Unidad 2: Estructura de la materia

I.E.S. Juan Gris
Departamento de Física y Química
Química 2º Bachillerato
Unidad 1: Estructura de la materia.
 Espectros atómicos. Orígenes de la teoría cuántica. Hipótesis de Planck. Efecto fotoeléctrico. Modelo
atómico de Bohr y sus limitaciones. Introducción a la mecánica cuántica moderna. Su importancia. Orbitales
atómicos. Números cuánticos. Configuraciones electrónicas: Principio de Pauli y regla de Hund.
1.
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3.-
4.5.6.7.-
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9.-
Descubrimiento de las partículas subatómicas
Naturaleza eléctrica de la materia
Tubos de descarga. Tubos de rayos catódicos. El electrón.
Tubos de rayos canales. El protón.
Radiactividad. Rayos X.
Primeros modelos atómicos.
Modelo de Thomson.
Modelo atómico de Rutherford. Número atómico y número másico. El neutrón.
Interacción de la radiación con la materia.
Naturaleza electromagnética de la luz. Frecuencia y longitud de onda.
Espectros atómicos. Espectros de absorción y espectros de emisión.
Hipótesis de Planck. Efecto fotoeléctrico
Modelo atómico de Bohr.
Postulados. Órbitas estacionarias. Niveles de energía. Número cuántico principal
Modelo de Bohr-Sommerfeld. Número cuántico secundario y número cuántico magnético.
Mecánica cuántica
Hipótesis de De Broglie: la doble naturaleza.
Principio de Heisenberg. Incertidumbre y probabilidad. Función de onda.
Orbitales atómicos.
Números cuánticos y orbitales atómicos.
Número cuántico principal. Significado y valores.
Número cuántico secundario. Significado y valores.
Número cuántico magnético. Significado y valores.
Número cuántico de espín. Significado y valores.
Configuración electrónica
Energía de los orbitales atómicos. Estado fundamental y estado excitado.
Principio de construcción progresiva.
Principio de exclusión de Pauli.
Principio de Hund. Electrones desapareados.
Diagrama de Möller. Configuraciones electrónicas.
Criterios de evaluación:
Explicar los conceptos básicos de la mecánica cuántica: Dualidad onda-corpúsculo e incertidumbre. Describir
los modelos atómicos discutiendo sus limitaciones y aplicar la teoría mecano-cuántica para el conocimiento del
átomo.
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Describir los modelos atómicos estudiados y las limitaciones de cada uno de ellos.
Conocer las partículas componentes de un átomo. Número atómico y número másico. Isótopos.
Cálculo de la energía de un electrón en una órbita.
Diferenciar entre órbita y orbital. Certeza y probabilidad. Función de onda.
Planck. Cuantización de la energía: E = h.. Saltos de unos niveles a otros.
De Broglie. Onda asociada a una partícula: p = h/
Heisenberg. Relaciones de incertidumbre: x.p > h/4; t.E > h/4
Significado y valores de los números cuánticos.
Forma y tamaño de los orbitales atómicos.
Configuraciones electrónicas.
Prof. José Moreno Sánchez
Unidad 1. Estructura de la materia.-
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I.E.S. Juan Gris
Departamento de Física y Química
Química 2º Bachillerato
CUESTIONES Y PROBLEMAS
1.
El espectro visible corresponde a radiaciones de longitud de onda comprendidas entre 450 y 750 nm.
a) Calcule la energía correspondiente a la radiación visible de mayor frecuencia.
b) Razone si es o no posible conseguir la ionización del átomo de litio con dicha radiación.
Datos: carga del electrón. E = 1,6x10-19 C, velocidad de la luz: c = 3x108 m/s; 1 nm = 10-9 m; cte de Planck:
h = 6,63x10-34 J s; primera energía de ionización del litio = 5,40 eV. Madrid
2.
Considere las configuraciones electrónicas en el estado fundamental: 1ª) 1s2 2s2 2p7; 2ª) 1s2 2s3; 3ª) 1s2 2s2
2p5; 4ª) 1s2 2s2 2p6 3s1. a) Razone cuáles cumplen el principio de exclusión de Pauli; b) deduzca el estado
de oxidación más probable de los elementos cuya configuración sea correcta. Madrid junio 2001
3.
Dada la siguiente tabla de elementos:
Elementos
A
B
C
D
E
nº de electrones 5
5
10
10
13
nº de protones
5
5
7
12
13
nº de neutrones
5
6
7
13
14
Justifique:
a) cuáles de las especies son átomos neutros.
b) cuáles son iones, cual es su carga y si es la más habitual para ese elemento.
c) cuáles son isótopos.
d) cuáles son metales y cuáles no metales.
Madrid septiembre 2001 COU
Considere los siguientes elementos con números atómicos: 4, 11, 17 y 33
a) escriba la configuración electrónica, señalando los electrones de la capa de valencia.
b) Indique a qué grupo del sistema periódico pertenece cada elemento y si son metales o no metales.
c) ¿cuál es el elemento más electronegativo y cuál el menos electronegativo?
d) ¿qué estados de oxidación serán los más frecuentes para elemento?
