Ejercicios Propuestos Nº 3. Química General I Profesor Jhonny Medina.

TEMA 3 CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y TABLA PERIÓDICA. A. Números Cuánticos. Significado y Valores Permitidos 1.- Compare los modelos atómicos de Thomson, Rufherford y Bohr.

2.- Mencione el aporte fundamental a la teoría atómica de los siguientes descubrimientos: efecto fotoeléctrico, las propiedades de onda del electrón y el principio de incertidumbre de Heissenberg.

3.- Mencione las principales limitaciones del modelo de Bohr con respecto a los espectros atómicos y a la posibilidad de describir exactamente la trayectoria del electrón.

4.- Establezca las diferencias entre los siguientes términos: a) órbita y orbital; b) nivel y subnivel

5.- Los números cuánticos n y l identifican cada subnivel de energía, los números cuánticos n, l y ml caracterizan a cada orbital y el conjunto n, l, ml, ms identifica a cada electrón. Describa el nivel de energía n = 3 en función de: a) El número máximo de subniveles, b) El número máximo de orbitales, c) El número máximo de electrones.

6.- Completa todos los posibles conjuntos de números cuánticos n, l, ml, ms que describan a los electrones que puedan tener los siguientes valores: a) n = 2;

b) n = 4; l = 3 y ml = +1;

c) n = 5 y l = 2;

d) n= 3; l = 1 y ml = -1

7.- ¿Cuántos y cuales subniveles hay en el nivel de energía n = 4?

8.- Determine los valores de n y l de los siguientes subniveles: a) 2s

b) 3d

c) Ap

d) 5s

e) 4f

9.- Indique el subnivel correspondiente a cada par de valores de n y l? n

l

Nombre del subnivel

3 1 4 2 5 3

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10.- Dados los siguientes conjuntos de números cuánticos (n, l, ml, ms) que describen a cuatro electrones, indique el tipo de orbital que ocupa cada uno de ellos: a) 2,0,0, 1/2

b) 3,0.0,-1/2

c) 3,1,0, 1/2

d) 4,2, -1, - 1/2

11.- Analice los siguientes conjuntos de números cuánticos (n, l, ml, ms) que describen a seis electrones y determine cuáles de ellos están en el mismo nivel, cuáles están en el mismo subnivel y cuáles en el mismo orbital: a) 3,1,1,1/2 b) 4,1,-1,-1/2 c) 6,2,0, 1/2

d) 4,1,0,1/2 e) 3, 2, 2, 1/2 f) 4,1,-1,1/2

12.- Determine el número máximo de electrones en los siguientes subniveles: a) 3p

b) 6s

c) 4f

d) 5d

13.- Escriba el conjunto de números cuánticos que describen a un electrón en cada uno de los siguientes orbitales: a) 4d

b) 5f

c) 2p

d) 3s

14.- Compare: a) La geometría y el tamaño de un orbital 1s con la de un orbital 2s. b) La geometría de un orbital 1s con la de un orbital 2p.

15.- ¿Cuáles son los posibles valores del número cuántico del momento angular (1) asociados con el número cuántico principal n = 3 (nivel 3)? ¿Cuántos subníveles existen en el nivel 3? ¿Qué nombre recibe cada uno de los subniveles asociados con el nivel 3?

16.- ¿Cuáles son los posibles valores del número cuántico del momento angular (1) asociados, con el número cuántico principal n = 5 (nivel 5)? ¿Cuántos subniveles existen en el nivel 5? ¿Qué nombre recibe cada uno de los subniveles asociados con el nivel 5?

17.- ¿Cuáles son los posibles valores del número cuántico del momento magnético (ml) asociados con el número cuántico del momento angular, l = 1? ¿Cuántos orbitales existen en el subnivel asociado al número cuántico del momento angular, 1 = 1?

