TRABAJO PRACTICO N°2 resuelto

TRABAJO PRÁCTICO N° 2: Estructura atómica y propiedades periódicas 1 Invest Investigu iguee sobre sobre los difere diferente ntess model modelos os que se propus propusier ieron on para para expli explica carr la estructura atómica y elabore una tabla comparativa para resumir las principales características de cada uno.

Respuesta: !a teor"a atómica de #a$to%  Se puede resumir en: 1.- Los elementos químicos estn formados por partículas muy peque!as e indivisibles llamadas tomos. ".- #odos los tomos de un elemento químico dado son id$nticos en su masa y dems  propiedades. %.- Los tomos de diferentes elementos químicos son distintos& en particular sus masas son diferentes. '.- Los tomos son indestructibles y retienen su identidad en los cambios químicos. (.- Los compuestos se forman cuando tomos de diferentes elementos se combinan entre sí& en una relación de n)meros enteros y sencilla& formando entidades definidas *+oy llamadas mol$culas,. E$ mode$o atómico de T&omso% Seg)n el modelo de #+omson el tomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en la que se +allaban incrustados los electrones de un modo  parecido a como lo estn las semillas en una sandía. ste sencillo modelo explicaba el +ec+o de que la materia fuese el$ctricamente neutra& pues en los tomos de #+omson la carga positiva era neutraliada por la negativa. /dems los electrones podrían ser  arrancados de la esfera si la energía en 0uego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga. E$ mode$o de Rut&er'ord n el modelo de ut+erford& los electrones se movían alrededor del n)cleo como los  planetas alrededor del sol. Los electrones no caían en el n)cleo& ya que la fuera de atracción electrosttica era contrarrestada por la tendencia del electrón a continuar  movi$ndose en línea recta. ste modelo fue satisfactorio +asta que se observó que estaba estaba en contr contradi adicc cción ión con con una inform informaci ación ón ya con conoci ocida da en aqu aquel el moment momento: o: de acuerdo con las leyes del electromagnetismo& un electrón o todo ob0eto el$ctricamente cargado que es acelerado o cuya dirección lineal es modificada& emite o absorbe radiación electromagn$tica. electromagn$tica. l electrón del tomo de ut+erford modificaba su dirección lineal continuamente& ya que que segu seguía ía una una tray trayec ecto tori riaa circ circul ular ar.. 2or 2or lo tant tanto& o& debe deberí ríaa emit emitir ir radi radiac ació iónn electromagn$tica y esta radiación causaría la disminución de la energía del electrón& que en consecuencia debería describir una trayectoria en espiral +asta caer en el n)cleo. l modelo de ut+erford fue sustituido por el de 3o+r unos a!os ms tarde. E$ mode$o atómico de Bo&r ste modelo implicaba los siguientes postulados:

1.- l electrón tenía ciertos estados definidos estacionarios de movimiento *niveles de energía, que le eran permitidos4 cada uno de estos estados estacionarios tenía una energía fi0a y definida. ".- 5uando un electrón estaba en uno de estos estados no irradiaba pero cuando cambiaba de estado absorbía o desprendía energía. %.- n cualquiera de estos estados& el electrón se movía siguiendo una órbita circular  alrededor del n)cleo. '.- Los estados de movimiento electrónico permitidos eran aquellos en los cuales el momento angular del electrón *m 6 v 6 r, era un m)ltiplo entero de +7" 6 %.1'.

2 esponda a. 8por qu$ el n)mero msico sólo tiene en cuenta el n)mero de protones y neutrones9  b. 82or qu$ el n)mero atómico sirve para identificar a qu$ elemento corresponde un tomo9 c. 85ul es el n)mero atómico y masa atómica del elemento cuyo n)cleo contiene  protones y ; neutrones9 8< otro que tiene 1= protones y "1 neutrones9

Respuesta: a, 2orque los e- tienen masa casi despreciable  b, 2orque cada tomo tiene un n)mero de p> y e- )nico y característico c, ? @  y / @ 1A4

(

? @ 1= y / @ %=

l n)mero msico de un elemento que tiene 1 neutrones es %( 8cul es su

símbolo9& 85ómo se llama9& 85untos electrones tiene9

Respuesta: símbolo: 5l& 5loro& 1; electrones )

l Beón *Be, tiene n)mero atómico 1C y forma isótopos de n)meros msicos "C&

"1 y "". Indique para cada uno el n)mero de neutrones.

