ejercicios resueltos: Átomos

SESO DEL IES LAS CUMBRES. GRAZALEMA CIENCIAS DE LA NATURALEZA 2º ESOhttp://iesgrazalema.blogspot.com

EL ÁTOMO

EJERCICIOS RESUELTOS

1.- Contesta: a) La teoría atómica de los antiguos griegos, ¿era una verdadera teoría científica? ¿Por qué? No. Porque no se basaba en experimentos.

b) Si un experimento contradice los resultados predichos por una teoría, ¿habrá que desechar la teoría inmediatamente? ¿Por qué? No. Habrá que revisarla, modificando sólo aquello que contradiga el experimento.

c) ¿Por qué la Teoría atómica de la materia de Dalton se puede considerar una verdadera teoría científica? Porque basó sus resultados en experimentos.

2.- Explica la Teoría atómica de la materia de Dalton y contesta: · Los elementos químicos están formados por diminutas partículas, separadas entre sí y sin posibilidad de división, llamadas átomos. · Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y demás propiedades. · Los átomos de distintos elementos (H, C, O...) tienen distinta masa y propiedades. · Los átomos de elementos químicos distintos pueden unirse entre sí en una relación numérica sencilla formando compuestos (H2O, CO2...).

a) Hoy sabemos que el primer principio de esta teoría no es correcto en su totalidad. ¿Por qué? Porque propone que los átomos son partículas indivisibles y hoy sabemos que dentro del átomo existen otras partículas aún más pequeñas: electrones, protones y electrones. a) ¿El agua (H2O) es un elemento químico? No. Es un compuesto químico formado por dos elementos químicos distintos: hidrógeno (H) y oxígeno (O).

3.- Los antiguos griegos consideraban que toda la materia estaba formada por la unión de cuatro elementos: agua, aire, fuego y tierra. ¿Algunos de estos elementos se sigue considerando en la actualidad como un elemento químico? Aire → No es un elemento químico. Es una mezcla de gases: N2, O2, Ar, O3, CO2... Fuego → No es un elemento químico. Es un cambio químico en la materia. Tierra → No es un elemento químico. Es una mezcla que contiene muchos elementos químicos diferentes. Agua → No es un elemento químico. Es un compuesto químico.

4.- Determina el número de protones que hay en el núcleo de los átomos correspondientes a los siguientes elementos químicos:

a) Platino Pt78195

Z=78⇒78 protones

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b) Mercurio Hg80201

Z=80⇒80 protones

5.- Determina la estructura atómica de los átomos correspondientes a los siguientes elementos químicos: a) Sodio Na11

23

Z=11{Nº p+=11Nº e-=11 }

A=23 Nº n=23−11=12

Número de AvogadroZ=11⇒1 mol de Na=11 g de Na=6,022 · 1023 átomos de Na

b) Bario Ba56137

Z=56{Nº p+=56Nº e -=56 }

A=137Nº n=137−56=81

Número de AvogadroZ=56⇒1 mol de Ba=56 g de Ba=6,022 · 1023 átomos de Ba

c) Hierro Fe2656

Z=26{Nº p+=26Nº e-=26 }

A=56 Nº n=56−26=30

Número de AvogadroZ=26⇒1 mol de Fe=26 g de Fe=6,022 ·1023 átomos de Fe

d) Oro Au79197

Z=79 {Nº p+=79Nº e -=79 }

A=197Nº n=197−79=118

Número de AvogadroZ=79⇒1 mol de Au=26 g de Au=6,022 ·1023 átomos de Au

6.- Expresa la estructura atómica y el modelo atómico del átomo O816 , del isótopo O8

17 y del

ión O2 -8

16 del elemento químico oxígeno.

Oxígeno → O816

Estructura atómica

Z=8{Nº p+=8Nº e-=8 }

A=16 Nº n=16−8=8

Modelo atómico

n1 n2

Nº e -=Nº p+⇒ Átomo neutro

Niveles de energía – Capas electrónicas – Órbitas → Modelo atómico de Bohr El electrón no puede girar alrededor del núcleo en cualquier órbita, sólo puede hacerlo en las que se cumple que el momento angular del electrón es múltiplo entero de h / 2 .

m v r=nh

2

hconstante de Planck mmasa del electrón vvelocidad del electrón

r radio de la órbita nnúmero cuántico principal 1, 2, 3 Cuando el electrón se mueve en una determinada órbita no radia energía, sólo lo hace cuando cambia de órbita. Si pasa de una órbita externa a otra más interna emite energía, y la absorbe cuando pasa de una órbita interna a otra más externa. La frecuencia de radiación viene dada por la ecuación:

E2−E1=h v E1 , E2energía de las correspondientes órbitas

Oxígeno → O817 ⇔O−17

Estructura atómica

Z=8{Nº p+=8Nº e-=8 }

A=16 Nº n=16−8=8

Modelo atómico


Isótopo de oxígeno

Ión oxígeno → O2 -8

16

Estructura atómica

Z=8{Nº p+=8Nº e-=82=10}

A=16 Nº n=16−8=8

Modelo atómico

2 e- por exceso⇒Nº e-Nº p+⇒Carga eléctrica negativa−2

Ión oxígenoO2-

7.- Expresa la estructura atómica y el modelo atómico del átomo F919 y del ión F -

919 del

elemento químico flúor.

