos.
a. Identifique los enlaces incorrectos y explique por qué no lo son.
b. Escriba la estructura de Lewis correcta para el ácido acético.
H
=
H
: O :
I
I
C
I
― C ― O ― H
¨
¨
H
Respuesta:
a. Ni un átomo O presenta un octeto completo, ni un átomo de H puede formar un doble
enlace.
b.
H
H
: O :
I
II
― C
I
¨
― C ― O ― H
¨
¨
H
2. Explique por qué la molécula de tetracloruro de carbono (CCl4) es no polar y la molécula de
agua es no polar.
Respuesta:
La molécula H2O es polar porque no es lineal. La molécula CCl4 (forma tetraédrica) tiene enlaces
polares pero la molécula es no polar debido a su estructura simétrica; los momentos de los
enlaces C – Cl se anulan mutuamente.
3. Sabiendo que en el ión amonio el átomo de nitrógeno está unido a cuatro átomos de
hidrógeno, ¿cómo será la fórmula de Lewis de este ión?
H+ + H – N – H →
H
I
H–N–H
H
I
Respuesta:
+
4. Escriba las estructuras de Lewis electrón-punto para cada uno de los siguientes compuestos
covalentes: CO2 y CH3I.
Respuesta:
..
..
:O=C=O:
H
I ..
H – C– I :
I ..
H
5. Enumere los compuestos siguientes en orden de covalencia decreciente de sus enlaces:
OC2, SO2, HCl, NaF, H2S y H2O.
Datos: valores de electronegatividad para algunos elementos:
C: 2,5; O: 3,5; N: 3,0; S: 2,5; H: 2,1; Cl: 3,0; Na: 0,9; F: 4,0.
Diferencia electronegatividad
Porcentaje iónico
Porcentaje covalente
0,9
19
81,0
1,0
22
78,0
0,4
4
96,0
3,1
91
9,0
1,4
39
62,0
Compuesto
Diferencia electronegatividad
Orden decreciente (%)
H2S
(2,5 – 2,1)
96
HCl
(3,0 – 2,1)
81
CO2
(3,5 – 2,5)
78
SO2
(3,5 – 2,5)
78
H2O
(3,5 – 2,1)
61
NaF
(4,0 – 0,9)
9
Respuesta:
6. Escriba las estructuras de Lewis electrón-punto para cada uno de los siguientes enlaces
covalentes: C2Cl2 y AsCl3
Respuesta:
..
..
: Cl – C ≡ C – C :
..
I
..
: Cl :
..
..
xx
..
: Cl – As – Cl :
..
I
..
: Cl :
..
7. Determine si los enlaces en los siguientes compuestos son iónicos o covalentes:
a. H2S
b. KCl
Respuesta:
Para determinar si los enlaces son iónicos o covalentes, es necesario calcular la La diferencia en
electronegatividades de los elementos que lo componen. Si la diferencia es menor a 2,0 el
enlace se considera covalente.
a. Hay dos enlaces H – S en el sulfuro de hidrógeno (H2S). De la tabla periódica se tiene que la
electronegatividad de H es 2,1 y la de S es 2,5. La diferencia en electronegatividades es:
(2,5 – 2,1) = 0,4.
Como la diferencia es de solo 0,4 el enlace entre hidrógeno y azufre es covalente.
b. La electronegatividad de K es 0,8 y la de Cl es 3,0. La diferencia en electronegatividades es:
(3,0 – 0,8) = 2,2
Como la diferencia es de 2,2 el enlace entre potasio y cloro es iónico.
8. El sodio forma el ion Na+; el oxígeno, el ion O=; el calcio el ion Ca++; y el flúor, el ion F–.
Justifique las cargas de los iones y escriba sus símbolos de Lewis.
Respuesta:
Na: Z = 11
1s2 2s2 2p6 3s1
11 e– y 11 p+
Na+
1s2 2s2 2p6
10 e– y 11 p+
Ca: Z = 20
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
20 e– y 20 p+
Ca++
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
18 e– y 20 p+
O: Z = 8
1s2 2s2 2p4
8 e– y 8 p +
O=
1s2 2s2 2p6
10 e– y 8 p+
F: Z = 9
1s2 2s2 2p5
9 e– y 9 p +
F–
1s2 2s2 2p6
10 e– y 9 p+
9. Prediga la forma de la molécula de amoníaco (NH3) y de metano (CH4)
Respuesta:
Amoníaco:
H
..
: N : H
..
H
En el amoníaco hay ocho electrones de valencia, cinco del átomo nitrógeno y uno de cada uno
de los tres átomos de hidrógeno. Cada enlace toma dos electrones más el par no compartido
para hacer un total de ocho.
Metano:
H
..
H : C : H
..
H
Hay ocho electrones de valencia en CH4, cuatro del átomo de C y uno de cada átomo de
hidrógeno. Cada enlace toma dos electrones para hacer un total de ocho. Los cuatro elaces son
idénticos. Cada uno apunta hacia los vértices de un tetraedro regular con un ángulo de 109,5 o.
10. Indique razonablemente si el amoníaco y el metano son polares o no.
Respuesta:
Amoníaco:
H
↑
: N → H
↓
H
Metano:
H
↑
H ←C →H
↓
H
p ≠ 0 Los vectores momento dipolar no se anulan
p = 0 Los vectores del momento dipolar se anulan