3 ra semana cepre unmsm

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3 ra semana cepre unmsm

  1. 1. TERCERA PRÁCTICA DIRIGIDA DE QUÍMICA UNMSM TEMA: ESTRUCTURA ATÓMICA ESTRUCTURA ATÓMICA El átomo es la porción de materia mínima de un elemento químico que conserva las propiedades de dicho elemento, el cual es considerado como un sistema energético en equilibrio dinámico, que tiene dos regiones: el núcleo atómico y la envoltura electrónica. El núcleo está en el centro y es muy pequeño con respecto al volumen del átomo, el núcleo contiene las partículas subatómicas denominadas protón y neutrón (nucleones) y son las que determinan la masa del átomo. La envoltura electrónica tiene un gran volumen, y es generada por los electrones que tienen masa despreciable y se encuentran girando a una gran velocidad alrededor del núcleo. CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS PARTÍCULA SUBATÓMICA Electrón (Thompson) Protón (Rutherford) Neutrón (Chadwick) MASA (kg) 9,109x10-31 1,672x10-27 1,675x10-27 CARGA ABSOLUTA -1,6x10-19C +1,6x10-19C 0 PROPIEDADES IMPORTANTES + 1. Número Atómico (Z): Z = # p Sólo si el átomo es neutro: # e − =# p + 2. Número de masa (A) A =N+Z ⇒ N= A−Z 3. Representación de un núclido atómico Neutro Iónico A Z E A Z E X± E: símbolo X: carga NOTA: 1. En el núcleo atómico hay otras partículas subatómicas (mesones, neutrinos, hiperones, etc.) pero los de mayor importancia en química son los protones y neutrones. 2. Los quarks son la porción más pequeña de la materia, que conforman a algunas partículas subatómicas. 3. En un átomo neutro la carga eléctrica total es igual a cero, y se cumple: # protones = # electrones (átomo neutro) TIPOS DE ÁTOMOS 1. ISÓTOPOS O HILIDOS Son átomos del mismo elemento químico que tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones y diferente número de masa (=Z, ≠ A, ≠ n). Los isotopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas pero diferentes propiedades físicas. Ejemplo: Isótopos del elemento cloro: Página | 1
  2. 2. “Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático” 35 Cl 17 37 Cl 17 Cloro – 35 Cloro – 37 2. ISÓBAROS Son átomos de elementos químicos diferentes, que tienen igual número de masa, pero diferente número de protones y de neutrones (≠Z, = A, ≠n). Los átomos que son isóbaros tienen diferentes propiedades químicas y físicas. Ejemplo: 40 Ar 18 40 K 19 40 Ca 20 3. ISOTONOS Son átomos de elementos químicos diferentes que tiene igual número de neutrones, pero diferente número de protones y diferente número de masa. (≠Z, ≠A, =n). Los isótonos tienen propiedades químicas y físicas diferentes. Ejemplo: 11 B 5 12 C 6 13 N 7 MODELOS ATÓMICOS MODELO Modelo de Dalton Modelo de Thomson Modelo de Rutherford Modelo de Bohr Modelo de la mecánica cuántica CONCEPTOS BÁSICOS Discontinuidad de la materia Los átomos del mismo elemento tienen igual masa y propiedades (no se considera el concepto de isótopos) En 1926, Erwin Schrödinger desarrolló una ecuación que interpreta el carácter de onda del electrón utilizando la relación matemática de De Broglie y el Principio de Incertidumbre de Heisemberg. Actualmente, en base a la ecuación de Schrödinger y a otros estudios adicionales, el electrón de un átomo se puede describir por cuatro números cuánticos NÚMEROS CUÁNTICOS ) Son aquellos parámetros numéricos que describen los estados energéticos del electrón y proporcionan tres características fundamentales del orbital. Su tamaño o volumen efectivo, su forma geométrica espacial y la orientación espacial que adopta bajo la influencia de un campo magnético externo NÚMERO CUÁNTICO Número cuántico principal (n) Número cuántico secundario (l) Número cuántico magnético (m) Número cuántico de spin (s) VALORES REPRESENTA Nivel de energía 1,2,3,4,5,6,7,8,……….