Madrid septiembre 2004
Sabiendo que el boro es el primer elemento del grupo trece del Sistema Periódico, conteste razonada-mente
si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas:
a. La energía de ionización es la energía que desprende un átomo, en estado gaseoso, cuando se convierte
en ión positivo.
b. La energía de ionización del boro es superior a la del litio (Z = 3).
c. la configuración electrónica del boro le permite establecer tres enlaces covalentes.
d. El átomo de boro en el BH3 tiene un par de electrones de valencia.
Madrid cuestión junio 2006
4.
5.
6.
7.
La configuración electrónica del último nivel energético de un elemento es 4s2 4p3. De acuerdo con este dato:
a) Deduzca la situación de dicho elemento en la tabla periódica.
b) Escriba los valores posibles de los números cuánticos para su último electrón.
c) Deduzca cuántos protones tiene un átomo de dicho elemento.
d) Deduzca los estados de oxidación más probables de este elemento.
Madrid septiembre 2006
Dados los siguientes elementos: F, P, Cl y Na,
a) Indique su posición (periodo y grupo) en el sistema periódico.
b) Determine sus números atómicos y escriba sus configuraciones electrónicas.
c) Ordene razonadamente los elementos de menor a mayor radio atómico.
d) Ordene razonadamente los elementos en función de su primera energía de ionización.
Madrid Cuestión Junio 2007
8.
Dados los elementos Na, C, Si y Ne:
a) Escriba sus configuraciones electrónicas.
b) ¿Cuántos electrones desapareados presenta cada uno en su estado fundamental?
c) Ordénelos de menor a mayor primer potencial de ionización. Justifique la respuesta.
d) Ordénelos de menor a mayor tamaño atómico. Justifique la respuesta. Madrid junio 2008
9.
A las siguientes especies: X, Y y Z+, les corresponden los números atómicos 17, 18 y 19,
respectivamente.
a) Escriba la configuración electrónica de cada una de ellas.
b) Ordene razonadamente, de menor a mayor, las diferentes especies según su tamaño y su energía de
ionización.
c) ¿Qué especies son X e Y?
d) ¿Qué tipo de enlace presenta ZX? Describa brevemente las características de este enlace.
Madrid cuestión sep 2008
Prof. José Moreno Sánchez
Unidad 1. Estructura de la materia.-
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I.E.S. Juan Gris
Departamento de Física y Química
Química 2º Bachillerato
10. La primera y segunda energía de ionización para el átomo A, cuya configuración electrónica es 1s2 2s1, son
520 y 7300 kJ mol1, respectivamente:
a) Indique qué elemento es A, así como el grupo y periodo a los que pertenece.
b) Defina el término energía de ionización. Justifique la gran diferencia existente entre los valores de la
primera y la segunda energía de ionización del átomo A.
c) Ordene las especies A, A+ y A2+ de menor a mayor tamaño. Justifique la respuesta.
d) ¿Qué elemento presenta la misma configuración electrónica que la especie iónica A+ ?
Madrid junio 2009
11. Considere los elementos A (Z = 12) y B (Z = 17). Conteste razonadamente:
a) ¿Cuáles son las configuraciones electrónicas de A y de B?
b) ¿Cuál es el grupo, el periodo, el nombre y el símbolo de cada uno de los elementos?
c) ¿Cuál tendrá mayor su primera energía de ionización?
d) ¿Qué tipo de enlace que se puede formar entre A y B? ¿Cuál será la fórmula del compuesto resultante?
¿Será soluble en agua?
Madrid septiembre 2009
12. Considerando los elementos Na, Mg, Si y Cl:
a) Indique los números cuánticos del electrón más externo del Na.
b) Ordene los elementos por orden creciente de radio atómico y justifique la respuesta.
c) Ordene los elementos por orden creciente de su primer potencial de ionización y justifique la
respuesta.
d) Escriba la configuración electrónica de la especies Na+, Mg2+, Si y Cl–.
Madrid Cuestión 1B E sep 2010
13. Para los elementos A, B, C y D, de números atómicos 3, 10, 20 y 35, respectivamente:
a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos.
b) Indique su situación en la tabla periódica (periodo y grupo).
c) Justifique si los siguientes números cuánticos pueden corresponder a los electrones más externos de
alguno de ellos, indicando a cuál: (2,1,0,+1/2); (3,0,1,+1/2); (3,2,1,+1/2); (4,1,1,+1/2).
d) Justifique cuál de estos elementos tiene la menor reactividad química. Madrid septiembre 2011
AUTOEVALUACIÓN
1.1 Un átomo X, en estado excitado, presenta la siguiente configuración electrónica: 1s2 2s2 2p2 3s1.
a) ¿de qué elemento se trata?
b) Indique los cuatro números cuánticos de cada uno de los electrones desapareados de X, en su estado
normal. La Rioja junio 2000. Sol.: a) Nitrógeno Z = 7; b) (2, 1, 1, -1/2); (2, 1, 0, -1/2), (2, 1, -1, -1/2).
