IES Menéndez Tolosa Dpto. Física y Química 4º ESO - Tabla periódica 1S

1

¿Qué información se ofrece en la siguiente tabla periódica?

Solución:

Número atómico

Masa atómica Símbolo Nombre Números oxidación

2

¿Qué tienen en común los elementos de un mismo grupo?

Solución: Todos ellos tienen los mismos electrones de valencia y, por tanto, su comportamiento químico es similar. 3

Comentar la siguiente afirmación: “Un elemento del grupo 2 tiene 2 electrones de valencia y uno del grupo 14 tiene 14 electrones de valencia.”

Solución: Sólo la primera parte es correcta. En los primeros grupos, en efecto, el número del grupo coincide con sus electrones de valencia pero no así en los demás, ya que tienen completos algunos subniveles más internos. Así, los electrones de valencia del grupo 14 son sólo 4, que coinciden con los que tienen en los subniveles “s” y “p” más externos. 4

Nombra todos los gases nobles y explica por qué crees que se descubrieron tan tarde.

Solución: Los gases nobles son: helio, neón, argón, kriptón, xenón, radón. Se descubrieron tan tarde debido a su inercia química, lo cual les hacía difícilmente detectables mediante electrólisis. 5

¿Cuántos niveles o capas tienen los elementos del 5º período? ¿Cuál de todos ellos tiene más electrones?

1

Solución: Los elementos del 5º período tienen ocupados, en distinta cuantía, 5 niveles. El que más electrones tiene, lógicamente, es el gas noble de esa fila: Xe. 6

¿Qué se puede decir de la estructura electrónica de los elementos del grupo 18? ¿Es idéntica la de todos ellos?

Solución: Se trata de los gases nobles, los cuales tienen completos sus niveles de manera que los más externos son: “s” con 2 electrones; “p” con 6 electrones. Sin embargo el helio es distinto a los demás, ya que completa su primer y único nivel con 2 electrones. 7

Explicar la información que se ofrece en cada casilla de la tabla periódica.

Solución: Número atómico Sólido a temperatura

Metal Símbolo

ambiente Masa atómica Nombre

8

¿Qué tipo de elementos se representan en marrón oscuro?

Solución: Se trata de una ambigua clasificación que los cataloga como semimetales, ya que tienen características mezcladas de los metales y de los no metales.

2

9

Observa la tabla siguiente: Nivel n = 1 Nivel n = 2 Símbolo Z subnivel “s” s p N 7 2 2 3 P 15 2 2 6 As 33 2 2 6 a) Completarla siguiendo el ejemplo. b) ¿Qué tienen esos elementos en común? c) ¿A qué grupo de la tabla pertenecen? d) ¿En qué período se encuentra cada uno?

s 2 2

Nivel n = 3 p d 3 6

10

s

Nivel n = 4 p d f

2

3

Solución: Nivel n = 1 Nivel n = 2 Nivel n = 3 Nivel n = 4 subnivel “s” s p s p d s p d f N 7 2 2 3 P 15 2 2 6 2 3 As 33 2 2 6 2 6 10 2 3 b) Todos ellos terminan su estructura electrónica con tres electrones en el subnivel “p”, con lo cual, entre “s” y “p” tienen 5 electrones de valencia. c) Pertenecen al grupo 15. d) Cada uno se encuentra en el período que marca su nivel: N en n = 2, P en n = 3, etc. Símbolo

Z

10 Rellenar las casillas sombreadas de la tabla con el símbolo adecuado. 1 2 13 14 15 2 3 4 5 6 7 ¿Cuáles de ellos crees que se descubrieron más tarde?

