SEGUNDA PRÁCTICA DIRIGIDA DE QUÍMICA UNMSM TEMA: ESTRUCTURA ATÓMICA-NÚMEROS CUÁNTICOS
ESTR ESTRUC UCTU TURA RA AT MICA MICA
CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS
El átomo es la porción de materia mínima de un PARTÍCULA SUBATÓMICA
MASA (kg)
CARGA ABSOLUTA
Electrón (Thompson) Protón (Rutherford)
9,109x10-31
-1,6x10-19C
1,672x10-27
+1,6x10-19C
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.
Neutrón (Chadwick)
1,675x10-27
0
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.
+ 1. Número Atómico (Z): Z = # p
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.
PROPIEDADES IMPORTANTES
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
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
A
E
Z
E
X±
E: símbolo X: carga
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: 35 17
Cl
Cloro – 35
37 17
Cl
Cloro – 37
“
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”
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 18
40
Ar
19
K
40 20
NÚMEROS CUÁNTICOS Ca
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 5
12
B
6
C
13 7
N
MODELOS AT MICOS MODELO
CONCEPTOS BÁSICOS
Modelo de
Dalton
Modelo de Thomson
Modelo de
Rutherford
Modelo de Bohr Modelo de la mecánica
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
Discontinuidad de la materia Los átomos del mismo elemento tienen igual masa y propiedades (no se considera el concepto de isótopos) 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)
cuántica
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 1,2,3,4,5,6,7,8,……….∞ 0, 1, 2, 3,……., (n-1) s p d
Nivel de energía 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:
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 En 1926, Erwin Schrödinger desarrolló una ecuación que interpreta el carácter de onda del electrón
REPRES ENTA
“
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”
Llamado también principio de Aufbau; “Los electrones se distribuyen en subnivel en orden creciente a su energía relativa”. Considerando los 7 niveles de energía, se tiene: NIVELES CAPAS
S U B N I V E L E S
1
2
3
4
5
K
L
M
N
O
S2
# Máximo de electrones por nivel
6
7
P
Q
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
S2
S2
S2
S2
S2
P6
P6
P6
P6
P6
P6
d10
d10
d10
d10
d10
f 14
f 14
2. Marque la secuencia correcta de verdadero (V) o
32
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.
2
8
18
32
S2
SEMANA Nº 2: ESTRUCTURA ATÓMICA
18
8
Regla práctica (en forma lineal)
A) FFV D) FVV
B) VFV
C) VVF E) VVV
3. Marque la secuencia correcta respecto a los iones. a)
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.
↑↓ ↑↓ 2p4 Incorrecto 2p x 2py 2pz 2p4
↑↓ ↑
↑
2p x 2py 2pz
Correcto
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)”
2+ ��
b)
1��
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
“
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”
5. Marque la correspondencia número cuántico – descripción. a) Magnético b) Spin c) Principal d) Secundario 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
I. II. III. IV.
Su configuración electrónica es [Kr]5s 24d9 Tiene 10 subniveles llenos Contiene 23 orbitales con electrones apareados Los números cuánticos del último electrón de su ión más estable es ( 4,2,+2, +1/2 )
A) FVVF D) VVFF
B) VFVF
C) FFVF E) FFFV
11. Para un elemento cuyo Z = 35, marque l a secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F). I. Su configuración electrónica termina en 4s 2 4p3 II. Tiene 4 niveles llenos III. Tiene 18 electrones en el nivel 3. IV. En su capa de valencia hay 5 electrones
6. En las siguientes combinaciones de números cuánticos, señale respectivamente 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
el
número
C) m, l, s E) s, l, n
menor energía y marque la alternativa correcta.