18.- ¿Cuáles son los posibles valores del número cuántico del momento magnético (ml) asociados con el número cuántico del momento angular, 1 = 3? ¿Cuántos orbitales existen en el subnivel asociado al número cuántico del momento angular, 1= 3? Semestre 2-2012: Ejercicios Tomados de la Guía de Ejercicios del Profesor Alfredo Castillo y de la Guía de ejercicios de la Cátedra de Química General I. 2

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19.- ¿Cuáles son los posibles valores del número cuántico del momento magnético (ml) asociados con el subnivel 3d? ¿Cuántos orbitales existen en el subnivel 3d? ¿Cuál es el número máximo de electrones que pueden existir en el subnivel 3d?

20.- ¿Cuál es el número máximo de subniveles, orbitales y electrones que pueden existir en el nivel 2?

21.- ¿Cuál es el número máximo de orbitales y de electrones que pueden existir en el subnivel asociado con el número cuántico del momento angular 1 = 2?

B. Configuración Electrónica. Tabla Periódica 22.- Para cada par de orbitales determine en cuál de ellos el electrón tiene mayor energía: a) 1s ó 2s

b) 2px ó 2py

c) 2p ó 3s

d) 3s ó 3p

e) 3d ó 4s

f) 4f ó 5s

23.- Explique en qué consiste: a) El principio de exclusión de Pauli, b) La regla de Hund 24.- La configuración electrónica del carbono en su estado fundamental es 1s22s22p2. a) Indique el número de electrones desapareados y determine si este elemento es una especie diamagnética o paramagnética. b) ¿Cuántos de los electrones del carbono tienen n = 1? c) ¿Cuántos de los electrones del carbono tienen l = 0?

25.- ¿Qué tienen en común las configuraciones electrónicas de los elementos del bloque p?

26.- Las siguientes configuraciones electrónicas corresponden al elemento Z = 14. Indique razonadamente cuáles de ellas corresponden al estado fundamental, a estados excitados o son incorrectas? a) 1s22s22p63s23p64s2

b) 1s22s22p63s23p2

c) 1s22s22p63s23p3f

d) 1s22s22p53s33p2

e) 1s22s22p63s3p3

f) 1s22s22p63s23p4s

21.- Los siguientes diagramas de orbitales corresponden al elemento Z = 7. Indique razonadamente cuál corresponde al estado fundamental y cuáles corresponden a estados excitados o son incorrectos.

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28.- De acuerdo con la Regla de Hund, indique cuál de las siguientes configuraciones electrónicas es más estable para el elemento Z = 24: a) 1s22s22p63s23p64s23d4

b) 1s22s22p63s23p64s3d5

29.- Escriba la configuración electrónica y determine en cada caso (sin usar la Tabla Periódica): i) El número de electrones desapareados y de electrones de valencia. ii) Propiedades magnéticas (diamagnético o paramagnético) íii) Grupo y Período de la Tabla Periódica al cual pertenecen a) Z = 15 b) Z = 19 c) Z = 35 d) Z = 36

30.- Con base en la configuración electrónica, escriba el conjunto de los números cuánticos que caracterizan a los electrones en el último subnivel de los siguientes átomos: a) Z = 7

b) Z = 10

c) Z = 11

d) Z = 17

31.- Explique por qué en el tercer período de la Tabla Periódica hay 8 elementos y en el cuarto hay 18.

32.- Con base en las configuraciones electrónicas, clasifique (sin usar la Tabla Periódica) cada uno de los siguientes elementos como: gas noble, metal alcalino, metal alcalino-térreo, halógeno, metal de transición: a) Z = 12 b) Z = 19 c) Z = 30 d) Z = 35 e) Z = 36 f) Z = 38

33.- Sin usar la Tabla Periódica, escriba la configuración electrónica de los electrones de valencia de los elementos con la siguiente ubicación: Grupo Periodo 4A 3 7A 5

Grupo Periodo 5A 4 1A 2

34.- Analice las siguientes configuraciones electrónicas para determinar el grupo y el período de los elementos. Con ayuda de la Tabla Periódica identifique el símbolo del elemento a que corresponden: a) [Ne] 3s

b) [Ne] 3s2 3p6

c) [Ar] 4s2 3d10 4p

d) [Kr] 5s

35.- Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, 1, ml, ms) que pueden describir a un electrón ubicado en el subnivel 4p.

36.- Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, 1, mi, ms) que pueden describir a cinco electrones ubicado en el subnivel 3d.