16

17

18

Solución: 1 2 13 14 15 16 17 18 2 B 3 P 4 Ca Ge 5 6 Cs At Rn 7 Los últimos elementos en descubrirse han sido, por distintas razones, los gases nobles y los elementos radiactivos. 11 Completar las afirmaciones sobre la clasificación periódica: a) Las primeras ordenaciones en __________________ corresponden a Döbereiner. b) La ley de las octavas se debe al químico inglés ________________ y decía: c) “Si se colocan los elementos en orden creciente de ___________________, después de cada __________________ aparece un octavo elemento con ___________________________________. d) El criterio definitivo de ordenación lo debemos a ________________ que sugirió que era ______________________ y no la masa atómica, el mejor criterio de ordenación.

3

Solución: a) Las primeras ordenaciones en TRÍADAS corresponden a Döbereiner. b) La ley de las octavas se debe al químico inglés NEWLANDS y decía: c) “Si se colocan los elementos en orden creciente de PESOS ATÓMICOS, después de cada SIETE ELEMENTOS aparece un octavo elemento con PROPIEDADES SEMEJANTES A LAS DEL PRIMERO. d) El criterio definitivo de ordenación lo debemos a MOSELEY que sugirió que era EL NÚMERO ATÓMICO y no la masa atómica, el mejor criterio de ordenación. 12 La siguiente tabla muestra cómo reaccionan los halógenos con diversos compuestos químicos. Reacciona Cl Br I Con Fe reacciona reacciona pero sólo reacciona muy vigorosamente calentando lentamente. Con colorantes blanquea blanquea lentamente muy lentamente rápidamente Con bromuros produce bromo no reacciona no reacciona Con yoduros produce yodo no reacciona no reacciona a) Observa los resultados y establece una regla general para la reactividad de los halógenos y de los no metales en general. ¿Qué podría esperarse del flúor? Solución: a) Se puede observar que la reactividad aumenta en los halógenos hacia arriba en el grupo, lo cual puede también esperarse de todos los no metales. En general, los no metales reaccionan ganando electrones, por tanto serán tanto más reactivos cuanto más fácilmente formen iones negativos. Su reactividad aumenta arriba y a la derecha: REACTIVIDAD DE NO METALES (Carácter no metálico)

b) Según eso, el flúor es el no metal más reactivo de toda la tabla periódica. 13 ¿Cuál de estos dos elementos es más reactivo: Be, Ba? Explicar cómo varía la reactividad de los metales. Solución: En sus combinaciones químicas, los metales reaccionan perdiendo electrones, por lo que serán tanto más reactivos cuanto más fácilmente formen iones positivos. Su reactividad aumenta a la izquierda y hacia abajo. REACTIVIDAD DE LOS METALES (Carácter Metálico)

Será más reactivo el Ba que el Be.

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14 Observa los siguientes datos:

a) ¿Qué anomalía se da? b) ¿Qué tiene que ver con la tabla periódica de Mendeleiev y cómo se resolvió el problema?

Solución: a) La progresión de masa atómica creciente queda rota del cobalto al níquel. b) Mendeleiev se dio cuenta de esto pero incluso violó su propia ley de masas crecientes al colocar varios pares de elementos no en orden creciente de masas atómicas sino al revés, para mantener su semejanza química. Es el caso de la pareja Co-Ni. La dificultad de las parejas con masa atómica cambiada queda resuelta por Moseley, pero sigue siendo un hecho que la progresión creciente de masa atómica queda rota en seis parejas. 15 A juzgar por su estructura electrónica, ¿en qué grupo de la tabla periódica habría que colocar al H? Solución: Puesto que tiene semiocupado su primer nivel (1 electrón en 1s) debería estar justamente encima de los alcalinos, los cuales tienen situaciones idénticas en niveles superiores: 1 electrón en 2s el litio, 1 electrón en 3s el sodio, etc. 16 ¿Se puede decir que la reactividad aumenta en la tabla periódica hacia arriba y hacia la derecha? Solución: No, en realidad no es un concepto generalizable a toda la tabla periódica. Eso es efectivamente cierto entre los no metales (excluyendo a los gases nobles), pero en los metales es al revés. 17 Explicar y relacionar lo siguiente: sistema periódico - estructura electrónica - regla del octeto. Solución: La ordenación moderna del sistema periódico no sólo sigue el valor creciente de Z sino que además es reflejo de la estructura electrónica del elemento. Así, en el primer nivel sólo caben dos electrones: con 1 está el hidrógeno, con los 2 el helio. Pasamos al segundo nivel donde caben 8 electrones, justamente los elementos que hay en el segundo nivel de la tabla, etc. Además, la regla del octeto habla de la tendencia de ciertos elementos a completar 8 electrones de valencia: ello coincide con los subniveles “s” (caben 2 electrones) y “p” (caben 6 electrones), completos: es decir, los elementos tienden a adquirir la configuración electrónica de su gas noble más cercano.