C) FFVF E) FVFV
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
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. B) 38
B) VVFV
12. El modelo del átomo en donde el electrón se
7. Ordene los subniveles 4f, 3d, 5p y 7s de mayor a
A) 35
A) VFVF D) VVV
C) 37
D) 36
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
E) 39
14. El número de electrones en los orbitales de valencia 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
para el Ca(Z=20) y As(Z=33) respectivamente es: A) 1 y 5 D) 1 y 6
B) 2 y 3
C) 2 y 5 E) 5 y 4
E) +1
15. Determine el número atómico de un átomo que tiene 10. Marque la secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F) con respecto a la plata (Ag) cuyo número atómico es 47.
solo 7 orbitales llenos. A) 14
B) 30
C) 18
D) 16
E) 20
“
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”
PRÁCTICA EN CLASE 1. Con respecto a la estructura básica del átomo, marque la alternativa incorrecta.
A) Consta de una envoltura electrónica y un núcleo que concentra casi toda la masa. B) El electrón tiene carga negativa y una masa insignificante comparada con la masa del protón. C) Su volumen es prácticamente el volumen de la envoltura electrónica. D) La carga nuclear es positiva. E) Cuando gana protones, se transforma en catión.
2. Marque la secuencia correcta para los siguientes enunciados: I. El átomo de un elemento se identifica por el número de protones en el núcleo (número atómico Z) II. En la representación ZEA, A es el peso atómico y Z el número de masa. III. Los isótopos tienen igual número de protones pero diferente número de neutrones. IV. El Fe-56(Z=26) tiene 26 protones, 26 electrones y 30 neutrones y si gana 2 protones forma el ión Fe+2 A) VVFV D) FVFV
B) VFVF
C) VVVF E) VFFV
3. ¿Cuál será la masa atómica de un elemento si en la naturaleza, el 75% de átomos tiene una masa de 35u y 25% de átomos tiene una masa de 37u? A) 72,0 D) 35,9
B) 40,2
C) 37,2 E) 35,5
4. Los modelos atómicos trataron de explicar, en su momento, la estructura del átomo, estos fueron evolucionando hasta llegar al modelo actual. Al respecto establezca la correspondencia y marque la secuencia correcta. a) Thomson b) Rutherford c) Bohr d) Modelo actual
considera niveles donde los electrones se encuentran girando en forma concéntrica de acuerdo a su energía ( ) introduce el concepto de orbital o máxima Probabilidad ( ) el átomo está formado por un núcleo pequeño y una envoltura electrónica de gran volumen ( ) electrones y protones se encuentran en una esfera neutra y de masa uniforme ( )
A) abcd D) bacd
B) cdba
C) adbc E) cadb
5. Establezca la correspondencia con respecto a los números cuánticos: a) Describe el nivel de energía que ocupa el electrón. b) Toma valores de 0, 1, 2,………(n-1) c) Indica la orientación espacial del orbital d) Determina la interacción de un electrón con otro ( ) número cuántico azimutal “l” ( ) número cuántico magnético “m” ( ) número cuántico spin “ms o s” ( ) número cuántico principal “n” A) bcda D) badc
B) abcd
C) dcba E) cbad
6. La notación simplificada (n, l, m, s) representa la combinación de números cuánticos y nos permite identificar a un electrón de un átomo. Marque la alternativa que contiene la combinación incorrecta de números cuánticos. A) (1, 0, 0, +1/2) B) (3, 0, 0, +1/2) C) (3, 2, +1, +1/2) D) (2, 1, -1, -1/2) E)(2, 1, -2, -1/2)
7. ¿Cuál de las siguientes combinaciones de valores de “n” y “l” generan un subnivel de mayor energía? A) 3 y 1 D) 4 y 1
B) 4 y 0
C) 3 y 2 E) 3 y 1
8. Marque la alternativa incorrecta sobre el átomo cuya configuración 1s22s22p63s23p64s23d104p4
electrónica
es:
“