1.2 Para el orbital 3s de un átomo:
a) Indique el valor de los números cuánticos n, l y m de los electrones situados en el mismo.
b) Señale si hay un cuarto número cuántico y qué valores puede tener.
c) ¿En que principio se basa la afirmación de que no pueden coexistir más de dos electrones en un orbital
atómico? Castilla-León septiembre 2002 Sol.: a) (3, 0, 0); b) s +1/2 -1/2; c) exclusión de Pauli.
1.3 El ión positivo X2+ de un elemento X tiene la siguiente configuración electrónica: [Ar] 4s2.
a) ¿cuál es el número atómico del elemento X?
b) ¿cuál sería la configuración electrónica de su ión X3+?
c) En este último caso indique cuales serían los valores de los cuatro números cuánticos (n, l, m, s) del
último electrón. Castilla-León junio 2000. Sol.: a) Z = 22; b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1; c) (4, 0, 0, -1/2)
1.4 a) Indica por qué las siguientes configuraciones electrónicas de átomos en estado fundamental son
incorrectas: i) 1s2 2s2 2p5 3s1; ii) 1s2 2s1 2p6 3s2; iii) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2; iv) 1s3 2s2 2p4
b) Indique los posibles valores de los tres primeros números cuánticos correspondientes al orbitales 3p.
Sol.: a) i) 1s2 2s2 2p6 ; ii) 1s2 2s2 2p6 3s1; iii) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2; iv) 1s2 2s2 2p5; b) (3, 1,+1), (3, 1, 0), (3, 1,-1)
1.5. Sabiendo que la energía que posee el electrón de un átomo de hidrógeno en su estado fundamental es
13,625 eV, calcule:
a) La frecuencia de la radiación necesaria para ionizar el hidrógeno.
b) La longitud de onda en nm y la frecuencia de la radiación emitida cuando el electrón pasa del nivel n =
4 al n = 2
Datos: h =6,62·10-34 J·s; e = 1,6·10-19 C; c = 3·108 m·s-1. Madrid septiembre 2006
Sol.: a) f = 3,29·1015 Hz; b)  = 486 nm; f = 6,17·1014 Hz.
Prof. José Moreno Sánchez
Unidad 1. Estructura de la materia.-
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I.E.S. Juan Gris
Departamento de Física y Química
QUÍMICA
I.E.S. Juan Gris
Química 2º Bachillerato
Grupo:
Calificación
Alumno/a:
Unidad 1: Estructura atómica
Fecha de entrega:
Ejercicios para entregar
1.1 El elemento de número atómico 12 se combina fácilmente con el elemento de número atómico 17. Indique:
a) La configuración electrónica de los dos elementos en su estado fundamental.
b) El grupo y el periodo al que pertenece cada uno.
c) El nombre y el símbolo de dichos elementos y del compuesto que pueden formar.
d) El tipo de enlace y dos propiedades del compuesto formado.
Madrid cuestión G junio 2010
1.2 Considerando el elemento alcalinotérreo del tercer periodo y el segundo elemento del grupo de los
halógenos:
a) Escriba sus configuraciones electrónicas.
b) Escriba los cuatro números cuánticos posibles para el último electrón de cada elemento.
c) ¿Qué tipo de enlace corresponde a la unión química de estos dos elementos entre sí? Razone su
respuesta.
d) Indique los nombres y símbolos de ambos elementos y escriba la fórmula del compuesto que forman.
Madrid Cuestión G sept 2010
1.3 Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, justificando en cada caso su respuesta:
a) La configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 corresponde al estado fundamental de un
átomo.
b) La configuración electrónica 1s2 2s2 2p7 3s1 es imposible.
c) Las configuraciones electrónicas 1s2 2s2 2p6 3s1 3p1 y 1s2 2s2 2p5 2d1 3s2 corresponden a dos estados
posibles del mismo átomo.
d) La configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 corresponde a un elemento alcalinotérreo.
Madrid junio 2011.
1.4 Considere los elementos de números atómicos Z = 7, 9, 11 y 16.
a) Escriba sus configuraciones electrónicas, el nombre, el símbolo y el grupo del Sistema Periódico al que
pertenecen.
b) Justifique cuál tendrá mayor y cuál tendrá menor primer potencial de ionización.
c) Indique el compuesto formado entre los elementos de Z = 9 y Z = 11. Justifique el tipo de enlace.
d) Escriba la configuración electrónica del anión más estable del elemento de Z = 16, e indique el nombre y
el símbolo del átomo isoelectrónico.
Madrid Junio 2012
Prof. José Moreno Sánchez
Unidad 1. Estructura de la materia.-
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