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18 A partir de los dibujos, completar la tabla. ¿Cuáles pertenecen al mismo período? ¿Y al mismo grupo?

Símbolo

Z

Nivel n = 1 subnivel “s”

Nivel n = 2 s p

s

Nivel n = 3 p d

s

Nivel n = 4 p d f

5

Solución: Nivel n = 1 Nivel n = 2 Nivel n = 3 Nivel n = 4 subnivel “s” s p s p d s p d f B 5 2 2 1 O 8 2 2 4 Al 13 2 2 6 2 1 El boro y el oxígeno pertenecen al mismo período, ambos tienen dos niveles. El boro y el aluminio pertenecen al mismo grupo, ambos tienen los mismos electrones de valencia. Símbolo

Z

19 Disponemos de tres elementos: berilio, magnesio, silicio. a) Dibujar sus niveles electrónicos y explicar su configuración electrónica. b) ¿Cuántos electrones de valencia tienen? c) ¿Cuál es su número atómico? d) ¿Podríamos hacer que sus configuraciones electrónicas fueran iguales? ¿Y su número atómico? Solución: a) Su configuración electrónica sería:

b) El Be y el Mg tienen dos electrones de valencia. El silicio tiene cuatro. c) Para hallar el número atómico sumamos los electrones: Be (Z=4), Mg (Z=12), Si (Z=14). d) Las configuraciones electrónicas podrían ser iguales poniendo o quitando electrones, aunque hay transformaciones energéticamente muy difíciles, por ejemplo, eliminar una capa completa del magnesio para que adquiera la configuración del berilio. Lo que desde luego es imposible es conseguir que tengan el mismo Z.

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20 Completar: a) El calcio tiende a _____________ 2 electrones y quedarse con carga ________________. Cuando se comporta así, decimos que su número de oxidación es _____________. b) El cloro tiende a _____________ 1 electrón y quedarse con carga ________________. Cuando se comporta así, decimos que su número de oxidación es _____________. c) Escribe la configuración electrónica de cada uno de los iones citados en a) y b). Solución: a) El calcio tiende a PERDER 2 electrones y quedarse con carga POSITIVA. Cuando se comporta así, decimos que su número de oxidación es +2. b) El cloro tiende a GANAR 1 electrón y quedarse con carga NEGATIVA. Cuando se comporta así, decimos que su número de oxidación es -1. c) Configuración electrónica de los iones: Niveles de energía Símbolo Z n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 2+ 20 2 8 8 Ca

Cl −

17

21 Completar la tabla siguiente: Elemento Símbolo Ge

2

8

Nº de grupo

8

Nombre de grupo

2

Período 6

Tl halógenos

2

Nombre de grupo carbonoideos alacalinotérreos térreos halógenos gases nobles

Período 4 6 6 2 3

Ar

Solución: Elemento germanio bario talio flúor argon

Símbolo Ge Ba Tl F Ar

Nº de grupo 14 2 13 17 18

22 Se dan a continuación algunas tríadas de Döbereiner. a) Explicar el criterio que utilizó para su ordenación. b) Aplicarlo a los ejemplos que se dan y calcular la masa atómica de Rb, Sr, Br, y compararlo con el dato actual. masa masa masa K 39 Ca 40 Cl 36 Rb Sr Br Cs 133 Ba 137 I 127