Respuesta: 2ara / @ 20  N= 10 ; Para A = 21 N = 11 y A = 22 N = 12 *

/ los siguientes elementos& ubíquelos en la tabla periódica& estableca la

cantidad de protones& neutrones y electrones que poseen: Li& 5a& /l& /s& 5l

Respuesta: Elemento Li Ca Al As Cl

Grupo 1 2 13 15 17

Período 2 4 3 4 3

p+ 3 20 13 33 17

n 4 20 14 42 18

e3 20 13 33 17

+

5omplete el siguiente cuadro:

E$eme%to

,"m-o$o N. Atómico

Beri$io /a%a%eso P$ata /ercurio ós'oro Iodo Respuesta: Elemento

'erilio %an*aneso Plata %er$urio #s.oro /odo

3

N.

N.

N.

N.

proto%es '

e$ectro%es

%eutro%es (

/0sico

"(

(( ';

A1

1(

%1 1";

(% Símolo

!"

!"

!"

!"

!"

At#mi$o

protones

ele$trones

neutrones

%&si$o

'e %n A* ,* P /

4 25 47 80 15 53

4 25 47 80 15 53

   

4 25 47 80 15 53

5 30 1 121 1 74

) 55 108 201 31 127

5omplete las siguientes frases referidas a la estructura atómica: a. Las partículas que determinan la masa atómica son los .............&que se encuentran ubicados en ..............  b. Los tomos que tienen igual n)mero atómico pero diferente n)mero msico se denominan ................ Respuesta: Las partículas que determinan la masa atómica son $os proto%es y %eutro%es que se encuentran ubicados en e$ %4c$eo Los tomos que tienen igual n)mero atómico pero diferente n)mero msico se denominan

isótopos.

5

Dn tomo tiene ? @ 1= y 1= neutrones& mientras que otro tambi$n tiene ? @ 1=& pero  posee "C neutrones. Indique: a. 82ertenecen al mismo elemento9......................................................................  b. 82or qu$9............................................................................................................ c. 85ómo se denomina por ello9.............................................................................. Respuesta: a, Sí 4  b, 2orque tienen el mismo n)mero atómico4

c, isótopos

6  Dn alumno afirma que en un orbital "s puede +aber % electrones 8es esto cierto9 Respuesta: Bo& puede tener como mximo " 17

Se!ale el nombre y símbolo de los elementos cuyas configuraciones electrónicas

son: a. 1s" "s" "p"

.............................

.........

 b. 1s" "s" "pA %s"

.............................

.........

c. 1s" "s" "pA %s" %pA

.............................

.........

d. 1s" "s" "pA %s" %pA 's" %d 1 .............................

.........

Respuesta: Co%'iuració% e$ectró%ica

%om-re

s"m-o$o 8u"mico

a.

1s" "s" "p"

carbono

5

 b.

1s" "s" "pA %s"

magnesio

Eg

c.

1s" "s" "pA %s" %pA 

argón

/r 

d.

1s" "s" "pA %s" %pA 's" %d 1 escandio

Sc

!a co%'iuració% e$ectró%ica: Los electrones estn distribuidos en cada tomo en niveles o capas de energía. Los elementos de un mismo período tienen todos el mismo n)mero de niveles electrónicos *completos o no,& y este n)mero coincide con el n)mero del período. l n)mero mximo de electrones que caben en un nivel es " n"& siendo n el n)mero de nivel. 5onfiguración lectrónica

11- Se!ale la configuración electrónica de los siguientes elementos

Respuesta:

a.

;

B .....................................................................................

 b.