Flúor → F919

Estructura atómica

Z=9 {Nº p+=9Nº e-=9 }

A=19Nº n=19−9=10

Modelo atómico


Ión flúor → F -9

19

Estructura atómica

Z=9 {Nº p+=9Nº e-=91=10}

A=19Nº n=19−9=10

Modelo atómico

1e- por exceso⇒ Nº e-Nº p+⇒Carga eléctrica negativa −1

Ión flúor F -

8.- Expresa la estructura atómica y el modelo atómico del átomo Na1123 y del ión Na+

1123 del

elemento químico sodio.

Sodio → Na1123

Estructura atómica

Z=11{Nº p+=11Nº e-=11 }

A=23 Nº n=23−11=12

Modelo atómico


Ión sodio → Na+1123

Estructura atómica

Z=11{Nº p+=11Nº e-=11−1=10}

A=23 Nº n=23−11=12

Modelo atómico

1e- por defecto⇒Nº e-Nº p+⇒Carga eléctrica positiva1

Ión sodio Na+

9.- Dado el átomo Cl1735 del elemento químico cloro:

a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico

Cloro → Cl1735

Estructura atómica

Z=17{Nº p+=17Nº e-=17 }

A=35Nº n=35−17=18

Modelo atómico

2e -

8 e -

18e-

Último nivel⇒8 e-


Configuración electrónica

s p d f

n1 2 → 1 s 2 → n1=2e-

n2 2 6 → 2 s 2 2 p 6 → n2=8e-

n3 2 5 → 3 s 2 3 p 5 → n3=7e-

n4

Diagrama de orbitales

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑

1 s 2 s 2 p 3 s 3 p

Comportamiento químico Le falta 1e- para completar su nivel exterior. El átomo está inestable. Tiende a captar 1e-

y se transforma en ión negativo (Cl +). Se estabiliza.

capta 1e- y se estabiliza

1e- por exceso⇒ Nº e-Nº p+⇒Carga eléctrica negativa −1

Ión cloroCl -

10.- Dado el átomo Al1327 del elemento químico aluminio:


Aluminio → Al1327

Estructura atómica

Z=13{Nº p+=13Nº e-=13 } A=27Nº n=27−13=14

Modelo atómico

13 +



s p d f

n1 2 → 1 s 2 → n1=2e-

n2 2 6 → 2 s 2 2 p 6 → n2=8 e-

n3 2 1 → 3 s 2 3 p 1 → n3=3 e-

n4


↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑

1 s 2 s 2 p 3 s 3 p

Comportamiento químico Tiene 3 e- en su nivel exterior. El átomo está inestable. Puede ceder los 3 e- , transformándose en ión positivo (Al +, Al 2+ o Al 3+) o captar 5e- que le faltan para completar su nivel exterior, transformándose en ión negativo (Al – , Al 2– , Al 3– …).

11.- Dado el átomo S1633 del elemento químico azufre:


Azufre → S1633

Estructura atómica

Z=16{Nº p+=16Nº e-=16 } A=33Nº n=33−16=17

Modelo atómico

16 +

Nº e-=Nº p+⇒ Átomo neutro


s p d f

n1 2 → 1 s 2 → n1=2e-

n2 2 6 → 2 s 2 2 p 6 → n2=8 e-

n3 2 4 → 3 s 2 3 p 4 → n3=6 e-

n4


↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → Regla de Hund

1 s 2 s 2 p 3 s 3 p

Comportamiento químico Le faltan 2 e- para completar su nivel exterior. El átomo está inestable. Tiende a captar 2e -

en ión negativo (S – o S 2– ).

12.- Dado el átomo He24 del elemento químico helio:


Helio → He24

Estructura atómica

Z=2{Nº p+=2Nº e-=2 }

A=4Nº n=4−2=2

Modelo atómico



s p d f

n1 2 → 1 s 2 → n1=2e-

n2

n3

n4


↑↓

1 s

Comportamiento químico Tiene su nivel exterior completo. El átomo está estable. No tiende a captar ni a ceder electrones. Es un gas noble o gas inerte. Es muy difícil que reaccione.

