FACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS AMBIENTALES

ASIGNATURA DE QUÍMICA

TALLER No 1

CONTENIDO: NATURALEZA DE LA MATERIA Y TEORÍA ATÓMICA

INTRODUCCIÓN

Datos experimentales que resultan de los espectros electrónicos indican que el

comportamiento de los electrones queda descrito por los números cuánticos n, l, m y s, y

que hay orbitales en los átomos polielectrónicos más pesados idénticos a los orbitales s,

p, d, y f, del electrón de un átomo.

Los problemas relacionados a continuación se refieren a las estructuras electrónicas de

átomos polielectrónicos, y del modo en que el conocimiento de estas estructuras permite

explicar la tabla periódica y algunas propiedades de los elementos.

CONCEPTOS PREVIOS

Número atómico - Número de masa - Cambio físico - Cambio químico - Masa atómica

Clase de materia - Mezcla homogénea - Mezcla heterogénea - Compuesto - Isótopos.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Radiación electromagnética - Modelos atómicos - Configuración electrónica - Tabla

periódica y propiedades.

PROBLEMAS COMPLEMENTARIOS

NATURALEZA DE LA MATERIA

1. Completa la siguiente tabla:

átomonúmero

de p+

número

de nºZ A

As 33 42 84 210

Po

Tc 43 99

Ra 88 226

Cl 18 35

2. ¿Cuáles de los siguientes pares son isótopos?

1. Sólo b 2. a y d 3. a y c 4. Sólo c 5. a y b

3. ¿Cuál es el número de protones, neutrones y electrones en cada uno de los siguientes

átomos?

4. El Mg se conoce desde hace mucho tiempo como el metal estructural más ligero en la

industria, debido a su bajo peso y capacidad para formar aleaciones mecánicamente

resistentes., consiste de tres isótopos estables: 24Mg, con 23,985 uma (78.99 %); 25Mg con

24,986 uma (10.00 %), y 26Mg con 25,983 uma (11.01 %). Evalúe la masa atómica media

del Mg. R/ 24.31 uma

5. Seleccione el término mejor asociado con cada definición, descripción o ejemplo

específico.

a). Espectro continuo b). Difracción electrónica c). Empírico d). Estado excitado e).

Isoelectrónico f). Órbita g). Números cuánticos h). Subnivel.

( ) Se caracteriza por una energía mayor que la del estado fundamental.

( ) Trayectoria cerrada alrededor de un punto de referencia.

( ) Designaciones de las características electrónicas que contribuyen al estado de

energía total.

( ) 4s.

( ) Luz de fuente incandescente.

( ) Que se derivan de consideraciones experimentales más bien que de consideraciones

teóricas.

( ) Evidencia de las propiedades ondulatorias de los electrones.

( ) Especies que tienen el mismo número de electrones, tales como el Na+ y el Ne.

6. Seleccione el término mejor asociado con cada definición, descripción o ejemplo

específico.

a). Átomo de Bohr b). Espectros discontinuos c). Estado fundamental d). De Broglie e).

Mecánica cuántica.

( ) Para el átomo de carbono, puede representarse por 1s2 2s2 2px1 2py

1.

( ) Aplicación de las características ondulatorias para ciertas propiedades de la materia.

( ) Evidencia experimental para las energías cuantificadas de los electrones de los

átomos.

( ) Modelo que sugiere órbitas cuantificadas para los electrones, dentro de los átomos.

( ) Carácter dual del electrón.

NÚMEROS CUÁNTICOS

7. Indique el número atómico del elemento que en su estado basal, tiene su electrón de

más alta energía caracterizado por el conjunto de números cuánticos siguientes:

a). n = 3 b). l = 2 c). ml = 1 d). ms = 1/2. R/ Z = 27

8. En el estado fundamental de 37Rb: a) ¿Cuántos electrones tiene l = 0 como uno de sus

números cuánticos? b). ¿Cuántos electrones tiene m l = O como uno de sus números

cuánticos? c). ¿Cuántos electrones tiene ml = 1 como uno de sus números cuánticos?

