1 Cuarta serie de estructura de la materia. Propiedades periódicas

Cuarta serie de estructura de la materia. Propiedades periódicas.
1- a) Escribe el hamiltoniano completo para el átomo de litio; b) Escribe la
ecuación de Schroedinger electrónica para éste átomo.
2- Calcula los valores de la carga nuclear efectiva de Slater para: a) un electrón 3d
en el manganeso; b) un electrón 4f en el gadolinio, c) un electrón 4s en el ión
Ca+; d) un electrón 4p en zirconio.
3- Predice, mediante el valor de la carga nuclear efectiva de Slater, cuál de los
siguientes dos átomos tendrá el tamaño atómico más pequeño, de acuerdo con la
carga nuclear efectiva de su electrón más externo: a) Mn y Fe, b) Zn y Cu.
Compara tus resultados con los que obtendrías al utilizar la carga nuclear
efectiva de Clementi y Raimondi. Revisar tabla 8.9 Cruz-Chamizo-Garritz Pags.
648-649.
4- En cada uno de los siguientes pares de especies indica cuál de ellas es la de
menor radio: a) Cl ó Cl-, b) Na ó Na+, c) O2- ó S2- d) Mg2+ ó Al3+ e) F, O.
Justifica tu respuesta utilizando las cargas nucleares efectivas de Slater y las de
Clementi y Raimondi.
5- En general, la energía de ionización aumenta de izquierda a derecha en un
periodo. Sin embargo, el aluminio tiene una energía de ionización que es menor
que la del Mg. Explica brevemente la razón.
6- Dos átomos tienen las siguientes configuraciones electrónicas: 1s22s22p6 y
1s22s22p63s1. Para uno de ellos la primera energía de ionización es 2080 kJ/mol
y para el otro es de 496 kJ/mol. Di a qué configuración y a qué átomo
corresponde cada uno de los valores.
7- Guiándose en la afinidad electrónica, acomoda en orden creciente los siguientes
conjuntos de elementos: a) Li, Na, K; b) F, Cl, Br, I.
8- Las características electrónicas de los átomos A y B se pueden describir
mediante su configuración electrónica: A = [Xe]5s1 y B = [Ar]3d104s24p4. a)
¿Será A un metal, un no metal o un metaloide? b) ¿Será B un metal, un no metal
o un metaloide? c) ¿Cuál de los dos tendrá la mayor energía de ionización? d)
¿Cuál de los dos tendrá un valor mayor en su afinidad electrónica? e) ¿Qué
elemento tiene el átomo más grande? Justifica tus respuestas.
9- Utiliza la teoría de la electronegatividad de Pauling, según la cual
D AB = 1 / 2( D AA + DBB ) + ∆ para calcular la energía de resonancia iónica, ∆, de
las moléculas a) IF, b) BrF.
(Datos: Energías de enlace DIF = 277.8 kJ/mol; DBrF = 249.4 kJ/mol; DFF =
153.1 kJ/mol; DBrBr = 192.9 kJ/mol; DII = 151.0 kJ/mol).
10. Utilizando las cargas nucleares efectivas de Slater, determina: a) las tres
primeras afinidades electrónicas para el átomo de fósforo; b) las tres primeras
energías de ionización para el átomo de aluminio.
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11. En la siguiente tabla se muestran los valores de las primeras energías de
ionización para los átomos de cobalto, níquel, cobre y zinc. Haciendo uso de los
valores de las Z* de Slater por una parte, y de Clementi y Raimondi por la otra,
explica la tendencia que se presenta.
Z
27
28
29
30
elemento
Co
Ni
Cu
Zn
EI
0.758
0.7367
0.7455
0.9064
12. a) Usando las cargas nucleares efectivas de Clementi y Roimondi, obtenga la
energía total de Li, Li+, Li2+ y con ellas determine los tres potenciales de
ionización del litio.
b) Compare los resultados con los datos experimentales:
I1=0.198, I2=2.783, I3= 4.5 hartrees
13. Otra aplicación de las cargas nucleares efectivas es la estimación del tamaño
relativo de los átomos. Si Z* es la carga nuclear efectiva del orbital más externo
del átomo (con número cuántico n), un radio efectivo puede estimarse como:
n2
ref = * (u.a)
Z
Obtén los valores de ref para los elementos de K al Kr, para los que el orbital de
valencia tiene n=4 (utilice las Z* de Slater y con las Z* de Clemeti y Raimondi).
Si hay diferencias, explícalas.
Responde a las siguientes preguntas de opción múltiple.
1. Indica cuál de las siguientes funciones de las coordenadas (x1,y1) y (x2,y2) de dos
electrones en el plano es antisimétrica ante la permutación de las coordenadas 1 y 2.
a)
x1x2 - y1y2
b)
x1y1 - x2y2
c)
sen (x1y1 + x2y2)
d)
x12y1 - x2y22
e)
constante
2. La carga nuclear efectiva de Slater del electrón 1s en el flúor es
a) 6.65 protones
b) 0.35 protones
c) 7.65 protones
d) 3.5 protones
e) 5.5 protones
3. Para los siguientes elementos, indica en cuál es máxima la carga nuclear efectiva de un
electrón 2s:
a)
C
b)
P
c)
Cl
d)
Ca
e)
B
2
4. Respecto a la primera energía de ionización, la única aseveración incorrecta es
a)
Siempre es positiva
b)
Crece al incrementarse el número atómico
c)
Decrece a lo largo de una familia
d)
Crece a lo largo de un período, salvo en las especies con configuraciones
especialmente estables
e)
Es máxima para el átomo de helio
5. Escoge la opción en la que los átomos e iones estén ordenados de mayor a menor
energía de ionización:
a) Li+, F-, Rb
b) Rb, Li+, F+
d) Li+, Rb, Fc) Rb, F , Li
+
e) F , Rb, Li
6. Respecto a la afinidad electrónica, la única aseveración correcta es
a)
siempre es negativa
b)
crece al incrementarse el número atómico
c)
crece a lo largo de una familia
d)
decrece a lo largo de un período
e)
es máxima para el átomo de cloro
7. ¿Cuál de las siguientes especies es la más difícil de ionizar?
a) Ib) I+
c) C
d) Ne
e) Sr8. Para el radio covalente de un elemento:
a) Todas las aseveraciones siguientes son correctas
b) Es la mitad de la distancia entre dos átomos de ese elemento unidos por un enlace
covalente
c) Aumenta conforme se incrementa el número atómico en un grupo de la tabla periódica
d) Disminuye conforme aumenta el número atómico en un periodo de la tabla
e) Disminuye en el mismo periodo, al aumentar la carga nuclear efectiva
9. El orden correcto de mayor a menor tamaño para los siguientes átomos e iones es:
a) O2-, Ne, Fb) Ne, F-, O2c) F-, O2- , Ne
d) O2-, F-, Ne
e) Ne, O2- , F10. ¿cuál de los siguientes átomos tendrá la mayor primera energía de ionización?
Justifica tu respuesta.
a)B
b)C
c)N
3
d)Mg
e)Al
4