ACTIVIDADES DEL INTERIOR DE LA UNIDAD

1. Por qu el modelo de Thomson no puede justificar los resultados del experi-mento de Rutherford?

El modelo de Thomson establece un tomo donde la carga est uniformemente distri-buida. De acuerdo con l, las partculas alfa, a, no deberan experimentar dispersinalguna, lo cual, tal y como demostr Rutherford, no ocurre en la realidad.

2. Por qu el nmero de protones ms el de neutrones nos da, de forma aproxi-mada, la masa de un istopo dado?

Si consideramos que la contribucin de la masa de los electrones a la masa total deltomo es despreciable, la masa atmica ser la suma de la masa de los neutrones msla masa de los protones. Como en unidades de masa atmica la masa del neutrn y ladel protn coinciden, y su valor es prcticamente la unidad, se entiende que coincidael valor del nmero msico con el de la masa atmica.

3. Indica el nmero de partculas subatmicas de cada clase que tienen las si-guientes especies qumicas:

5525Mn; 55

25Mn7+; 235

92U; 238

92U

Cuntos tipos de tomos diferentes encuentras?

En las especies qumicas relacionadas en el enunciado solo hay dos tipos de tomosdiferentes, el manganeso, Mn, y el uranio, U.

El nmero de partculas subatmicas de cada clase que tiene cada especie qumica esel que se explica a continuacin:

5525

Mn: Como su nmero atmico es Z = 25, tendr 25 protones. Al ser una especiequmica neutra, deber tener igual nmero de electrones. El nmero de neutronesse calcula como sigue:

A = Z + N8 N = A Z = 55 25 = 30 neutrones

5525

Mn7+: Para esta especie qumica, al igual que en la anterior, Z = 25; es decir, ten-dr el mismo nmero de protones. Pero al ser un ion con siete cargas positivas, haperdido siete electrones. Por tanto, tendr 25 7 = 18 electrones. Como no ha va-riado el nmero msico, tendr 30 neutrones.

23592

U: Esta especie qumica es un istopo del uranio, cuyo valor del nmero atmico esZ = 92. Al no presentar carga elctrica neta, tendr 92 protones y 92 electrones. Asi-mismo, dispondr de 235 92 = 143 neutrones.

23892

U: Ahora tenemos de nuevo un tomo de uranio, pero se trata de otro istopo,ya que tiene distinto valor de A. Este istopo tendr 92 protones, 92 electrones y238 92 = 146 neutrones.

Unidad 12. Estructura atmica. Sistema Peridico 273

12Estructura atmica.Sistema Peridico

Actividades del interior de la unidad

4. Consultando otra bibliografa, define la amplitud, el perodo, la longitud deonda y la frecuencia de una onda.

Amplitud. Es la mxima elongacin con la que vibran las partculas; es decir, la m-xima distancia entre la posicin de una partcula y el centro de su oscilacin. Se sue-le representar por la letra A.

Perodo. Es el tiempo transcurrido durante una vibracin u oscilacin completa. Serepresenta por la letra T.

Longitud de onda. Es la distancia que separa dos puntos consecutivos que se en-cuentran en el mismo estado de vibracin. Tambin podemos definirla como la dis-tancia recorrida por una onda peridica durante el tiempo de un perodo, T. Se re-presenta por la letra griega lambda, l.

Frecuencia. Es el nmero de oscilaciones completas en la unidad de tiempo. Se sue-le representar por la letra latina f, o la griega nu, m.

En la figura se muestra una onda en un instante de tiempo determinado (izda.) y enuna posicin determinada (dcha.).

5. Qu radiacin es ms energtica, la luz roja o la luz azul? Por qu?

Es ms energtica la luz azul, ya que tiene menor longitud de onda (mayor frecuencia).

6. Una emisora de FM emite a 99,5 MHz. Cul es su longitud de onda? A qu zo-na del espectro corresponde?

Suponiendo que la onda se propaga a travs del vaco, la velocidad de propagacinser v = c. Por tanto:

l = 8 l = = 3 m

La radiacin que emite est en la zona de las ondas de radio.

