Estructura atómica y sistem.Actividades

Estructura atómica y Sistema Periódico

Actividades

1.- ¿Quién adquiere mayor energía en un determinado campo eléctrico: un protón o un electrón? ¿Y quién mayor velocidad?

2.- Calcular la velocidad de los electrones emitidos en un tubo de rayos catódicos cuando entre el ánodo y el cátodo se establece una d.d.p. de 10.000 V. ¿Qué energía posee cada uno de esos electrones? La masa del electrón es 9,110-31 kg y su carga eléctrica, en valor absoluto, 1,610-19

C.Solución: 5,93107 m/s; 1,610-15 J

3.- ¿Cuál es la máxima velocidad alcanzada por el electrón en el campo eléctrico existente entre dos placas cargadas con una d.d.p. de 100 V? Solución: 5,93106

m/s

4.- Un gramo de radio emite 13,81010 partículas alfa por segundo. En una experiencia realizada durante 1 año con 1 g de radio se observó que en ese tiempo se recogieron 0,158 cm 3 de helio, medidos en condiciones normales. Se sabe que 1 litro de helio en c.n. pesa 0,179 g y que la masa atómica de dicho elemento es 4,003. A partir de estos datos experimentales, deducir el valor del número de Avogadro. Solución: 6,161023

partículas/mol

5.- La plata natural está constituida por una mezcla de dos isótopos de números másicos 107 y 109 que intervienen en las proporciones respectivas del 56% y 44%. Deducir el peso atómico de la plata natural. Solución: 107,88

6.- En la naturaleza existen dos isótopos del carbono: el C-12, a quien se refieren en la actualidad todas las masas atómicas y moleculares y el C-13, cuya masa isotópica es 13,00335. Sabiendo que la masa atómica del carbono natural es 12,01115, calcular la abundancia porcentual en la naturaleza de cada uno de los isótopos. Solución: 98,9% de C-12 y 1,1% de C-13

7.- El silicio natural consta de una mezcla de tres isótopos: el 28Si que abunda un 92,28% y cuya masa isotópica es 27,977; el 29Si, de masa isotópica 28,976 y cuya abundancia es 4,67% y el 30Si, que abunda un 3,05% y de masa isotópica 29,974. Calcular la masa atómica del silicio. Soluc.: 28,085

8.- ¿Qué liberación de energía supondría una pérdida de masa equivalente a una unidad de masa atómica? Datos: 1 u = 1,6610-27 kg; c = 3108 m/s. Solución: 933,75 MeV

9.- Calcular la energía de ligadura y la energía de ligadura por nucleón en el átomo de litio (A = 7, Z = 3). Datos: masa atómica del litio = 7,01645 u; masa del protón = 1,00756 u; masa del neutrón = 1,00893 u; masa del electrón = 0,00055 u. Solución: 40,6 MeV; 5,8 MeV

10.- Calcular la longitud de onda y la frecuencia de la radiación comprendida en la serie de Balmer cuando: a) K = 3, b) K = 5. Solución: a) 6.560 Å; 4,571014 Hz; b) 4.340 Å; 6,911014

Hz

11.- ¿Qué energía poseen los fotones correspondientes a las radiaciones calculadas anteriormente para la serie de Balmer cuando: a) K = 3, b) K = 5?. Solución: a) 1,89 eV; b) 2,86 eV

Esteban F. Cano García


12.- Calcular la frecuencia de la cuarta línea de la serie de Balmer. Solución: 7,3161014

Hz

13.- El número de ondas de una línea de la serie de Lyman es 97.547 cm -1. Tomando como valor para la constante de Rydberg, R = 109.740 cm-1, calcular el valor de K. Solución: 3

14.- Calcular el valor de la energía que se libera cuando el electrón de un átomo de hidrógeno excitado pasa del nivel 4 al nivel 3. Solución: 0,66 eV

15.- Supongamos que pudiera excitarse un átomo de hidrógeno de tal manera que la órbita recorrida por el electrón tuviera un diámetro de 10-5 m. ¿Cuál será el valor de n para dicha órbita? Soluc.: 307

16.- A partir de la expresión matemática del primer postulado de Bohr y del valor del radio correspondiente a la primera órbita en el átomo de hidrógeno, deducir la velocidad que deberá poseer un electrón situado en ella. Solución: 2,19106

m/s

17.- Para cada una de las órbitas sucesivas del electrón del átomo de hidrógeno, definidas en la teoría de Bohr por los números cuánticos n = 1, 2, 3, 4 y 5, calcular: a) el radio, en Å, de la órbita correspondiente; b) la fuerza de atracción entre el núcleo y el electrón en cada una de las órbitas; c) la velocidad del electrón; d) la energía total del electrón, expresada en eV.