R/ a). 9 b). 17 c). 8

9. Cuál es el número atómico del elemento que, en su estado basal, tiene su electrón de

más alta energía caracterizado por el siguiente conjunto de números:

n = 4 l = 1 ml = 0 ms = 1/2 R/ Z = 35

RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Y TRANSICIONES ELECTRÓNICAS

10. Un radioisótopo artificial que se produce en un reactor nuclear es cobalto-60 ( ).

Constituye una fuente importante de rayos gamma y se utiliza como un agente en

radioterapia para el tratamiento del cáncer y en la fabricación de algunos plásticos. ¿Cuál

es la frecuencia de la radicación gamma procedente de una fuente radiactiva de cobalto-

60 si su longitud de onda es 1.0 x 108 Å?

a). 3.3 x 1025 s b). 1.0 x 109 s c). 3.0 x 1010 s d). 3.0 x 1018 s e). 3.0 x 1026 s

11. Un espectroscopio es un instrumento que sirve para medir longitudes de onda de las

líneas que se encuentran en los espectros de emisión y absorción. Dos de las líneas de la

radiación amarilla que emite el metal sodio cuando se calienta, las llamadas líneas D del

sodio, se utilizan para calibrar los espectroscopios. La longitud de onda de una de estas

líneas es 5890 Å. ¿Cuál es la energía de transición electrónica que corresponde a esta

línea?

a). 6.62 x 1027 erg b). 3.37 x 1020 erg c). 1.12 x 1012 erg d). 3.37 x 1012 erg e). 5.89 x 103

erg

12. Utilice la ecuación de Bohr y la constante de Rydberg para calcular en A, la longitud

de onda en el espectro del hidrógeno, correspondiente a una transición electrónica de n =

4 a n = 2. ¿A qué región del espectro electromagnético corresponde?

EFECTO FOTOELÉCTRICO

13. El cesio metal que se utiliza ampliamente en fotocélulas y en cámaras de televisión

porque tiene la energía de ionización más baja de todos los elementos y es fácilmente

ionizado por la luz. ¿Cuál es la energía cinética de un fotoelectrón desprendido por el

cesio con luz de 500 A? La longitud de onda crítica para que tenga lugar el efecto

fotoeléctrico en el cesio es de 600 Å.

Observación: Energía cinética de un fotoelectrón desprendidos por el cesio

siendo la frecuencia crítica del Cs.

a). 6.6 x 1027 erg. b). 9.9 x 1013 erg c). 6.9 x 1012 erg d). 6.6 x 105 erg e). 1.5 x 1014erg

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

14. Indique número atómico, grupo y período para los elementos con la siguiente

configuración electrónica para sus electrones más externos:

a). 5s2 b). 3s2 3p4 c). 4s2 3d6 d). 4s1 3d10 e). 5s2 5p6

15. ¿Cuáles de los elementos pueden tener las siguientes estructuras electrónicas?

a).Ar4s23d1 b). Ar4s23d104p6 c). Kr5s24d105p2 d). Xe6s1

16. Escriba las configuraciones electrónicas de los siguientes iones:

a). 47Ag+ b). 82Pb2+ c). 21Sc3+ d). 24Cr3+ e). 16S2–.

17. Para los iones de la pregunta anterior escriba:

a). Número de electrones desapareados. b). Propiedad magnética.

18. Las disoluciones acuosas de sales crómicas (Cr3+) se utilizan en el cromado. ¿Cuál es

la configuración electrónica del estado fundamental de los iones Cr+3 que se encuentran

en las disoluciones electrolíticas de cromado?

a). [Ar] b). [Ar]4s13d2 c). [Ar]4s23d1 d). [Ar] 3d3 e). [Kr]5s14d2

19. Para los elementos:

, , , , , .

a). Efectúe la configuración electrónica. Indique la cantidad de protones y de neutrones y

acomode los electrones en los niveles de energía principales.

b). Diga el número de electrones de valencia para cada uno

20. Hay muchos complejos estables de metales de transición en los que el catión metálico

tiene una configuración electrónica [Ar]3d6 en su estado fundamental. Considérense los

cationes Mn+, Fe2+, Co3+, Ni4+ y Zn2+. ¿Cuál de ellos no tiene la configuración electrónica

[Ar]3d6 en su estado fundamental?

a). Mn+ b). Fe2+ c). Co3+ d). Ni4+ e). Zn2+

TABLA PERIÓDICA

21. Dadas las configuraciones electrónicas de los átomos neutros. A). 1s2 2s2 2p6 3s1 y B).

1s2 2s2 2p6 6s1 indique razonadamente si son verdaderas o falsas las siguientes

afirmaciones:

a). ¿Se necesita energía para pasar de A a B? b). ¿A y B representan elementos distintos?

c). ¿Se requiere una menor energía para arrancar un electrón de B que de A?

22. El Ca, es el elemento del lugar 20 de la tabla periódica; sus iones en el agua forman

depósitos en tuberías y calderas cuando el agua es dura, es decir, cuando contiene

demasiado calcio o magnesio. Esto se puede evitar con los ablandadores de agua.