13.- Dado el átomo Ca2040 del elemento químico calcio:


Calcio → Ca2040

Estructura atómica

Z=20{Nº p+=20Nº e-=20 }

A=40Nº n=40−20=20

Modelo atómico

20 +



s p d f

n1 2 → 1 s 2 → n1=2e-

n2 2 6 → 2 s 2 2 p 6 → n2=8 e-

n3 2 6 → 3 s 2 3 p 6 → n3=8 e-

n4 2 → 4 s 2 → n4=2 e-


↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 4 s

Comportamiento químico Tiene 2e- en su nivel exterior. El átomo está inestable. Tiende a cederlos y se transforma en ión positivo (Ca + o Ca 2+).

cede 1 -⇒Ca +

20 +

cede 2 -⇒Ca 2+

14.- Dado el átomo Ne1020 del elemento químico neón:


Neón → Ne1020

Estructura atómica

Z=10{Nº p+=10Nº e-=10 }

A=20Nº n=20−10=10

Modelo atómico

10 +



s p d f

n1 2 → 1 s 2 → n1=2e-

n2 2 6 → 2 s 2 2 p 6 → n2=8 e-

n3

n4


↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

1 s 2 s 2 p

Comportamiento químico Tiene su nivel exterior completo. El átomo está estable. No tiende a captar ni a ceder electrones. Es un gas noble o gas inerte. Es muy difícil que reaccione.

15.- Dado el átomo Mg1224 del elemento químico magnesio:


Magnesio → Mg1224

Estructura atómica

Z=12{Nº p+=12Nº e-=12 } A=24Nº n=A−Z=24−12=12

Modelo atómico

12 +



s p d f

n1 2 → 1 s 2 → n1=2e-

n2 2 6 → 2 s 2 2 p 6 → n2=8 e-

n3 2 → 3 s 2 → n3=2 e-

n4


↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

1 s 2 s 2 p 3 s

Comportamiento químico Tiene dos electrones de valencia. Átomo inestable. Tiende a cederlos y se transforma en ión positivo (Mg + o Mg 2 +).

16.- Dado el átomo Ar1840 del elemento químico argón:


Argón → Ar1840

Estructura atómica

Z=18{Nº p+=18Nº e-=18 } A=40Nº n=A−Z=40−18=22

Modelo atómico

18 +



s p d f

n1 2 → 1 s 2 → n1=2e-

n2 2 6 → 2 s 2 2 p 6 → n2=8 e-

n3 2 6 → 3 s 2 3 p 6 → n3=8 e-

n4


↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓

1 s 2 s 2 p 3 s 3 p

Comportamiento químico Tiene ocho electrones de valencia. Tiene su capa de valencia completa. Átomo estable. No tiende a ceder ni a captar electrones. No es reactivo. Gas noble o gas inerte.

17.- Contesta: a) ¿En qué se parece la teoría de Leucipo y Demócrito a la teoría atómica actual? En el concepto de átomo.

b) ¿En qué se diferencia? No utilizaron la experimentación. Creían que el átomo era indivisible y hoy sabemos que contiene partículas aún más pequeñas: protones, neutrones, electrones. Hoy los científicos otras partículas, aún más pequeñas contenidas en el átomo: positrón, fotón, neutrino, mesón, hiperón...

18.- Compara los siguientes conceptos químicos: a) Átomo y núcleo atómico. El núcleo atómico sólo es una parte del átomo. El átomo contiene protones, neutrones y electrones. El núcleo contiene protones y neutrones.

b) Núcleo y corteza. Son dos partes distintas del átomo. La corteza está alrededor del núcleo. El núcleo contiene protones y neutrones. La corteza contiene electrones.

c) Protón y neutrón. Los dos se encuentran en el núcleo del átomo. El protón tiene carga positiva y el neutrón no tiene carga.

19.- El átomo está formado por partículas cargadas eléctricamente. Sin embargo los átomos son globalmente neutros. Explica esta situación. Porque tienen el mismo número de cargas positivas y negativas, es decir; el mismo número de protones y electrones.

20.- Contesta: a) ¿Qué existe entre el núcleo atómico y los electrones? Vacío.

b) ¿Son iguales todos los átomos? ¿En qué se diferencian unos de otros? No. En su estructura atómica: número de protones, neutrones y electrones. 21.- Explica cuáles de los siguientes dibujos representan la estructura de un átomo.