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37.- De los conjuntos de números cuántico (n, 1, ml., ms) dados a continuación, seleccione aquellos que no describen a un electrón ubicado en el nivel n = 2. a) (2, 0, 0, ½)

b) (2, l, -l, 1/2)

c) (2, l, -l, -1/2)

d) (l, 0,0, 1/2)

e) (2, 1, 0, -1/2)

f) (3, 2.-2, 1/2)

38.- De los conjuntos de números cuántico (n, 1, ml, ms) dados a continuación, seleccione aquellos que describen a un electrón ubicado en el subnivel 3p. a) (3, 0, 0, ½)

b) (3, l, -l, -1/2)

c) (3, 2, -l, 1/2)

d) (3, 0,0, -1/2)

e) (3, 1, 0, 1/2)

f) (3, 2.-2, 1/2)

39.- Los conjuntos de números cuánticos (n, 1, ml, ms) dados a continuación describen la ubicación de diez (10) electrones alrededor de un núcleo atómico: (3, 1, 1, ½)

(4, 0, 0, -½)

(5, 0, 0, -½)

(4, 1, 0, ½)

(1, 0, 0, -½)

(2, 0, 0, -½)

(3, 1, 1, -½)

(4, 1, 2, -½)

(3, 2, 2, -½)

(3, 2, 2, -½)

(3, 2, 1, ½)

(4, 1, 0, -½)

Indique cuáles de ellos se encuentran en el mismo nivel, cuales están ubicados en el mismo subnivel y cuales están ocupando el mismo orbital.

40.- Escriba la configuración electrónica, en su estado fundamental, de los siguientes átomos: a) B (z = 5) b) F (z = 9) c) Si (z = 14) d) Ti (z = 22) e) Ni (z = 28) f) Ge (z = 32) g) Rb (z = 37) 41.- Para los átomos representados por los símbolos Li

(z = 3),

C

(z = 6),

O (z = 8), Mg

(z = 12),

Al

(z = 13),

P

(z = 15),

Cl (z = 17), K (z = 19), Sc (z = 21), Mn (z = 25), Cu (z = 29), Ga (z = 31), Se (z = 34) escriba la configuración electrónica: a) En forma condensada (por subniveles) b) En forma expandida (por orbitales) c) En forma abreviada (tomando como centro el gas noble, previo al átomo) d) En forma de diagramas de orbitales

42.- Basándose en la configuración electrónica de los átomos representados por los símbolos Be (Z = 4), F (Z = 9), Ca (z = 20), S (z = 16), Co (z = 28), Zn (z = 30), Fe (z = 26), clasifíquelos como diamagnéticos o paramagnético.

C. Propiedades Periódicas: 43.- Enuncie la Ley Periódica y describa brevemente la contribución de Mendeleev a su desarrollo.

44.- Clasifique los siguientes elementos como metal, no-metal o semimetal: H, Li, F, Si, Cl. Ca. P, Fe, I, Xe. Semestre 2-2012: Ejercicios Tomados de la Guía de Ejercicios del Profesor Alfredo Castillo y de la Guía de ejercicios de la Cátedra de Química General I. 5

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45.- Ubique en la tabla periódica los siguientes elementos y ordénelos en forma creciente de acuerdo con su carácter metálico: 14Si, 16S, 20Ca, 32Se 46.- El elemento Z = 112 se sintetizó el 9 de Febrero de 1996 y se desintegró espontáneamente después de muy breves instantes. ¿Por qué los elementos como éste con un número de protones muy alto tienen un tiempo de vida muy corto?

47.- Diferencie las reacciones nucleares de las reacciones químicas comunes en función de la ley de la conservación de la masa y de su contenido energético.

48.- Mencione algunas aplicaciones de la radiactividad en el campo de la salud.

49.- Compare la configuración electrónica de los siguientes elementos para explicar la relación entre la carga nuclear y la carga nuclear efectiva en un grupo y en un período: a) Z = 3 b) Z = 11

c) Z = 13

d) Z = 15 e) Z = 19

50.- Los electrones de valencia del magnesio (Z = 12) están en el mismo nivel de energía (n = 3) que los del cloro (Z = 17). Ambos elementos tienen el mismo número de electrones internos (1s 2 2s2 2p6) pero distinta energía de ionización. Explique a qué se debe esta diferencia.

