IES Menéndez Tolosa Dpto. Física y Química 4º ESO - Modelos atómicos 1S

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Escribe tres isótopos de oxígeno que tengan 8, 9 y 10 neutrones. ¿Cuál de ellos tendrá mayor Z? Solución: 16 8

O, 178 O,

18 8

O

Todos ellos tienen el mismo Z porque se trata del mismo elemento.

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La imagen intuitiva que tenemos de átomo se corresponde bastante con el modelo de Bohr. Interpretar el dibujo siguiente:

Solución: El núcleo (rojo en el dibujo) está rodeado de órbitas o niveles, a modo de pisos, con un valor energético determinado (la imagen izquierda da una idea del valor energético de esos niveles) sobre los cuales se disponen los electrones, de dentro a fuera. La imagen recuerda mucho nuestro modelo planetario.

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Completar los enunciados de los postulados de Bohr. a) Los electrones giran ___________________ en torno al núcleo por causa de ______________________. b) El electrón no puede situarse _________________________ sino que debe ocupar __________________________________ que designamos como n = 1, 2, 3… c) Mientas el electrón ________________________ no emite energía. Sí emite energía cuando _____________________________________. Solución: a) Los electrones giran EN ÓRBITAS CIRCULARES en torno al núcleo por causa de LA ATRACCIÓN ELÉCTRICA PROTÓN-ELECTRÓN. b) El electrón no puede situarse A CUALQUIER DISTANCIA DEL NÚCLEO sino que debe ocupar UNAS ÓRBITAS CON VALORES ENERGÉTICOS PREDETERMINADOS que designamos como n = 1, 2, 3… c) Mientas el electrón SE MUEVE EN SU ÓRBITA no emite energía. Sí emite energía cuando PASA DE UNA ÓRBITA EXTERNA A OTRA MÁS INTERNA.

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Completar: a) El número atómico se simboliza por ______ y representa ___________________________. b) El ______________________ se simboliza por A y representa ______________________________. c) El número de neutrones se obtiene restando _____________________. Solución: a) El número atómico se simboliza por Z y representa EL NÚMERO DE PROTONES. b) El NÚMERO MÁSICO se simboliza por A y representa EL NÚMERO DE PROTONES MÁS EL DE NEUTRONES. c) El número de neutrones se obtiene restando A - Z.

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Explicar cómo está localizada en un átomo: a) su masa. b) su carga. Solución: La masa del átomo está localizada fundamentalmente en el núcleo, dado que la masa de un electrón es unas 1 800 veces menor que la del protón o del neutrón. La carga positiva del átomo está localizada en el núcleo y la carga negativa en los electrones de la corteza.

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Decir si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) El modelo atómico de Bohr se apoya sen tres postulados. b) Se entiende por postulados ciertas afirmaciones que se aceptan sin demostración mientras los hechos observados no las desmientan. c) Dichos postulados descansan en un concepto fundamental, el de orbital. Solución: a) Verdadera. b) Verdadera. c) Falsa.

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Calcular la masa en gramos de un átomo de 40Ca. ¿Cuántos átomos harán falta para conseguir una masa de 40 g de Ca? 1 u = 1,66 · 10-27 kg

Solución: 1 átomo = 40 u · 1,66 · 10-27 kg = 6,64 · 10-26 kg = 6,64 · 10-23 g Para reunir 40 g se necesitarán: 40 = 6,02 · 10 23 átomos de Ca 6,64 · 10 − 23 Número que coincide precisamente con el número de Avogadro.

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Cuál de las siguientes argumentaciones es errónea: a) La masa atómica de un átomo de carbono-12 es 12 u. b) Por tanto, si sabemos que 1 u = 1,66 · 10-27 kg… 12 = 7,23 · 10 27 − 27 1,66 · 10 d) y en ella no se tienen en cuenta los electrones corticales del carbono.

c) …entonces la masa real de un átomo de carbono-12 será:

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Solución: La argumentación se rompe en el apartado c), debería multiplicar en vez de dividir por la equivalencia de 1 u. Vuelve a ser correcto el apartado d).