1

/r ..................................................................................

c.

1%

/l ..................................................................................

d.

1=

F ...................................................................................

a. ; B

1s" "s" "p%

 b.

1

/r 1s" "s" "pA %s" %pA

c.

1%

/l

1s" "s" "pA %s" %p1

d.

1=

 F

1s" "s" "pA %s" %pA 's1

12- Se!ale que tienen en com)n los elementos de un mismo: e. Grupo ............................................................................... f. 2eríodo ............................................................................

Respuesta: grupo: valencia& propiedades químicas similares  período: masa atómica

.

1(9 Investigue cules son las características generales de los: a. /lcalinos #$rreos  b. /lcalinos. c. Eetaloides d. Bo Eetales e. Gases Bobles

Respuesta: a /eta$es a$ca$i%o trreos: Los meta$es a$ca$i%otrreos  son un grupo de elementos que se encuentran situados en el grupo " de la tabla periódica y son los siguientes: berilio*3e,& magnesio*Eg,& calcio*5a,& estroncio*Sr,& bario*3a, y radio*a,. ste )ltimo no siempre se considera&  pues tiene un tiempo de vida media corto. l nombre de alcalinotérreos  proviene del nombre que recibían sus óxidos& tierras& que tienen propiedades bsicas *alcalinas,. 2oseen una electronegatividad H 1&% seg)n la escala de 2auling. ;rupo IIA Periodo

2 ( ) * + 3

'

3e 1"

Eg "C

5a %

Sr  (A

3a 

a

2ropiedades: • •

• • •

•

#ienen configuración electrónica ns ". #ienen ba0a energía de ioniación& aunque mayor que los alcalinos del mismo  período& tanto menor si se desciende en el grupo. / excepción del berilio& forman compuestos claramente iónicos. Son metales de ba0a densidad& coloreados y blandos. La solubilidad de sus compuestos es bastante menor que sus correspondientes alcalinos. #odos tienen sólo dos electrones en su nivel energ$tico ms externo& con tendencia a perderlos& con lo que forman un ion positivo.

eacciones: •

eaccionan con facilidad con +alógenos para formar sales iónicas.

E > " JK E" •

eaccionan con agua& aunque no tan rpidamente como los alcalinos& para formar +idróxidos fuertemente bsicos.

E > " "M JK E*M," > "

- /eta$es a$ca$i%os: Los meta$es a$ca$i%os  son aquellos que estn situados en el grupo 1 de la tabla  periódica *excepto el idrógeno que es un gas,. #odos tienen un solo electrón en su nivel energ$tico ms externo& con tendencia a perderlo *esto es debido a que tienen poca afinidad electrónica& y ba0a energía de ioniación,& con lo que forman un ión monopositivo& E>. Los alcalinos son los del grupo 1 y la configuración electrónica del grupo es nsN. 2or ello se dice que se encuentran en la ona OsO de la tabla. ;rupo 1 Periodo 1 2 ( ) * + 3

1

 %

Li 11

 Ba 1=

F  %;

b ((

5s ;

Pr 

2ropiedades: Los metales alcalinos son metales muy reactivos& por ello se encuentran siempre en compuestos como óxidos& +aluros& +idróxidos& silicatos& etc. y nunca en estado puro. Son metales blandos& pueden ser rayados con facilidad. Los metales alcalinos tienen un gran poder reductor4 de +ec+o& muc+os de ellos deben conservarse en aceite mineral o gasóleo para que su elevada reactividad no +aga que reaccionen con el oxígeno o el vapor de agua atmosf$ricos. n disolución acuosa muestran propiedades bsicas. n disolución con el amoníaco ti!en la disolución de aul muy intenso y son capaces de conducir corriente el$ctrica. eacciones: •

• •

• •

eaccionan fcilmente con +alógenos para formar sales iónicas *+aluros, y con aufre para formar sulfuros. eaccionan con el +idrógeno al calor& formando +idruros. eaccionan con el agua para producir +idrógeno e +idróxidos. Qstas reacciones varían desde efervescencia con Li +asta explosividad con los elementos inferiores en la tabla& donde el liberado se enciende. eaccionan con oxígeno: óxido& Li "M& peróxido& Ba"M"& y superóxido& FM ". Solo el litio reacciona con nitrógeno formando nitruro de litio.