51.- Aunque el potasio (Z = 19) tiene mayor carga nuclear que el sodio (Z = 11), la carga nuclear que "sienten" los electrones de valencia en el potasio es menor que la que "sienten" los electrones de valencia del sodio. Explique cómo influye ese factor en el radio de cada uno de ellos.

52.- Identifique en la tabla periódica el grupo de: los metales alcalinos, los metales alcalinotérreos, los halógenos y los gases nobles.

53.- Explique por qué el hidrogeno aparece algunas veces en el grupo de los metales alcalinos y otras veces en el de los halógenos.

54.- Razone detalladamente en qué periodo de la tabla periódica: a) Están los elementos de mayor energía de ionización. b) Están los elementos de mayor radio atómico.

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55.- Razone detalladamente en cuál de los grupos de la tabla periódica: a) Están los elementos de mayor energía de ionización. b) Están los elementos de mayor radio atómico.

56.- Con base en las configuraciones electrónicas, indique cual elemento de cada uno de los pares siguientes tiene mayor radio atómico. Explique por qué: a) Z = 14 ó Z = 16

b) Z = 19 ó Z = 55

c) Z = 17 ó Z = 33

c) Z = 13 ó Z = 31

57.- En general, la primera energía de ionización aumenta en un periodo de la Tabla periódica a medida que aumenta el número atómico. Explique por qué el Berilio y el Nitrógeno son excepciones pues tienen energía de ionización mayor que la del Boro y la del Oxígeno respectivamente. B (Z= 5) < Be (Z = 4)

y

N (Z = 7) < F (Z = 9)

58.- Con base en las configuraciones electrónicas, indique cual elemento de cada uno de los pares siguientes tiene mayor energía de ionización. Explique su respuesta: a) Z = 11 ó Z = 13

b) Z = 12 ó Z = 20

c) Z = 17 ó Z = 33

59.- Explique por qué la segunda energía de ionización de un elemento siempre es mayor que la primera energía de ionización

60.- Ordene los elementos C (Z = 6), O (Z = 8), F (Z = 9), Si (Z = 14) y Ge (Z = 32) en términos de: a) Radio atómico creciente

b) Energía de ionización creciente

61.- Analice cómo varía el carácter metálico en un grupo y en un período de la tabla periódica.

62.- Con base en su configuración electrónica compare en cada caso los tres elementos con respecto a: energía de ionización, radio atómico, afinidad electrónica y carácter metálico a) Z = 11, Z = 16, Z = 19 b) Z = 13, Z = 17, Z =20

63.- Compare los metales con los no metales en un mismo periodo de la tabla periódica en cuanto a: a) Radio atómico b) Energía de ionización c) Afinidad electrónica.

Razone su respuesta.

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64.- Con base en la configuración electrónica: a) Explique por qué el Na (Z = 11) forma un ion estable con carga 1+ y no con carga 2+ b) Deduzca y justifique la carga del ion más estable que forman los elementos con número atómico 15, 16, 1 7 y 19 c) Explique por qué el elemento Z = 18 no forma iones estables

65.- Explique las siguientes afirmaciones: a) Los iones positivos tienen menor radio que el átomo del cual proceden b) Los iones negativos tienen mayor radio que el átomo del cual proceden

66.- Complete la siguiente tabla: Z 13

Configuración Electrónica

Grupo

Periodo

Carga del ion más estable que forma

4 3

2+

1s2 2s2 2p5

67.- Dadas las siguientes especies identifique las que son isoelectrónicas: 30Zn, 30Zn2+, 29Cu, 29Cu+, 33Ga+ 68.- Escriba la configuración electrónica de las siguientes especies y ordénelas en cuanto a su tamaño: a) F (Z = 9), N3- (Z = 7), O2- (Z = 8), Na+ (Z = 11), Mg2+ (Z = 12), Ne (Z = 10) b) K+ (Z = 19), Ca2+ (Z = 20), Ar (Z = 18), C1- (Z = 17), P3- (Z = 15), S2- (Z = 16)