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Completar la tabla siguiente: Símbolo

Z

As

n=1 2

Niveles de energía n=2 n=3 n=4 8 18 5

n=5

Electrones de valencia

51 5 a) ¿Cuántos electrones caben como máximo en el nivel n = 1, 2, 3, 4, 5… b) ¿Se llena por completo cada nivel antes de pasar al siguiente? Explica lo que observas. Solución: La tabla queda así: Niveles de energía Electrones de valencia n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 As 33 2 8 18 5 5 Sb 51 2 8 18 18 5 5 a) El número de electrones que caben como máximo en cada nivel es: 2, 8, 18, 32, 50… b) Se puede observar que sólo los niveles más bajos se llenan por completo antes de pasar al siguiente. El nivel 4, por ejemplo, no queda completamente lleno y sin embargo los cinco electrones de valencia del antimonio pasan al nivel 5. Las ideas de subnivel y de orbital ayudan a explicar esto. Símbolo

Z

10 Comentar la siguiente frase, argumentando si es verdadera o no. “Los niveles electrónicos se ocupan en orden de energía decreciente.” Solución: La frase se refiere a la forma en que los electrones van disponiéndose en los sucesivos niveles electrónicos, pero es justamente al revés: de todos los niveles vacíos disponibles para el electrón, éste ocupa el de más baja energía de todos (que es el más estable), de modo que ocupa los niveles en orden de energía creciente. 11 El boro está formado por dos isótopos: el 10B está presente en la naturaleza en un 19%, el resto es 11B. ¿Qué dato figurará en la tabla periódica para la masa atómica del boro? Solución: La proporción resulta: 19 100 − 19 · 10 + · 11 = 10,81 u 100 100 12 El radio de un átomo es igual a 2,5 Ǻ y el de su núcleo es igual a 1,2 fermios. Aceptando que ambos tengan forma esférica, ¿cuántos núcleos harían falta para cubrir todo el volumen del átomo? 4 Datos: 1 angstrom = 10-10 m; 1 fermio = 10-15 m; Volumen esfera = πr 3 . 3

3

Solución:

(

)

= 7,24 · 10 − 45 m

(

)

= 6,54 · 10 − 29 m

4 π 1,2 · 10 −15 3 4 Volumen del átomo: π 2,5 · 10 −10 3 6,54 · 10 −29 = 9 · 10 15 núcleos − 45 7,24 · 10

Volumen del núcleo:

3

3

13 Analiza la tabla siguiente: Símbolo Z

Niveles de energía Electrones de valencia n=1 n=2 n=3 N 2 5 P 2 8 5 a) Dibuja las cortezas electrónicas de N y P. b) Completa la tabla. ¿Cómo deduces el número atómico de cada uno? c) ¿A qué se llaman electrones de valencia?

Solución: a)

b) Símbolo

Z

Niveles de energía Electrones de valencia n=1 n=2 n=3 7 5 N 2 5 7 5 P 2 8 5 c) Los electrones de valencia son los que ocupan el orbital más externo, y son los que participan en el enlace atómico.

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14 Explicar el significado de los siguientes símbolos y deducir a qué partícula subatómica podría referirse la X en cada caso:

a) -10 X b) 01 X c)

0 +1

X

2 1

d) X Solución: En la parte inferior izquierda se representa la carga de la partícula y en la parte superior izquierda se representa su masa (protones + neutrones). a) se trata del electrón. b) neutrón c) partícula β positiva o positrón o electrón positivo. d) isótopo del hidrógeno llamado deuterio. 15 Analizar la siguiente tabla referida a los elementos A, B, C, D. A B C D Z 9 8 9 8 N 9 8 10 9 Electrones Representación a) Completar la tabla sabiendo que: A es un ión mononegativo y D es un ión dinegativo. B y C son neutros. b) Colocarlos en orden creciente de masa. c) Detallar las configuraciones de A y D. ¿Qué conclusión extraes? Solución: A 9 9 10