∞ 0, 1, 2, 3,……., (n-1) s p d Subnivel de energía f Orbital - l……….0…………+ l +1/2 ; - 1/2 Giro del electrón NOTACIÓN CUÁNTICA DE UN SUBNIVEL Para ello se requiere los dos primeros números cuánticos: El átomo se considera como una esfera de carga positiva, con los electrones repartidos como pequeños gránulos. Conceptos de núcleo y envoltura electrónica Los electrones giran generando una nube electrónica de gran volumen, alrededor del núcleo muy pequeño (modelo planetario) Basándose en conceptos previos y postulados plantea: la existencia de órbitas, cada una de las cuales se identifica por un valor de energía, si el electrón se desplaza de un nivel a otro lo hace absorbiendo o emitiendo energía. Plantea el concepto de orbital El orbital queda definido por tres números cuánticos (n, l, m) Por ejemplo: 3d7 Se lee: en tercer nivel de energía, el subnivel d contiene 7 electrones DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA ) Es el ordenamiento de los electrones en niveles, subniveles y orbitales. Para ello se basa en los siguientes principios: 1) Principio de construcción Llamado también principio de Aufbau; “Los electrones se distribuyen en subnivel en orden Página | 2
  3. 3. “Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático” creciente a su energía relativa”. Considerando los 7 niveles de energía, se tiene: NIVELES CAPAS 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P S2 S2 S2 S2 S2 S2 P6 P6 P6 P6 P6 P6 d10 d10 d10 d10 d10 f 14 S U B N I 1 K f 14 32 32 V E L E S # Máximo de electrones por nivel 2 8 18 18 7 Q S2 8 Regla práctica (en forma lineal) 2) Principio de máxima multiplicidad (Regla de Hund) “Los electrones deben ocupar todos los orbitales de un subnivel dado en forma individual antes de que se inicie el apareamiento”. Estos electrones desapareados tienen el mismo sentido de giro. 2p 4 ↑↓ ↑↓ Incorrecto 2p x 2py 2p z 2p 4 SEMANA Nº 3: ESTRUCTURA ATÓMICA 1. Respecto a la estructura atómica, marque la secuencia de verdadero (V) o falso (F), según corresponda. I. La masa del átomo está determinada por los nucleones. II. El número de protones identifica a un átomo. III. Los electrones poseen masa y carga representativa. IV. La carga del núcleo siempre es positiva. A) VFFF D) VVVV B) VFVF C) FVVF E) VVFV 2. El modelo atómico: Conceptos básicos: a) Thompson b) Rutherford c) Böhr d) Mecánico-cuántico e) Dalton ( ) existencia de orbitas, niveles definidos de energía ( ) partícula indivisible más pequeña ( ) electrones repartidos en una masa positiva. ( ) tamaño del núcleo aprox.1/10 000 del tamaño del átomo. ( ) nubes de electrones, orbital A) caebd D) dabce B) ceabd C) ebcad E) badce ↑↓ ↑ ↑ Correcto 2p x 2py 2p z 3) Principio de exclusión de Pauli “Dos electrones de un átomo no pueden tener los cuatro números cuánticos iguales, se deben diferenciar por lo menos en el número cuántico spin magnético (s)” 3. Un átomo neutro ha formado un anión divalente representado en el siguiente esquema Marque la alternativa INCORRECTA: A) En ambas especies, el número de neutrones es 44. B) En (I) y (II), el número de protones es el mismo (Z no cambia). C) En la especie (II), hay 36 electrones. D) El número de partículas fundamentales es 112 en ambas especies. E) En (I) y (II), la carga del núcleo es +34. 4. El cobre es un metal conocido desde la antigüedad, se utiliza en cables eléctricos y en la fabricación de Página | 3
  4. 4. “Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático” monedas. Su número atómico es 29 y presenta dos isotopos estables cuyos números de masa son 63 y 65; sus porcentajes de abundancia son 69,09% y 30,91%; y cuyas masas atómicas son 62,93 uma y 64,9278 uma respectivamente. Marque la alternativa INCORRECTA. A) Los isótopos tienen iguales propiedades químicas pero diferentes propiedades físicas. B) Su masa atómica promedio del elemento cobre es 63,55 uma. C) Ambos isótopos tienen 29 protones en el núcleo. D) Los dos isótopos tienen el mismo número de nucleones. E) Los isótopos descritos son átomos del elemento cobre. 