El calcio está rodeado de los elementos 12,19, 21 y 38. ¿Cuáles de ellos tienen

propiedades físicas y químicas que más se asemejan a las del Ca? Justifique su respuesta.

23. Dada la tabla periódica anterior responda las siguientes preguntas:

IA IIA

IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA

ns1 ns2

ns2p1 ns2p2 ns2p3 ns2p4 ns2p5 ns2p6

1 2 13 14 15

16 17 18

H

A 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Q K B I F D

P III

B

IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB E U W J

G Ñ L T Y

X R

Z LL

M

a). ¿Qué elementos pertenecen a la familia de los halógenos, alcalinos y gases nobles?

b). ¿Q tendrá mayor carácter metálico que K? Explique.

c). ¿I tendrá mayor potencial de ionización que W? Explique.

d). ¿Cuántos electrones de valencia tienen W, D, A y R?

e). ¿Entre U y P cuál tiene mayor afinidad electrónica?

1234567

f). ¿Por qué el número de protones en el núcleo de R es mayor que en U? Explique.

g). ¿Entre L y R cuál tiene mayor radio atómico? Explique.

h). El elemento que tiene menor radio atómico. Justifique su respuesta.

24. Ordenar las siguientes especies en orden decreciente de tamaño atómico:

1H; 2He; 3Li+; 4Be2+

PROBLEMAS COMPLEMENTARIOS

1. En la naturaleza existen dos isótopos del cloro , calcule la abundancia

relativa de cada uno de ellos, sabiendo que la masa atómica del cloro es 35.45.

2. El radio es un elemento radiactivo que emite partículas alfa (núcleos de helio, He+2),

partículas beta (electrones) y rayos gamma. Una de sus aplicaciones son las pinturas auto

luminosas. Las partículas alfa emitidas por el radio tienen una energía de 4.8 MeV

(millones de electrón voltios). ¿Cuál es la longitud de onda de de Broglie asociada a una

de estas partículas alfa?

Masa de la partícula alfa = 6.6 x 1024 g 1 MeV = 1.6 x 106 erg

a). 6.6 x 1027 cm b). 6.6 x 1024 cm c). 8.3 x 1016 cm d). 6.6 x 1013 cm e). 9.4 x 1013 cm

3. De Broglie propuso en 1924 que cualquier partícula posee propiedades ondulatorias y

tiene asociada una longitud de onda λ dada por siendo m la masa de la partícula

y la constante de Planck. ¿Cuál sería la longitud de onda de Broglie asociada a un

esquiador de 88 kg descendiendo el Monte Tremblant, en Quebec, a 5.0 x 105 cm s1?

= 6.6 x 1027 erg s

a). 1.5 x 1037 cm b). 1.5 x 1034 cm c). 6.6 x 1027 cm d). 3.3 x 1021 cm e). 5.0 x 105 cm

4. El cesio metálico se utiliza en celdas fotoeléctricas, instrumentos espectrográficos,

contadores de centelleo, bulbos de radio, lámparas militares de señales infrarrojas y

varios aparatos ópticos y de detección. El isótopo cesio-137 está sustituyendo al cobalto-

60 en el tratamiento del cáncer. Determina la energía cinética con la que será expulsado

un electrón del cesio al emplear una radiación de 850 nm si sabemos que la energía

umbral del Cs es

6,22 x 1019 J ( = 6,625 x 1034 J s). R/ No será expulsado el electrón del

Cesio.

REVISIÓN SUGERIDA:

1. DE APLICACIÓN

1. Aplicaciones de los isótopos radiactivos:

http://www.sagan-gea.org/hojared_radiacion/paginas/Aplicaciones.html:

2. Tecnología radiactiva en la industria alimentaria: en bibliografía

3. Bronceados que dan cáncer: en Moodle

4. Primeras aplicaciones médicas: El gran escándalo del radio.

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/radio.html

5. Introducción a la ionización (iones buenos- iones malos): en Moodle

2. DE ANIMACIÓN

Efecto fotoeléctrico:

http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/

Ef_Fotoelectrico/gifsEF.htm

Teoría de Bohr del átomo de Hidrógeno: en Moodle o

http://www.deciencias.net/proyectos/quimica/atomo/modelobohr.htm

Modelo actual del átomo:

http://www.deciencias.net/proyectos/quimica/atomo/modeloactual.htm

Experimento de Rutherford:

http://www.deciencias.net/proyectos/quimica/atomo/rutherford.htm