7. Explica brevemente qu significa que la energa se absorbe o se emite en valo-res discretos.

Significa que no se puede absorber o emitir cualquier valor de la energa, sino mlti-plos de un determinado valor (cuanto). Es como si quisiramos comprar algo y fuse-mos a pagar en efectivo. No podramos pagar 53,7 cntimos de euro, ya que la canti-dad ha de ser un mltiplo entero de un cuanto o paquete de dinero (el cntimo deeuro).

y (x, 0)

PA A

x t

x

Ty (0, t )

3 108 m s1

99,5 106 s1cf

Unidad 12. Estructura atmica. Sistema Peridico274

08. Calcula cunto vale la energa del primer nivel de energa en el tomo de hi-drgeno segn el modelo de Bohr.

Aplicando la ecuacin de Bohr y teniendo en cuenta que el primer nivel de energacorresponde a n =1, ser:

E = 8 E = = 2,18 1018 J

09. El electrn del tomo de hidrgeno est en el nivel excitado n = 4. Calcula lafrecuencia de la radiacin emitida al volver a su nivel fundamental.

Calculando las energas de los niveles n = 4 y n = 1, tenemos:

E4= = 1,36 1019 J

E1= = 2,18 1018 J

Por tanto, la energa emitida ser:

DE = E1 E

4= 2,04 1018 J

El signo negativo nos indica que el sistema, en este caso el electrn, cede energa, lacual se emite en forma de radiacin electromagntica. Para calcular la frecuenciaprescindimos de este signo; por tanto:

DE = h f8 f = 8 f = = 3,1 1015 s1(Hz)

Esta radiacin estara en la zona del ultravioleta. Es uno de los trnsitos de la serie deLyman.

10. Utilizando la regla n + l, o regla de Mller, ordena los siguientes orbitales demenor a mayor energa: 2p; 3s; 3p; 3d; 4s.

Con los valores de n y l correspondientes a cada orbital, podemos confeccionar la si-guiente tabla:

Por tanto, el orden pedido ser:

2p < 3s < 3p < 4s < 3d

2,18 1018 J12

2,18 1018 J42

kn2

2,18 1018 J12

2,04 1018 J6,63 1034 J s

Eh

Unidad 12. Estructura atmica. Sistema Peridico 275

Orbital Valor de n Valor de l n + l

2p 2 1 3

3s 3 0 3

3p 3 1 4

3d 3 2 5

4s 4 0 4

11. Escribe las configuraciones electrnicas en el estado fundamental de las si-guientes especies qumicas: He; Kr; Mg; Cl; O2; C4+.

Teniendo en cuenta que los nmeros atmicos de He, Kr, Mg, Cl, O y C son 2, 36, 12,17, 8 y 6, respectivamente, el orden de ocupacin de los orbitales y que la especiequmica O2 ha ganado dos electrones y que la especie C4+ ha perdido 4 electrones,tendremos:

He (Z = 2): 1s 2

Kr (Z = 36): 1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s24p 6

Mg (Z = 12): 1s 22s 22p 63s2

12. De las siguientes configuraciones electrnicas, indica cul (o cules):

a) Pertenece a un estado fundamental.

b) Pertenece a un estado excitado.

c) No es aceptable fsicamente.

I) 1s22s2p63s3.

II) 1s22s23s1.

III) 1s22s2p63s2p1.

I) 1s 2 2s 2p 6 3s3. No es aceptable fsicamente. En el orbital 3s hay tres electrones, he-cho prohibido por el principio de exclusin de Pauli.

II) 1s 2 2s 2 3s1. Esta configuracin pertenece a un estado excitado. En el estado funda-mental, el electrn 3s estara en un orbital 2p, de menor energa.

III) 1s 2 2s 2p 6 3s2p 1. Corresponde a un estado fundamental.

13. Escribe la configuracin electrnica de la ltima capa de los elementos de losgrupos 1, 2 y 18.

Los tres grupos corresponden a elementos representativos; es decir, los electronesvan ocupando el subnivel s (grupos 1 y 2) o el subnivel p (grupos del 13 al 18).