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A) La combinación de números cuánticos del último electrón es (4, 1, -1, -1/2) B) Su nivel de valencia está determinada por 4s 2 y 4p4 C) Tiene tres niveles llenos y dos electrones desapareados D) Su anión más estable es isoelectrónico del átomo X-66(Z=32) E) Tiene 16 orbitales con electrones apareados
”
D) 2, 4, 6 E)3, 5, 4
13. Determinar el número de subniveles y orbitales llenos que tiene un átomo con solo 2 electrones con n=3 y l=2. A) 6 y 9 D) 5 y 10
B) 8 y 10
C) 6 y 10 E) 7 y 10
14. Señale la secuencia correcta de verdadero (V) o 9. Indique el número total de electrones con l=0 en el 20Ca
+2
y el número de electrones desapareados en el 26Fe . A) 6 y 4 B) 4 y 5 C) 10 y 5 D) 5 y 6 E)8 y 4 +3
10. El número de neutrones de un átomo es 14 y en su estado basal su configuración electrónica es 1s22s22p63s23p2. Determine el número atómico, número de masa, número de electrones en la capa de valencia, el número de electrones desapareados respectivamente. A) 14, 28, 4 y 2 B) 12, 24, 4 y 2 C) 24, 12, 2 y 4 D) 10, 22, 2 y 2 E)14, 28, 2 y 2
falso (F) para los siguientes enunciados respecto al ión Ni+2, el mismo que tiene 26 electrones. I. La configuración electrónica del átomo neutro es 1s22s22p63s23p64s23d6 II. Su número atómico es 24 y tiene 8 electrones de valencia. III. (3, 2, -2, -1/2) son los números cuánticos del último electrón del catión divalente. A) FVV D) FFF
B) VFV
C) FVF E) FFV
15. ¿Cuántos niveles llenos, subniveles llenos y orbitales semillenos tiene un átomo cuyo último electrón tiene la combinación de números cuánticos (4, 1, +1, +1/2) A) 2, 7, 3 D) 2, 7, 1
B) 3, 7, 3
C) 3, 7, 1 E) 4, 8, 1
COMBUSTIÓN 11. ¿Cuál de las siguientes combinaciones de números cuánticos corresponde al último electrón de un ión -1 17E A) (3, 0, 1, +1/2) B) (2, 1, +1, -1/2) C) (3, 1, +1, -1/2) D) (2, 1, 0, -1/2) E)(3, 1, 0, +1/2)
12. ¿Cuántos niveles llenos, subniveles llenos y orbitales semillenos tiene el átomo de un elemento con Z=24? A) 3, 4, 5 B) 2, 3, 5 C) 2, 5, 6
La combustión es una reacción en la cual una sustancia reacciona con oxígeno, en algunos casos hay liberación de calor para dar una flama. Los productos incluyen uno ó más óxidos. El oxígeno cambia de número de oxidación, por ello las combustiones son reacciones de oxidación — reducción. Los compuestos orgánicos cuando se ponen en contacto con el aire (78,09%-de nitrógeno y 20,94% de oxígeno en volumen seco) con ayuda de una chispa, produce dióxido de carbono y si éste tiene hidrógeno, el otro producto es agua. Muchos metales arden también en aire. Aunque los pedazos de hierro no arden fácilmente en aire, la fibra de hierro, la cual consiste en hebras finas de hierro, lo hace. La superficie de contacto aumentada en el metal en la fibra de hierro permite que el oxígeno del aire reaccione lentamente con él.
“
Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación
4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s)
1. A partir de 113,8 q de hierro con suficiente oxígeno se obtiene________ moles de Fe 2O3 A) B) C) D)
2 3 1 4
2. Al quemar nonano en presencia de aire ocurre la siguiente reacción: A) B) C) D)
C9H20 + 19 O2 → 9 CO2 + 10 H2O + calor C9H18 + 18 O2 → 9 CO2 + 9 H2O + calor C9H18 + 27/2 O2 → 9 CO2 + 9 H2O + calor C9H20 + 14 O2 → 9 CO2 + 10 H2O + calor
3. Para completar el 100% en la composición de aire seco las otras sustancias son: A) gases nobles, dióxido de carbono, metano e hidrógeno. B) agua, dióxido de carbono, monóxido de carbono e hidrógeno. C) gases nobles, monóxido de carbono, hidrógeno y metano. D) gases nobles, dióxido de carbono, metano y carbono.
Profesor: Antonio Huamán Navarrete Lima, Abril del 2015
”