2or )ltimo destacar la reactividad en agua de estos componentes. l litio y el sodio  producen lu4 los dems metales alcalinos reaccionan muy violentamente produciendo gran cantidad de energía. Las bases formadas por metales alcalinos son bases muy fuertes.

c /eta$oides: Los meta$es de tra%sició%  o e$eme%tos de tra%sició%  son aquellos elementos químicos que estn situados en la parte central del sistema periódico& en el bloque d& cuya  principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital d &  parcialmente lleno de electrones. sta definición se puede ampliar considerando como elementos de transición a aquellos que poseen electrones alo0ados en el orbital d & esto incluiría a inc& cadmio& y mercurio. 2ropiedades: 5asi todos son metales típicos& de elevada durea& con puntos de fusión y ebullición altos& buenos conductores tanto del calor como de la electricidad. Euc+as de las  propiedades de los metales de transición se deben a la capacidad de los electrones del orbital d   de localiarse dentro de la red metlica. n metales& cuanto ms electrones compartan un n)cleo& ms fuerte es el metal. 2oseen una gran versatilidad de estados de oxidación& pudiendo alcanar una carga positiva tan alta como la de su grupo& e incluso en ocasiones negativa *5omo en algunos comple0os de coordinación,. • •

Sus combinaciones son fuertemente coloreadas y paramagn$ticas Sus potenciales normales suelen ser menos negativos que los de los metales representativos& estando entre ellos los llamados metales nobles.

• • • •

2ueden formar aleaciones entre ellos. Son en general buenos cataliadores. Son sólidos a temperatura ambiente *excepto el mercurio, Porman comple0os iónicos.

Mtras propiedades con respecto a la estabilidad de los estados de oxidación: •

•

•

Iones en elevados estados de oxidación tienden a ser buenos agentes oxidantes& mientras que elementos en ba0os estados de oxidación tienden a ser buenos agentes reductores. Iones "> a trav$s del periodo comienan como fuertes reductores y se vuelven ms estables. Iones %> comienan estables y se vuelven ms oxidantes a trav$s del periodo.

d No meta$es: No meta$es se denomina a los elementos químicos que no son metales. Los no metales& excepto el +idrógeno& estn situados en la tabla periódica de los elementos en el bloque  p. Los elementos de este bloque son no-metales& excepto los metaloides *3& Si& Ge& /s& Sb& #e,& todos los gases nobles *e& Be& /r& Fr& e& n,& y algunos metales */l& Ga&In& #l& Sn& 2b,. n orden de n)mero atómico: • • • • • • • • • • • •

idrógeno *, 5arbono *5,  Bitrógeno *B, Mxígeno *M, Pl)or *P, Pósforo *2, /ufre *S, 5loro *5l, Selenio *Se, 3romo *3r, 1. Los elementos del grupo " *3e& Eg& 5a& Sr..., tienen n)mero de oxidación >". Los elementos del grupo ' *5& Si& Ge& Sn& 2b..., tienen varios n)meros de oxidación& pero el ms alto es >'. •

•

•

 B)mero de Mxidación: las flec+as no tienen punta& dado que los n)meros de oxidación en cada uno de los grupos son similares.

