Serie 5 2014-2

Quinta serie de estructura de la materia. Átomos polielectrónicos y 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-ChamizoGarritz 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 DAB = 1/ 2( DAA + DBB ) + Δ
para calcular la energía de resonancia iónica, Δ, 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 arsénico; b) las tres primeras energías de ionización
para el átomo de aluminio.
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
elemento
EI
1
27
28
29
30
Co
Ni
Cu
Zn
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.
14. ¿por qué es más probable que el berilio forme Be2+ a que el oxígeno forme O2+?
15. Las burbujas de jabón tienen colores porque reflejan luz con longitud de onda igual al
grosor de las paredes de la burbuja. ¿qué frecuencia de luz es reflejada por una burbuja de
jabón de 6nm de grosor?
16. Determina las frecuencias y las energías de los fotones de luz roja (656.3nm), azul
(480nm), violeta (410.2nm), verde (530nm) y amarillo (580nm).
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
2
e)
B
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+, Fc) Rb, F-, Li+
d) Li+, Rb, F+
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
d)Mg
e)Al
11. ¿cuál de los siguientes orbitales no puede existir? Justifica tu respuesta.
a) 6s
b) 3p
c) 2d
d) 4f
e) 3f
3
12. ¿cuál de las siguientes configuraciones electrónicas para el carbono satisface la regla de Hund?
a)
b)
c)
d)
1s2 2s2 2p2
1s2 2s2 2p2
1s2 2s2 2p2
1s2 2s2 2p2
_↑_
_↑_
_↑_
↑↓_
_↓_ ___
_↑_ ___
___ _↑_
___ ____
13. ¿Cuál de los siguientes iones tiene cinco electrones desapareados? Justifica tu respuesta
a) Ti4+
b) Co2+
c)V3+
d) Fe3+
e) Zn2+
14. ¿Cuál de los siguientes diagramas de orbitales son incorrectos para todos los electrones de un
átomo en su estado basal?
a) ↑↓
s
↑↓ ↑. ..::
p
b) ↑↓
s
↑↓ ↑.. ↑..
p
c) ↑↓ ↑.. ↑.. ↑..
s
p
d) … ↑↓ ↑↓ ↓..
s
p
15. ¿Cuál de los siguientes elementos debería tener la más alta energía de ionización? Justifica tu
respuesta.
a) B
b) C
c) N
d) Mg
e) Al
16. ¿cuál de los siguientes elementos tendrá la menor energía de ionización? Justifica tu respuesta.
a) Mg
b) Ca
c) Si
d) S
e) Se
17. ¿Cuál de las siguientes energías de ionización es la más grande? Justifica tu respuesta
a) 1ª EI de Ba
b) 1ª EI de Mg
c) 2ª EI de Ba
d) 2ª EI de Mg
e) 3ª EI de Al
d) 3ª EI de Mg
18. ¿cuál de los siguientes iones isoelectrónicos es más grande? Justifica tu respuesta
a) Mn7+
b) P3c) S2d) Sc3+ e) Ti4+
19. ¿Cuál es la más probable configuración electrónica del átomo que presente las siguientes energías
de ionización? Justifica tu respuesta
1ª EI = 578kJ/mol; 2ª EI = 1817kJ/mol; 3ª EI = 2745kJ/mol; 4ª EI = 11577kJ/mol; 5ª EI =14831kJ/mol
a) [Ne]
b) [Ne]3s1
c) [Ne]3s2
d) [Ne]3s2 3p1
e) [Ne]3s2 3p2
f) [Ne]3s23p3
20. ¿Cuál de los siguientes átomos tendrá la energía de ionización más grande? Justifica tu respuesta
a) P b) P+
c) P2+
d) P3+
e) P4+
4