69.- Considere la ubicación de los siguientes elementos en la tabla periódica; 1A

2A

3A

C

D

E

4A

5A

A

6A

7A

8A

B

a) Escriba la configuración electrónica de los electrones de valencia de cada uno de ellos. b) Indique cuales son paramagnéticos y cuales diamagnéticos. c) Explique cuál de ellos tiene menor energía de ionización d) Escriba la configuración electrónica del ion más estable que forma cada uno de ellos e indique cuál de esos iones tiene mayor radio iónico

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e) Escriba el conjunto de números cuánticos que caracterizan a los electrones en el último subnivel del elemento E

70.- Basándose en la configuración electrónica, sin consultar la tabla periódica, diga a qué periodo y a qué grupo pertenecen los siguientes ¿tomo: a) Mg (z = 12) b) P (z = 15) c) Br (z = 35) d) Ti (z = 22) e) Mn (z = 25)

f) Fe (z = 26) g) N (z = 7)

h) Si (z = 38) i) Al (z = 13) j) Nb (z = 41) k) Sn (z = 50) l) Tc (z = 49) m) AS (z = 33) n) Kr (z = 36)

71.- De las configuraciones electrónicas dadas a continuación indique cuales representan a un átomo en estado fundamental, cuales representan, a un átomo en estado excitado y cuáles son incorrectas: a) 1s22s22p63s23p3

b) 1s22s22p63s23p64s1

e) 1s22s22p63s23p64s13d5

c) 1s22s22p63s23p64s23d3

f) 1s22s22p63s23p64s23d104p4

d) 1s22s22p63s23p63d6

g) 1s22s22p63s23p64s23d104p65s15d1

72.- Basándose en la configuración electrónica prediga el ion más estable que debe formar cada uno de los siguientes átomos: a) B (z = 5) b) F (z = 9) c) Si (z = 14) d) Al (z = 13) e) Li (z = 3)

f) Ge (z = 32) g) Rb (z = 37)

h) C (z = 6) i) O (z = 8) j) Mg (z = 12) k) P (z = 15) l) Cl (z = 17) m) K (z = 19) n) Ga (z = 34)

73.- Dados los siguientes pares de átomos. i) Mg (z = 12) P (z = 15) ii) Mg (z = 12) Sr (z = 38) iii) Ca (z = 20) Cl (z = 17) iv) P (z = 15) Br (z = 35) Seleccione en cada uno de los pares el átomo que tenga mayor: a) Radio atómico

b) Energía de ionización c) Afinidad electrónica

d) Carácter metálico

74.- Dadas las siguientes series de átomos: i) Na (z = 11), S (z = 16), K (z = 19)

ii) Al (z = 13), Cl (z = 17), Ca (z = 20)

Con base en la configuración electrónica compare los átomos correspondientes a cada serie (sin consultar la tabla periódica), con respecto a la energía de ionización, el tamaño atómico y la afinidad electrónica. Explique.

75.- Dados los siguientes átomos V (z = 23), F (z = 9), Sr (z = 38), Se (z = 34), sin utilizarla tabla periódica: a) Escriba la configuración electrónica de cada átomo. b) Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, 1, ml., ms) que pueden describir a los electrones del subnivel mas externo del átomo de V (z = 23). Semestre 2-2012: Ejercicios Tomados de la Guía de Ejercicios del Profesor Alfredo Castillo y de la Guía de ejercicios de la Cátedra de Química General I. 9

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c) Basándose en la configuración electrónica diga a que periodo y a qué grupo de la tabla periódica pertenece cada átomo. d) Basándose en la ubicación de cada átomo en la tabla periódica coloque los átomos en orden creciente de Energía de Ionización.

76.- Basándose en la configuración electrónica de los siguientes átomos Ca (z = 20), O (z = 8), Rb (z = 37), Se (z = 34) a) Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, 1, ml, ms) que pueden describir a los electrones de valencia del átomo de Rb (z = 37). b) Escriba los conjuntos de números cuánticos (n, 1, ml, ms), que describen a los electrones que pierde el átomo de Ca (z=20) cuando forma el ion Ca2+ c) Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, l, ml, ms) que describen a los electrones que gana el átomo de O (z = 8) cuando forma el ion O2d) Sin utilizar la tabla periódica, diga a que periodo y a qué grupo de la tabla periódica pertenece cada átomo e) Sin utilizar la tabla periódica, coloque los átomos en orden creciente de Energía de Ionización.