Z N Electrones Representación b) Masa creciente:

16 8

O,

18 9

F-

17 8

O 2− ,

B 8 8 8 16 8 18 9

F- ,

O

19 9

C 9 10 9 19 9

D 8 9 10 17 8

F

O 2−

F.

c)

F-

9

Nivel n = 1 subnivel “s” 2

O 2−

8

2

Símbolo 18 9 17 8

Z

s 2

Nivel n = 2 p 6

2

6

La conclusión es que dos elementos distintos pueden tener las configuraciones electrónicas iguales.

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16 A partir de los dibujos:

Completa la tabla: Símbolo

Z

n=1

Niveles de energía n=2 n=3 n=4

Electrones de valencia

n=5

Solución: Distribuimos los electrones por niveles y queda: Niveles de energía Símbolo Z n=1 n=2 n=3 n=4 O 8 2 6 Mg 12 2 8 2

n=5

Electrones de valencia 6 2

17 Analizar la siguiente tabla de datos y explicar si las afirmaciones son verdaderas o falsas: A B C D Z 9 8 9 8 N 9 8 10 9 Electrones 8 9 9 8 a) A y C son isótopos del mismo elemento. b) A y D tienen el mismo número atómico. c) B y D son el mismo elemento luego tienen la misma configuración electrónica. d) A y B tienen la misma masa. e) Las estructuras A y B son imposibles. f) A es un ion positivo y B es un ion negativo. Solución: a) Verdadera. Tienen el mismo Z. b) Falsa. c) Falsa. Z marca la identidad del elemento pero éste puede tener distintas estructuras electrónicas según el número de electrones que tenga. d) Falsa. e) Falsa. f) Verdadera.

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18 Observa la tabla siguiente: Nivel n = 1 subnivel “s” H 1 1 ¿Qué variaciones energéticas tienen lugar cuando: a) el electrón se encuentra en 1s? b) el electrón salta a 2s? c) el electrón regresa de 2s a 1s. d) ¿Podría saltar el electrón de 1s a 2p? e) ¿Podría saltar de 1s hasta un hipotético nivel n = ∞? Símbolo

Nivel n = 2

Z

s

p

Solución: a) Mientras el electrón permanece en 1s no hay variaciones energéticas. b) Para promocionar a 1s debe absorber energía, exactamente la diferencia entre 1s y 2s. c) Al regresar, devuelve la misma cantidad de energía que tomó para subir. d) Sí, podría hacerlo, absorbiendo el fotón energético adecuado. e) También podría hacerlo, eso es lo que entendemos por ionizar un átomo. 19 Completar la siguiente tabal de datos (consulta en la tabla periódica para saber el número atómico que corresponde a un determinado elemento). Protones Neutrones Electrones Z A Notación 56 26

33

Fe +3

42 45

36 36

Neutrones

Electrones

Z

A

26

30

23

26

56

56 26

Fe +3

33

42

36

33

75

75 33

As −3

35

45

36

35

80

80 35

Br −

Solución: Protones

Br −

Notación

20 Cierto núcleo está constituido por 2 protones y 2 neutrones y podemos suponerle un radio de 1 fermio. a) Calcular en primera aproximación, la masa en kg del núcleo. b) Calcular su volumen, supuesto esférico. c) Calcular un valor hipotético para la densidad del núcleo. 4 Datos: 1 fermio = 10-15 m; Volumen esfera = πr 3 3 Solución: a) 4 u · 1,66 · 10-27 = 6,64 · 10-27 kg 3 4 b) V = π 10 −15 = 4,19 · 10 − 45 m 3 3 m 6,64 · 10 −27 c) d = = = 1,58 · 10 18 kg / m 3 − 45 V 4,19 · 10

(

)

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