Solución: a) 0,5292 Å; 2,167 Å; 4,763 Å; 8,467 Å; 13,23 Å; b) 8,2410-8 N; 5,1510-9 N; 1,01710-9 N; 3,2210-10 N; 1,3210-10 N; c) 2,19106 m/s; 1,09106 m/s; 7,29105 m/s; 5,47105 m/s; 4,38105 m/s; d) –13,6 eV; -3,4 eV; -1,51

eV; -0,85 eV; -0,54 eV

18.- El color amarillo de la luz de vapor del sodio proviene de la raya D del espectro visible de dicho elemento. La longitud de onda correspondiente a dicha raya es de 5.890 Å. Calcular la diferencia de energía de los niveles electrónicos del átomo de sodio correspondiente a dicha transición, expresando el resultado en J/átomo y en eV/átomo. En realidad, dicha raya D está constituida por un doblete: D1 = 5.890 Å y D2 = 5.896 Å. ¿Cuál será de entre ambas rayas la que corresponde a un salto de mayor energía? Razonar la respuesta. Solución: 3,3710-19 J/át; 2,11 eV/át; D1

19.- Para ionizar un átomo de sodio se precisan 118,5 kcal/mol. Si esta energía es de procedencia luminosa, ¿cuál será la frecuencia más baja posible de un haz luminoso capaz de efectuar tal ionización? Solución: 1,241015 Hz

20.- Calcular la longitud de onda y la frecuencia correspondientes a la radiación emitida por el átomo de hidrógeno cuando un electrón salta desde la órbita n = 2 a la órbita n = 1.

Solución: 1,210-7 m; 2,51015 Hz

21.- Calcular la longitud de onda de un fotón emitido por un átomo de hidrógeno, cuando su electrón desciende del nivel n = 3 al nivel n = 2. Datos: E3 = -0,57910-19 cal; E2 = -1,30210-19 cal; h = 1,5810-34 cals. Solución: 6.556 Å

22.- Calcular la longitud de onda de la segunda línea de la serie de Lyman del hidrógeno, sabiendo que el número de ondas de la primera línea de dicha serie es 82.305 cm-1. Solución: 1.025,2 Å

23.- Al excitar un átomo de hidrógeno, su electrón se sitúa en otro nivel energético, absorbiendo 12 eV. Calcular la longitud de onda y la frecuencia de la radiación emitida al retornar el electrón a su estado inicial. Solución: 1.034 Å; 2,91015

Hz



24.- Calcula la energía de un fotón de luz roja de 6103 Å de longitud de onda. Solución: 3,3110-19

J

25.- Calcular la longitud de onda de un fotón cuya energía es 600 eV. Solución: 2,0710-9

m

26.- La longitud de onda umbral para que una cierta superficie metálica emita electrones es 6.000 Å. Se observó que si esa superficie fotosensible se ilumina con luz de 4.000 Å, los electrones son emitidos con una velocidad de 6,06105 m/s. Deducir el valor de la constante de Planck.

Solución: 6,6810-34 Js

27.- ¿Qué energía posee un electrón arrancado al aluminio por una luz de frecuencia 81014 Hz? La frecuencia umbral del aluminio es 61014 Hz. Solución: 1,3310-19

J

28.- La frecuencia umbral de cierto metal es 8,81014 Hz. Calcula la velocidad máxima de los electrones emitidos por ese metal cuando se ilumina con luz cuya longitud de onda es 2.536 Å. ¿Qué energía cinética poseen esos electrones? Solución: 6,6105 m/s; 1,25 eV29.- Una radiación monocromática, de frecuencia 7,51014 s-1, incide sobre una lámina de potasio. La longitud de onda umbral del potasio es 0,55 m. calcular: a) la energía mínima precisa para extraer un electrón, b) la energía que adquiere el electrón. Solución: 3,610-19 J; 1,3610-19

J

30.- Una superficie de cierto metal emite electrones cuya energía cinética equivale a 3 eV cuando se ilumina con luz de longitud de onda 1.500 Å. ¿Cuál es el valor de la frecuencia umbral de ese metal? Solución: 1,281015 s-

1

31.- La energía umbral de cierto metal es 1 eV. Iluminando una superficie de dicho metal, se observa que los electrones emitidos poseen una energía cinética de 1,5 eV. ¿Con qué frecuencia de luz fue iluminado? Solución: 61014

Hz

32.- Calcula, en eV, la energía de los fotones de una onda de radio de 5 MHz de frecuencia. Solución: 2,0710-8 eV