5. Marque la alternativa que contiene la combinación INCORRECTA de números cuánticos. A) (3, 2, –2,+1/2) C) (4, 0,+1,+1/2) D) (3, 2,+1,+1/2) B) FVVV C) VVFF E) FFVV 8. Ordene los siguiente subniveles en orden creciente de energía: 7s 3d 2p 5s 4f A) 3d 2p 5s 7s 4f C) 2p 3d 5s 4f 7s D) 3d 5s 2p 7s 4f B) 2p 3d 5s 7s 4f E) 5s 7s 2p 3d 4f 9. Complete: para n = 3 los valores que puede tomar l son ___, ___, ___ mientras que el subnivel 3d se forma cuando l = ______. A) –3, –2, –1, +1, +2, +3, B) 0, 1, 2, C) 0, 1, 2, 3, D) –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 E) 0, 1, 2, 3 l=3 l=2 l=2 l=2 l=0 B) (4, 0, 0, –1/2) E) (3,2, –1,+1/2) 6. Para el conjunto de números cuánticos (3, 2,-2, –1/2) que ubican al último electrón de un átomo neutro en estado basal. Marque la secuencia de verdad (V) o falsedad (F) según corresponda. I. El átomo tiene 26 protones II. Tiene 8 electrones con l = 0 y 12 electrones con l = 1 III. Tiene 7 subniveles y 11 orbitales llenos respectivamente IV. Tiene 4 electrones paralelos o desapareados A) VFVV D) VFFV A) VVVV D) VVFV B) VVFV C) VVVV E) VVFF 7. Para la siguiente configuración electrónica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Marque la secuencia de verdad (V) o falsedad (F) corresponda. I. La suma de n + l + m l para el último electrón es 5. II. Tiene 2 niveles, 4 subniveles y 8 orbitales respectivamente llenos. III. El conjunto de números cuánticos para el último electrón del subnivel de menor energía es (1, 0, 0, –1/2). IV. El subnivel más externo y de mayor energía es 3p. 10. Dos átomos X e Y tienen el conjunto de números cuánticos para su último electrón (3, 0, 0, +1/2), (3, 1, 0, –1/2) respectivamente. Marque la secuencia de verdad (V) o falsedad (F) según corresponda: I. X tiene 3 electrones “s” mientras que Y tiene 4 electrones “s”. II. X e Y tienen 3 niveles ocupados. III. Para hacerse isoelectrónicos con él 10Ne ; X forma un catión monovalente mientras que Y forma un anión monovalente y se hace isoelectrónico con el 18Ar IV. La suma de los números atómicos de X e Y es 28. A) FVVV D) VVFV 11. Para la especie INCORRECTA. B) VFVV 20Ca 2+ C) FVVF E) FVFV , marque la alternativa A) La combinación de números cuánticos para su último electrón es (3, 1, 1, –1/2). B) Tiene 18 electrones y es isoelectrónico con el 18Ar C) Tiene 20 protones y 9 orbitales llenos. D) Tiene 3 niveles llenos. E) Tiene la misma carga nuclear que su átomo neutro. Página | 4
  5. 5. “Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático” 12. El penúltimo electrón de un átomo neutro en su estado basal tiene los números cuánticos (3, 1,+1, –1/2). Marque la alternativa CORRECTA: A) Si tiene 20 neutrones su número de masa es 38. B) Es isoelectrónico con el 18Ar C) El subnivel 4s es el mayor energía y a su vez el más externo. D) Todos sus orbitales están apareados. E) Tiene 3 niveles llenos. 13. Para el ion 26Fe3+ marque la alternativa incorrecta. A) Tiene 23 electrones B) Su carga nuclear es +26 igual que su átomo neutro C) Tiene 5 electrones paralelos y un orbital vacío D) Tiene 18 electrones apareados E) El conjunto de números cuánticos para el primer electrón del subnivel de mayor energía es (3,2,–2,–1/2) 14. Para un átomo en estado basal cuyo último electrón tiene la combinación (3,1,+1,–½) Marque la alternativa INCORRECTA: A) Tiene 6 pares de electrones con l = 1. B) Tiene 2 niveles llenos. C) El número de orbitales llenos es 9. D) Su número atómico es 18. E) El subnivel de mayor energía tiene 1 electrón desapareado. 