A B

C D

Protón Neutrón Electrón

A → Un protón en el núcleo y un electrón en la corteza → Átomo B → Dos protones y dos neutrones en el núcleo, dos electrones en la corteza → Átomo C → Un protón, dos neutrones y un electrón en el núcleo; un protón y un electrón en la corteza → No es átomo D → Un neutrón y ningún protón en el núcleo, un electrón en la corteza → No es átomo

22.- Observa la Tabla Periódica de los Elementos y contesta: a) ¿Qué elemento tendrá unas propiedades más parecidas al oxígeno? Nitrógeno – Flúor – Azufre – Neón Azufre (S)

b) Cita tres elementos químicos que tengan propiedades parecidas a los siguientes: Litio – Neón – Calcio – Flúor Litio → sodio, potasio, rubidio... Neón → helio, argón, criptón... Calcio → berilio, magnesio, estroncio... Flúor → cloro, bromo, yodo...

23.- Observa la Tabla Periódica y clasifica los siguientes elementos químicos en metales y no metales: Calcio – Cloro – Níquel – Plomo – Helio – Potasio Metales → calcio, plomo, níquel y potasio. No metales → cloro y helio.

24.- Busca los siguientes elementos químicos en la Tabla Periódica y escribe el número de protones que hay en el núcleo de cada átomo: Helio – Fósforo – Calcio – Estaño – Aluminio – Plata – Cobre – Mercurio

Helio → 2He Fósforo → 15P

Calcio → 20Ca Estaño → 50Sn

Aluminio → 13Al Plata → 47Ag

Cobre → 29Cu Mercurio → 80Hg

25.- Consulta la Tabla Periódica y determina el número de protones y electrones que contienen los átomos neutros de los siguientes elementos químicos: N, F, Kr y Ra

Nitrógeno N7 ⇒ {7 p +

7e - } Flúor F9 ⇒ {9 p +

9e - }Criptón Kr36 ⇒{36 p +

36 e - } Radio Ra88 ⇒ {88 p +

88e - }26.- Ordena los elementos anteriores en función de su masa atómica. Ra226,03 Kr83,80 F19,00 N14,01 27.- Di cuál de las siguientes ordenaciones tendría alguna utilidad para la Química: a) Orden alfabético. b) Número de electrones que rodean al núcleo. c) Fecha del descubrimiento del elemento. d) Color del elemento. Número de electrones que rodean al núcleo = nº de protones del núcleo = nº atómico = Z.

28.- A la vista de la Tabla Periódica tal y como la conocemos en la actualidad: a) ¿Quedan elementos en la naturaleza que aún no se han descubierto? Es posible, pero deben tener un número atómico elevado.

b) ¿En qué lugar de la Tabla Periódica deberán situarse los nuevos elementos que se descubran? Al final.

c) ¿En el futuro se podrá descubrir un elemento cuyo número atómico sea Z=40 ? ¿Por qué? No. Porque ya existe un elemento químico con ese número atómico → Circonio → 40Zr.

d) ¿Y un elemento cuyo número atómico sea Z=25,5 ? ¿Por qué? No. Porque los átomos tienen un número entero de protones en su núcleo.

29.- Observa la colocación en la Tabla Periódica de estos cuatro elementos y contesta:

Na Mg

K Ca

a) ¿Qué átomo tiene más protones, el átomo de sodio o el de magnesio?

El de magnesio{ Mg12

Na11}

b) ¿Qué elemento tiene unas propiedades más parecidas a las del magnesio, el potasio o el calcio? El calcio porque está en su grupo.

30.- Situados en línea recta, ¿cuántos átomos de hidrógeno cabrían en 1 cm?

Diámetro del átomo de H≃0,0000000001 m≃0,00000001 cm

1 cm

0,00000001 cm /átomo=1.000.000.000 de átomos de H

31.- Determina el periodo y el grupo en que están situados en la tabla periódica los siguientes elementos químicos: a) Hierro

Hierro Fe26 ⇒ {Periodo4Grupo8 }

b) Calcio

Calcio Ca20 ⇒{Periodo 4Grupo 2 }

c) Bromo

Bromo Br35 ⇒{Periodo 4Grupo17 }

d) Neón

Neón Ne10 ⇒ {Periodo2Grupo18 }

e) Níquel

Níquel Ni28 ⇒ {Periodo4Grupo10 }

f) Azufre

Azufre S16 ⇒{Periodo3Grupo16 }

32.- Localiza en la tabla periódica los elementos más abundantes en el Universo y los más abundantes en la corteza terrestre. ¿Cuál es el número atómico de cada uno?

Más abundantes en el Universo Más abundantes en la corteza

Hidrógeno H1 Oxígeno O8

Helio He2 Silicio Si14

33.- Completa la tabla con los siguientes elementos químicos: Hidrógeno – Carbono – Cesio – Helio – Francio – Bromo – Silicio – Aluminio – Nitrógeno – – Argón – Sodio – Magnesio – Oxígeno

Sólidos Líquidos Gaseosos Gases nobles

Carbono Cesio Hidrógeno Helio

Silicio Francio Helio Argón

Aluminio Bromo Nitrógeno

Sodio Argón

Magnesio Oxígeno

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