33.- Deducir el intervalo de energía de los fotones correspondientes al espectro visible, que comprende desde 4.000 Å hasta 7.000 Å de longitud de onda. Solución: desde 1,77 eV hasta 3,10 eV

34.- Al iluminar potasio con luz amarilla del sodio de = 5.890 Å se liberan electrones de energía 0,57710-19 J. Al iluminar el potasio con luz ultravioleta de una lámpara de mercurio de = 2.537 Å se liberan electrones con una cierta energía de 5,03610-19 J. Deducir: a) el valor de la constante de Planck, b) el trabajo de extracción del potasio. Solución: 6,62510-34 Js; 1,75 eV

35.- La longitud de onda umbral correspondiente a cierto metal es 3.000 Å. Calcular: a) el trabajo de extracción de dicho metal; b) la velocidad máxima de los fotoelectrones emitidos por él cuando es incidido por luz de 2.000 Å de longitud de onda. Solución: 4,14 eV; 8,53105

m/s



36.- Calcular la cantidad de movimiento (momento lineal) de un fotón de luz roja cuya frecuencia es 4,41014 s-1. Solución: 9,7210-28

kgm/s

37.- Calcular la longitud de onda asociada a un electrón que se mueve entre dos puntos a y b de un campo eléctrico cuya diferencia de potencial es 100 V. Datos: masa del electrón = 910-31 kg; carga del electrón = 1,610-19 C. Nota: no efectuar la corrección relativista de la masa. Soluc.: 1,24 Å

38.- La longitud de onda de la onda asociada a un electrón que ha sido acelerado con una d.d.p. es 0,129 Å. ¿Cuál es el valor de esa d.d.p.? Se supone que no hay variación en la masa del electrón.

Solución: 9.062,5 V

39.- Calcular la velocidad de una partícula que lleva una onda asociada cuya longitud de onda es igual a la de un electrón que se mueve con una velocidad de 1,5104 km/s. Solución: 2,05 km/s

40.- Cierto elemento radiactivo emite partículas que tienen una energía de 4,8 MeV. Sabiendo que la masa de una partícula es 6,6210-24 g, ¿cuál es la longitud de onda de De Broglie asociada a una de estas partículas? Solución: 6,5710-

15 m

41.- Calcular la masa equivalente de un fotón asociado a una radiación de frecuencia 1015 Hz.Solución: 7,3610-36 kg

42.- Como es sabido, cada electrón dentro de un átomo se caracteriza por un conjunto de cuatro números cuánticos, conjunto que es irrepetible dentro de un mismo átomo. Supongamos cuatro electrones de un átomo representados por sus cuartetos de números cuánticos. Dar contestación razonada a los siguientes puntos: a) ¿Son correctos todos los cuartetos de números cuánticos o hay alguno(s) imposible(s)?. b) Indicar el tipo de orbital atómico en que se encuentra cada electrón “correcto” y dibujar las formas geométricas de los que se conozcan. c) Ordenar los electrones según un criterio de energía creciente.

n ℓ m sElectrón 1 4 1 -1 -Electrón 2 3 1 2 -Electrón 3 1 0 0 +Electrón 4 4 2 0 -

43.- Describir la estructura del átomo de aluminio (Z = 13; A = 27).

44.- Si el número cuántico principal es 4, ¿qué valores pueden tomar ℓ, m y s?

45.- ¿Cuántos electrones diferentes pueden existir con n = 4 y ℓ = 3?

46.- Explicar por qué estas notaciones no son correctas para el átomo de nitrógeno:



47.- Indicar cuál o cuáles de los siguientes grupos de tres valores correspondientes a n, ℓ y m son permitidos: a) (3,-1,1); b) (1,1,3); c) (4,2,0); d) (0,0,0); e) (5,3,-3); f) (3,1,1). Si no son permitidos, explicar por qué.

48.- Dar los cuatro números cuánticos del último electrón que forma parte de los elementos que tienen los siguientes valores de Z: 1, 2, 24.

49.- Teniendo en cuenta los valores que pueden tener los números cuánticos, deducir razonadamente: a) los electrones que puede haber en un orbital s, b) los electrones que caben en un subnivel p, c) los electrones que puede haber en el nivel n = 2, d) la configuración electrónica de los elementos Z = 18 y Z = 26.

50.- Indicar los cuatro números cuánticos que caracterizan a cada uno de los seis electrones del carbono en su estado fundamental.51.- Indicar si las siguientes configuraciones electrónicas corresponden a un átomo en estado fundamental, en estado excitado, o si no son válidas: a) 1s1 2s2 2p3 3s1; b) 1s2 2s2 2p4; c) 1s1 2s3 2p6 3s2; d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1; e) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 4s1.