15. ¿Cuántos subniveles llenos y electrones desapareados tiene un átomo en cuya configuración electrónica hay solo 3 electrones con n = 3 y ℓ = 2? A) 6 y 4 B) 6 y 5 C) 5 y 4 D) 6 y 3 E) 6 y 5 PRÁCTICA EN CLASE ) 1. Marque la alternativa correcta respecto al átomo. A) Es un sistema energético eléctricamente negativo B) Está formado solo por partículas positivas y negativas. C) Los nucleones son los protones y electrones. D) La carga nuclear está dada por los protones. E) Al perder electrones se convierte en un anión 2. Marque la secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F). I. La masa del protón y electrón son similares. II. El volumen del núcleo es muy pequeño respecto al volumen del átomo. III. La masa del protón es ligeramente menor que la del neutrón. A) FFV D) FVV B) VFV C) VVF E) VVV 3. Marque la secuencia correcta respecto a los iones. a) ଺ଷCu2+ b) ଷହCl1ଶଽ ଵ଻ I. En (a) la suma de protones y neutrones es 63. II. (b) representa a un anión que tiene 16 electrones. III. (a) es un catión y se formó por la pérdida de 2 electrones. A) VVV D) FFF B) VFF C) FVV E) VFV 4. Considerando los modelos atómicos, marque, enunciado incorrecto. A) Para Dalton, todos los átomos de un elemento tienen propiedades idénticas. B) Según Thomson, el átomo era una masa positiva y en ella se encontraban los electrones. C) Rutherford propone que el átomo tiene una zona central positiva y alrededor giraban los electrones. D) Bohr, propone que además de la presencia del núcleo central, alrededor giraban los electrones en órbitas. E) Para Bohr, cuando un electrón salta de un nivel superior a otro inferior absorbe energía 5. Marque la correspondencia número cuántico – descripción. a) Magnético b) Spin c) Principal d) Secundario Página | 5
  6. 6. “Año de la Promoción de la Industria Responsable y del Compromiso Climático” nivel de energía que ocupa el electrón ( ) orientación espacial del orbital atómico ( ) forma de la región del espacio que ocupa el electrón ( ) giro del electrón alrededor de su propio eje ( ) A) cdab D) badc B) dcba C) cadb E) acdb 6. En las siguientes combinaciones de números cuánticos, señale respectivamente el número cuántico incorrecto. I. ( 3,1,1, -1/2) II. ( 4,2, -1, +3/2) III. ( 2,3,+1, +1/2) A) m, l, n D) m, s, l B) l, s, n C) m, l, s E) s, l, n 7. Ordene los subniveles 4f, 3d, 5p y 7s de mayor a menor energía y marque la alternativa correcta. A) 3d, 5p, 7s, 4f B) 5p, 4f, 3d, 7s C) 4f, 7s, 3d, 5p D) 3d, 4f, 5p, 7s E)7s, 4f, 5p, 3d 8. Hallar el número atómico de un elemento cuyo átomo tiene a su electrón de mayor energía tiene como números cuánticos n = 5 y ℓ = 0, siendo un electrón desapareado. A) 35 B) 38 C) 37 D) 36 E) 39 9. Determine el producto de los valores de los números cuánticos del último electrón de un elemento cuyo Z = 34 A) +2 B) -1 C) -2 D) -4 A) FVVF D) VVFF B) VFVF C) FFVF E) FFFV 11. Para un elemento cuyo Z = 35, marque la secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F). I. Su configuración electrónica termina en 4s2 4p3 II. Tiene 4 niveles llenos III. Tiene 18 electrones en el nivel 3. IV. En su capa de valencia hay 5 electrones A) VFVF D) VVV B) VVFV C) FFVF E) FVFV 12. El modelo del átomo en donde el electrón se encuentra en una zona de máxima probabilidad corresponde a A) Bohr B) Thomson C) Dalton D) Schrodingner E) Rutherford 13. Marque la secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F). I. Un orbital “p” posee como máximo 6 electrones II. En un subnivel ℓ =3 existen 7 orbitales III. El número cuántico principal puede tener valores 0, 1, 2,…….etc. IV. El número cuántico secundario tiene valores de 0 hasta (n – 1) A) VFVV D) FVFV B) FFFV C) VVVF E) VVVV 14. El número de electrones en los orbitales de valencia para el Ca(Z=20) y As(Z=33) respectivamente es: E) +1 10. Marque la secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F) con respecto a la plata (Ag) cuyo número atómico es 47. I. Su configuración electrónica es [Kr]5s24d9 II. Tiene 10 subniveles llenos III. Contiene 23 orbitales con electrones apareados IV. Los números cuánticos del último electrón de su ión más estable es ( 4,2,+2, +1/2 ) A) 1 y 5 D) 1 y 6 B) 2 y 3 C) 2 y 5 E) 5 y 4 15. Determine el número atómico de un átomo que tiene solo 7 orbitales llenos. A) 14 B) 30 C) 18 D) 16 E) 20 Profesor: Antonio Huamán Navarrete Lima, Enero del 2014 Página | 6

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