77.- Basándose en la configuración electrónica de los siguientes átomos Al (Z = 13), F (Z = 9), K (Z = 19); P (Z = 15), Mg (Z=12) a) Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, 1, ml, ms) que pueden describir a los electrones más externos del átomo de Mg (z = 12). b) Clasifique los átomos como diamagnético o paramagnético. c) Diga cuál es el ion más estable que forma el átomo Al (z = 13). Escriba la configuración electrónica del ion. d) Diga si el ion más estable que forma el átomo F (z = 9) es isoelectrónico con el ion más estable que forma el átomo Mg (z = 12). e) Sin utilizar la tabla periódica, diga a qué periodo y a qué grupo pertenece cada átomo f) Sin utilizar la tabla periódica, coloque los átomos en orden creciente de Radio atómico.

78.- Basándose en la configuración electrónica de los siguientes átomos Mn (Z = 25), F (Z = 9), Sr (Z =38); Se (Z = 34): a) Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos que pueden describir a los electrones del subnivel mas externo del átomo de Mn (z = 25). b) Clasifique los átomos como diamagnéticos o paramagnéticos. c) Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, l, ml, ms) que describen al electrón ganado por el átomo F (z = 9) cuando forma al ion F-. Semestre 2-2012: Ejercicios Tomados de la Guía de Ejercicios del Profesor Alfredo Castillo y de la Guía de ejercicios de la Cátedra de Química General I. 10

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d) Diga si el ion más estable que forma el átomo Sr (z = 38) es isoelectrónico con el ion más estable que forma el átomo Se (z = 34). e) Sin utilizar la tabla periódica, diga a que periodo y a qué grupo pertenece cada átomo. f) Sin utilizar la tabla periódica, coloque los átomos en orden creciente de carácter metálico. g) Sin utilizar la tabia periódica, coloque los átomos en orden creciente de Afinidad Electrónica.

79.- Basándose en la configuración electrónica de los siguientes átomos Ca (Z = 20), Se (Z = 34), Mn (Z =25), F (Z = 9), Se (Z = 21), Ba (Z = 56), Ga (Z =31): a) Escriba los conjuntos de números cuánticos (n, l, ml, ms) que describen a los electrones de valencia del átomo de Ca (z = 20). b) Clasifique los átomos como diamagnéticos o paramagnéticos. c) Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, 1, ml, ms) que pueden describir al electrón desapareado del átomo de Se (z =21). d) Escriba los posibles conjuntos de números cuánticos (n, 1, ml, ms) que pueden describir al electrón del subnivel más externo del átomo de Ga. e) Sin utilizar la tabla periódica, diga a que periodo y a qué grupo de la tabla periódica pertenece cada átomo. f) Sin utilizar la tabla periódico: f.1) Coloque los átomos en orden creciente de energía de ionización. f.2) Coloque los átomos en orden creciente de radio atómico. f.3) Coloque los átomos en orden creciente de carácter metálico. f.4) Clasifique los átomos como: Elemento representativo, elemento de transición o elemento de transición interna. f.5) Clasifique los átomos como: Metal alcalino, metal alcalino terreo, halógeno, gas noble o metal de transición. 80.- Escriba la configuración electrónica para los iones K+ (Z = 19), Ca2+ (Z = 20), Cl- (Z = 17) e indique cuál de ellos tiene mayor radio atómico. Explique. 81.- Dados los siguientes pares de especies químicas i) Ca (z=20), Ca2+ (z=20); ii) Cl- (z=17), S2- (z=16); iii) Si (z=14), Si2- (z=14); iv) Mg (z=12), Al3+ (z=13); v) O (z=8), O2- (z=8); vi) Ar (z=18), Ca2+ (z=20). Seleccione, justificadamente, en cada par, la especie de menor tamaño.

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