Reu$aridades e% $as propiedades Los electrones del )ltimo nivel son los responsables de las propiedades de los elementos& fundamentalmente de la reactividad. Los alcalinos son los metales ms reactivos. 5eden con muc+ísima facilidad el electrón solitario que tienen en su )ltimo nivel y se combinan con otros elementos. Los

alcalinot$rreos son algo menos reactivos& ya que reaccionan cediendo sus dos electrones del )ltimo nivel& y esto es ms complicado. ntre los no metales& los ms reactivos son los +alógenos& grupo 1;& con siete electrones externos. / continuación& el grupo 1A del oxígeno. Los primeros tienden a captar solo un electrón& y los segundos& dos. /dems de las ya nombradas& +ay ms propiedades que varían periódicamente. 2or e0emplo: los puntos de fusión& de ebullición y la densidad. egularidad en las 2ropiedades

15.- Ribu0e mandalas representativos del principio de exclusión de 2auli y de la regla de und. Respuesta: 2IB5I2IM R 5LDSIMB R 2/DLI: sta regla establece que por cada espacio o tipo de orbital& puede contener )nicamente " electrones& y con spin contrario. l par de electrones& tienen % n)meros cunticos iguales y difiere en el n)mero cuntico de spin.

2or e0emplo al distribuir los electrones por niveles& un mismo espacio de orbital tiene una flec+a +acia arriba y +acia aba0o .La representación se llama configuración electrónica desarrollada& donde cada flec+a indica un electrón& *>17", y X *-17",.

2IB5I2IM R E/IE/ EDL#I2LI5IR/R R DBR 5uando se realia el llenado electrónico primero se llena el orbital OsO y se contin)a con el siguiente orbital del mismo nivel. Los electrones se acomodan de uno en uno +asta llenar todos los espacios de ese orbital& colocando el electrón con el mismo spin *flec+a +acia arriba, y se regresa con el primer espacio colocando la flec+a en sentido contrario  para empear a llenar en el mismo orden todos los espacios. n un mismo orbital pueden quedar espacios vacíos o espacios semillenos. 2or e0emplo el Pl)or con ? @ = & acomoda sus nueve electrones entre el primer y el segundo nivel & eso se representa en una configuración condensada. =P

1s"7"s""p(

n una representación de configuración desarrollada& desde el acomodo del primer electrón& +asta el electrón n)mero nueve& el llenado se +aría de la siguiente forma: =P

Nota : el símbolo

indía el !ltimo eletr"n #

16.- 5onstruya un cuadro sinóptico para el tema Yuniones químicasZ y otro para Yuniones molecularesZ.

Uniones químicas

Los átomos se enlazan entre sí formando una gran diersidad de sustancias que se conocen! "ic#as sustancias $oseen diferentes $ro$iedades% que de$enden% en $arte% de las diferentes maneras en que se enlazan los átomos! Los enlaces $ermiten agru$ar las sustancias en tres grandes gru$os& coalentes% i'nicas y metálicas!

Uniones moleculares

(omo consecuencia de la estructura que $resentan las mol)culas se $roduce entre ellas diferentes fuerzas de atracci'n! *stas fuerzas son de distinta intensidad y mantienen mas o menos unidas entre sí las mol)culas% determinando las $ro$iedades que caracterizan a las distintas sustancias! Las fuerzas de atracci'n intermoleculares se denominan fuerzas de +an der ,aals !

ni#n puente de ,idro*eno en algunas sustancias que contienen #idrogeno% se osera una forma de uni'n entre sus mol)culas denominada unión puente de hidrogeno ueras de London *n las mol)culas no $olares $uede $roducirse un des$lazamiento relatio de los electrones originando un $olo $ositio y otro negatio -di$olo transitorio. que determinan una atracci'n entre dic#as mol)culas! La intensidad de estas fuerzas es $ro$orcional al grado de $olarizaci'n momentáneo que se $roduce a l as mol)culas ueras dipolo-dipolo indu$ido *n ciertas ocasiones% una mol)cula $olar -di$olo.% al estar $r'/ima a otra no $olar% induce en esta un di$olo transitorio% $roduciendo una fuerza de atracci'n llamada dipolo-dipolo inducido !

ueras dipolo-dipolo (uando dos mol)culas $olares se a$ro/iman% se $roduce una atracci'n entre el $olo $ositio y negatio de estas! *sta fuerza de atracci'n entre dos di$olos es tanto más intensa cuanto mayor es la $olarizaci'n de dic#as mol)culas $olares!

! .