52.- Sean las configuraciones electrónicas de los átomos neutros: A (1s2 2s2 2p6 3s1) y B (1s2 2s2 2p6 6p1). Razonar si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) A y B representan elementos distintos, b) Se necesita energía para pasar de A a B, c) Se requiere una menor energía para arrancar un electrón de B que de A.

53.- Calcular en erg/át y en eV/át la diferencia de energías entre los orbitales 1s y 2p del átomo de cobre, sabiendo que la frecuencia de la radiación emitida en la transición electrónica 2p1s es 1,951012 MHz. Solución: 1,2910-8 erg/át; 8.074 eV/át

54.- Los elementos de números atómicos 7 y 15, que pertenecen al mismo grupo del Sistema Periódico, pueden actuar con la valencia 3 el primero, y con las valencias 3 y 5 el segundo. ¿De qué elementos se trata? Justificar las valencias en base a sus configuraciones electrónicas.

55.- ¿Cómo se explica que el nitrógeno y el bismuto pertenezcan al mismo grupo del Sistema Periódico, siendo así que el nitrógeno es un gas y el bismuto un metal sólido?

56.- ¿Por qué los únicos metales de transición que forman compuestos estables con número de oxidación +1 son el cobre, la plata y el oro?

57.- ¿Por qué el calcio (Z = 20) y el cinc (Z = 30) no están situados en el mismo grupo de la Tabla Periódica, si ambos tienen dos electrones en el nivel más externo?

58.- Escribe la estructura electrónica completa del flúor y del cloro y deduce qué analogías existen entre estos dos elementos. Deduce también algunas de sus propiedades.

59.- El átomo de sodio tiene de número másico 23 y ocupa el undécimo lugar en la Tabla Periódica. Explica la constitución de su núcleo y su configuración electrónica y deduce sus propiedades físicas y químicas más significativas.

60.- ¿Por qué la configuración electrónica del cromo es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 y no 1s2 2s2 2p6

3s2 3p6 4s2 3d4?



61.- Los iones fluoruro y sodio tienen igual número de electrones, pero el radio del primero es mayor que el del segundo. ¿Por qué?

62.- Ordenar de menor a mayor radio las siguientes especies químicas: Be2+, Be, He, Ba2+, Ba, Xe, Na, Na+, Ne, Cl, S y S2.

63.- Indicar en los siguientes pares de iones cuál es de mayor radio: Na+ y Mg2+; Se2 y Cl; Cu2+ y Zn2+; S2 y S2+; S2 y F; Li+ y Be2+; Au+ y Au3+.

64.- De los iones Fe2+ y Fe3+, ¿cuál tendrá mayor radio? Razonar la respuesta.

65.- En los grupos de elementos siguientes: a) B, N, F, Ne; b) Mg, Ca, Sr, Ba, Hg. I) Ordenar de menor a mayor energía de ionización, II) Ordenar de menor a mayor electronegatividad, III) Indicar a qué grupo del Sistema Periódico pertenece cada elemento.66.- ¿Qué puedes decir acerca de las propiedades químicas del elemento de número atómico Z = 3?

67.- Ordenar los siguientes elementos según su energía de ionización creciente: F, Na, Cs y Ne.

68.- Las especies químicas H, He+ y Li2+ son isoelectrónicas. ¿Cuál de ellas posee: a) mayor energía de ionización?, b) mayor radio?

69.- Ordenar los siguientes elementos según su energía de ionización creciente: Ca, Rb, Mg. ¿Cuál de los siguientes átomos posee mayor radio y cuál menor: Mn, Co, Ca, Ba?

70.- Sabiendo que la energía de ionización del litio es 5,39 eV/átomo, calcular la energía necesaria para producir 5 moles de electrones a partir de litio en estado gaseoso y fundamental. Soluc.: 2,6106

J

71.- La primera energía de ionización del sodio es 119 kcal/mol. Calcular la frecuencia más baja del haz luminoso capaz de efectuar dicha ionización. Sabiendo que la longitud de onda de la luz visible en el vacío está comprendida entre 3.900 Å y 7.800 Å, determinar si la anterior radiación pertenece al espectro visible, al infrarrojo o al ultravioleta. Solución: 1,251015 Hz; al ultravioleta

72.- Una de las propiedades periódicas más interesantes de los átomos, de gran importancia en la interpretación del enlace iónico, es su energía (o potencial) de ionización. En relación con la misma, responder razonadamente a los siguientes puntos: a) Las primeras energías de ionización (en kJ/mol) de una serie de átomos consecutivos en el Sistema Periódico son: A, 1.090; B, 1.400; C, 1.310; D, 1.660; E, 2.084; F, 494. ¿Cuál de todos ellos es más probable que sea un metal alcalino y cuál un halógeno?; b) Las energías de ionización sucesivas (en eV/átomo) del berilio (Z = 4) son 9,3; 18,2; 154; 218. ¿Cuál es la razón de la brusca variación al pasar de la segunda a la tercera energía de ionización?