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Solución: Döbereiner ordenó sus tríadas de modo que la masa atómica del elemento central era aproximadamente la media aritmética de las masas de los otros dos. En los ejemplos que se citan, sería: masa masa masa K 39 Ca 40 Cl 36 86 88,5 81,5 Actual: Actual: Actual: Rb Sr Br 85,5 87,6 79,9 Cs 133 Ba 137 I 127

23 El gráfico expresa los radios de las especies que se citan. Observarlo y responder:

a) Comparar los radios de cada átomo con su anión y su catión. b) ¿Cómo varía el radio en un grupo? c) ¿Cómo varía el radio en un período? d) Ordenar los radios siguientes: K+, Ca2+, K, Ca. e) Si en la escala del dibujo tomamos 1 pm = 10-12 m. ¿Cuál es el radio del Na?

Solución: a) Como puede verse el máximo radio le corresponde al anión, después al átomo neutro y luego a su catión. b) El radio aumenta mucho a lo largo del grupo: Li… d) Siguiendo la guía de los gráficos podemos suponer que el mayor tamaño corresponde al K y que baja un poco de éste al Ca. Así pues: K > Ca > K+ > Ca2+ e) Trasladando el valor dado por la escala para 100 pm resulta casi exactamente el doble, así pues, el radio del sodio aproximadamente será: 200 pm = 200 · 10-12 m = 2 Ǻ (en realidad es un poco menor, en torno a 1,8 Ǻ).

8

24 Se dan a continuación ciertos valores desordenados de electronegatividad que se refieren a los elementos de abajo: 1,5 - 1,8 - 2,5 - 3 - 3,5 - 4 13 14 15 16 17 12,0115 14,0067 C 6 7N Carbono Nitrógeno

26,9815 13Al Aluminio

__?__ 28,086 14Si Silicio

__?__

15,9994 8O Oxígeno

18,9984 9F Fluor

__?__

__?__

__?__ __?__ a) Ordenarlos de modo que cada elemento se asocie a su valor. b) Si dos átomos de Si y O se unen, ¿quién atrae más los electrones de enlace?, ¿qué podría decirse de sus números de oxidación?

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Solución: Los valores reales son: 13 14

15

16

12,0115 14,0067 C 6 7N Carbono Nitrógeno 26,9815 13Al Aluminio

2,5 28,086 14Si Silicio

3

17

15,9994 8O Oxígeno

18,9984 9F Fluor

3,5

4

1,5 1,8 b) El O es mucho más electronegativo por lo que los electrones de enlace en la molécula que formen Si y O se los acerca el oxígeno. Al definir los números de oxidación de dichos elementos en el compuesto SiO2, se dice que el nº de oxidación del O es -2; y el del Si será +4. 25 A partir de los dibujos:

a) Explicar la configuración electrónica de C. b) Deducir de qué elementos se trata. c) ¿Cómo podríamos hacer que todas sus configuraciones electrónicas fueran iguales? d) ¿Cuáles pertenecen al mismo período?

Solución: a) La configuración electrónica de C quedaría así: Nivel n = 1 Nivel n = 2 Nivel n = 3 Nivel n = 4 subnivel “s” s p s p d s p d f C 2 2 6 1 b) Podemos fijarnos en el valor de Z, que coincide, cuando es neutro, con el número de electrones. Y podemos fijarnos también en sus electrones de valencia, para saber a qué grupo pertenece. Si además podemos ver cuántas capas tiene (es decir, en qué período está) podemos deducir a quién corresponden los dibujos. Se trata de F, Ne, Na. c) Podemos conseguir la configuración electrónica del gas noble, por ejemplo, haciendo que F gane un electrón y que Na lo pierda, con lo cual todos tendrían: Nivel n = 1 Nivel n = 2 Nivel n = 3 Nivel n = 4 subnivel “s” s p s p d s p d f 2 2 6 d) El A y el B pertenecen al mismo período 2, tienen dos niveles.

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