Los elementos del grupo 1, o IA, tienen un electrn en su capa de valencia; los delgrupo 2, o IIA, dos electrones, y los elementos del grupo 18, o grupo VIIIA, ocho.Por tanto, las configuraciones de la capa de valencia de estos elementos son:

14. Escribe tres ejemplos de elementos: a) Metlicos. b) No metlicos. c) Repre-sentativos. d) De transicin. e) De transicin interna.

a) Tres elementos metlicos: litio, Li; magnesio, Mg, y plata, Ag.

b) Tres elementos no metlicos: carbono, C; oxgeno, O, y cloro, Cl.

c) Tres elementos representativos: bario, Ba; fsforo, P, y argn, Ar.

d) Tres elementos de transicin: cromo, Cr; manganeso, Mn, y plata, Ag.

e) Tres elementos de transicin interna: uranio, U; plutonio, Pu, y Cerio, Ce.

Unidad 12. Estructura atmica. Sistema Peridico276

Cl (Z = 17): 1s 2 2s 22p 6 3s23p 5

O2 (Z = 8): 1s 2 2s 22p 6

C4+ (Z = 6): 1s 2

Grupo 1 ns1 ns2Grupo 2 Grupo 18 ns2p6

15. Fijndote en su colocacin dentro del Sistema Peridico, y sin utilizar el datodel nmero atmico, escribe la configuracin electrnica de:

a) Ca.

b) Fe.

c) Kr.

a) Calcio. Para llegar hasta l hay que completar los perodos primero, segundo ytercero, es decir, los subniveles 1s, 2s, 2p, 3s y 3p, y despus avanzar dos lugares,lo que implica colocar dos nuevos electrones, que irn alojados en el siguienteorbital, el 4s.

Por tanto, su configuracin electrnica ser:

Ca: 1s 2 2s 2 2p 6 3s23p 64s2

b) Hierro. Siguiendo un planteamiento anlogo, tenemos:

Fe: 1s 2 2s 2 2p 63s23p 64s2 3d 6

Como para Z > 20 el orbital 3d tiene menos energa que el 4s, queda:

Fe: 1s 2 2s 22p6 3s23p 63d 64s 2

c) Kriptn. Del mismo modo que en los casos anteriores, tenemos ahora:

Kr: 1s 2 2s22p 6 3s2 3p63d 10 4s24p6

16. A la vista de los datos de la tabla de energas de ionizacin, indica mediantelas correspondientes ecuaciones los tres procesos de ionizacin que puedeexperimentar el litio.

El tomo de litio tiene tres electrones, por lo que experimentar tres procesos de io-nizacin. Si disponemos de 1 mol de tomos de este elemento, en estado gaseoso,las ecuaciones para el primero, segundo y tercer proceso son, respectivamente:

Li (g) + 520 kJ 8 Li+ (g) + 1 mol e

Li+ (g) + 7298 kJ 8 Li2+ (g) + 1 mol e

Li2+ (g) + 11815 kJ 8 Li3+ (g) + 1 mol e

17. Ordena de mayor a menor radio atmico los siguientes elementos: F, Ca y S.

Teniendo en cuenta la situacin de F, Ca y S en el Sistema Peridico, y la variacindel radio atmico en los grupos y en los perodos, el orden pedido ser:

Ca > S > F

El calcio tiene cuatro capas electrnicas; el azufre, tres, y, por ltimo, el flor, dos.

18. Indica los iones ms estables que forman los elementos de la actividad anterior.

Entendiendo por iones ms estables aquellos cuya configuracin electrnica coinci-de con la del gas noble ms prximo, sera:

F: Tiene siete electrones en su capa de valencia; por tanto, su ion ms estable es F.

Ca: Tiene dos electrones en su capa de valencia; luego, su ion ms estable es Ca2+.

S: Tiene seis electrones en su capa de valencia; entonces, su ion ms estable es S2.

Unidad 12. Estructura atmica. Sistema Peridico 277