73.- Dado un elemento cualquiera del Sistema Periódico, comparar su radio atómico y su energía de ionización: a) con el elemento de la casilla de la derecha; b) con el elemento de la casilla de abajo.

74.- Explicar razonadamente cada una de las siguientes observaciones experimentales: a) Para el aluminio, la diferencia entre la tercera y cuarta energías de ionización es mucho mayor que la existente entre la segunda y la tercera; b) El valor de la primera energía de ionización es mayor para el magnesio que para el sodio; sin embargo, para la segunda energía de ionización sucede lo contrario.



75.- Ordenar de menor a mayor los elementos Kr, Sc, Ca, Br y Cu de acuerdo con el valor de su segunda energía de ionización.

76.- Los átomos A, B, C y D corresponden a los elementos del mismo período y tienen 1, 3, 5 y 7 electrones de valencia, respectivamente. a) ¿Qué fórmula tendrán los compuestos de A y D, y de B y D?; b) El compuesto formado por C y D, ¿será iónico o covalente?; c) ¿Qué elemento tiene la energía de ionización más alta y cuál la más baja?

77.- En cada una de las siguientes parejas: Li y B; Na y Cs; Si y Cl; C y O; Sr y Se, indicar cuáles de los dos elementos tendrá mayor: a) volumen atómico; b) energía de ionización; c) afinidad electrónica; d) carácter metálico; e) electronegatividad.

78.- Ordenar los siguientes elementos según su electronegatividad decreciente: Mg, C, B, F, I, O, N.

79.- Disponemos de cuatro elementos: A, B, C y D, de números atómicos 3, 9, 10 y 40, de los que: a) A es un metal de transición de número de oxidación +4: b) B es un elemento muy inerte; c) DC es un compuesto iónico; d) C2 es un compuesto covalente. ¿Qué número atómico corresponde a cada elemento?

80.- Con respecto a los elementos de números atómicos 11, 14, 35, 38 y 42, se pide: a) ¿A qué grupo del Sistema Periódico pertenece cada uno?; b) ¿Cuáles son metales y cuáles no metales?; c) Ordénalos con respecto a su electronegatividad creciente; d) Ordénalos según el tamaño creciente de sus átomos.

81.- ¿Qué podrías deducir de un átomo que ocupa el décimo lugar en el Sistema Periódico? ¿Es metal o no metal? ¿Por qué? ¿Formará compuestos iónicos? ¿Por qué? ¿Se encontrará libre en la naturaleza? ¿Por qué?

82.- Con la sola utilización del Sistema Periódico, se pide señalar, entre los dos elementos que se mencionan en cada apartado, el que tenga mayor: a) radio atómico, Na o Mg; b) energía de ionización, Mg o Al; c) electronegatividad, Si o S; d) carácter metálico, Na o Al; e) radio atómico, Cl o Br; f) energía de ionización, K o Rb; g) electronegatividad, C o Si; h) carácter metálico, Be o Ba.

83.- A continuación se representa un esquema del Sistema Periódico largo, en el que se han situado algunos elementos, a los que designamos con las letras A, B, C, D, E, F y G. a) Clasificar dichos elementos como elementos representativos del bloque s, del bloque p, de transición, de transición interna y gases nobles; b) Indicar en qué grupo y en qué período se empiezan a ocupar los orbitales 3d; c) Explicar el motivo de que el período que se inicia con el elemento G tenga 14 casillas; d) De los elementos señalados, ¿cuáles son metales y cuáles no?; e) De todos los elementos señalados, indicar cuál será el de mayor electronegatividad y el de electronegatividad más baja.



84.- De las gráficas a) y b) de la siguiente figura, señalar la que represente mejor cada una de las variaciones de propiedades periódicas que a continuación se mencionan: a) radio atómico en un determinado período; b) radio atómico en un determinado grupo; c) energía de ionización en un período; d) energía de ionización en un grupo; e) electronegatividad en un período; f) electronegatividad en un grupo; g) carácter metálico en un período; h) carácter metálico en un grupo.


Documents

Estructura atómica y sistem.Actividades