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Ejercicios resueltos: ÁTOMOS
Este documento presenta 12 ejercicios resueltos sobre la estructura atómica y el modelo atómico de diferentes elementos químicos. Explica conceptos como el número de protones, neutrones y electrones en el átomo, la configuración electrónica, los niveles y capas electrónicas y los diagramas de orbitales. También analiza el comportamiento químico de los átomos dependiendo de si les faltan o les sobran electrones en su capa exterior para alcanzar la configuración del gas noble más estable.
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Ejercicios resueltos: ÁTOMOS
- 1. SESO DEL IESLAS CUMBRES. GRAZALEMA CIENCIAS DE LA NATURALEZA 2º ESO http://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 195 Pt 78 Z =78⇒ 78 protones
- 2. b) Mercurio 201 Hg 80 Z =80⇒ 80 protones 5.- Determina la estructura atómica de los átomos correspondientes a los siguientes elementos químicos: a) Sodio 23 Na 11 { } + Z =11 Nº p- =11 Nº e =11 A=23 Nº n=23−11=12 Número de Avogadro 23 Z =11⇒ 1 mol de Na=11 g de Na=6,022· 10 átomos de Na b) Bario 137 Ba 56 { } + Z =56 Nº p- =56 Nº e =56 A=137 Nº n=137−56=81 Número de Avogadro Z =56⇒ 1 mol de Ba=56 g de Ba=6,022 · 1023 átomos de Ba c) Hierro 56 Fe 26 { } + Z =26 Nº p- =26 Nº e =26 A=56 Nº n=56−26=30 Número de Avogadro 23 Z =26 ⇒1 mol de Fe=26 g de Fe=6,022 ·10 átomos de Fe d) Oro 197 Au 79 { } + Z =79 Nº p- =79 Nº e =79 A=197 Nº n=197−79=118 Número de Avogadro Z =79⇒ 1 mol de Au=26 g de Au=6,022 ·10 23 átomos de Au
- 3. 16 17 6.- Expresa la estructura atómica y el modelo atómico del átomo 8 O , del isótopo 8 O y del ión 16O2 - del elemento químico oxígeno. 8 16 Oxígeno → 8 O Estructura atómica { } + Z =8 Nº p- =8 Nº 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 . h m v r =n 2 h constante de Planck m masa del electrón v velocidad del electrón r radio de la órbita n número 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: E 2− E 1=h v E 1 , E 2 energía de las correspondientes órbitas
- 4. 17 Oxígeno → 8 O ⇔O−17 Estructura atómica { } + Z =8 Nº p- =8 Nº e =8 A=16 Nº n=16−8=8 Modelo atómico Nº e -=Nº p + ⇒ Átomo neutro Isótopo de oxígeno
- 5. 16 Ión oxígeno → 8 O2 - Estructura atómica { } + Z =8 Nº p- =8 Nº 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 oxígeno O 2 -
- 6. 19 19 7.- Expresa la estructura atómica y el modelo atómico del átomo 9 F y del ión 9 F - del elemento químico flúor. 19 Flúor → 9 F Estructura atómica { } + Z =9 Nº p- =9 Nº e =9 A=19 Nº n=19−9=10 Modelo atómico Nº e -=Nº p + ⇒ Átomo neutro
- 7. 19 - Ión flúor → 9 F Estructura atómica { } + Z =9 Nº p- =9 Nº e =91=10 A=19 Nº n=19−9=10 Modelo atómico - - + 1 e por exceso⇒ Nº e Nº p ⇒Carga eléctrica negativa −1 - Ión flúor F
- 8. 23 23 8.- Expresa la estructura atómica y el modelo atómico del átomo 11 Na y del ión 11 Na+ del elemento químico sodio. 23 Sodio → 11 Na Estructura atómica { } + Z =11 Nº p- =11 Nº e =11 A=23 Nº n=23−11=12 Modelo atómico Nº e -=Nº p + ⇒ Átomo neutro
- 9. 23 + Ión sodio → 11 Na Estructura atómica { } + Z =11 Nº p- =11 Nº e =11−1=10 A=23 Nº n=23−11=12 Modelo atómico 1 e - por defecto ⇒ Nº e - Nº p+ ⇒Carga eléctrica positiva1 + Ión sodio Na
- 10. 9.- Dado elátomo 35Cl del elemento químico cloro: 17 a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico 35 Cloro → 17 Cl Estructura atómica { } + Z =17 Nº p- =17 Nº e =17 A=35 Nº n=35−17=18 Modelo atómico 2 e- 8 e- 18 e - Último nivel ⇒ 8 e- Nº e -=Nº p + ⇒ Átomo neutro
- 11. Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 5 → 3s2 3p5 → n 3=7 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p Comportamiento químico Le falta 1 e - para completar su nivel exterior. El átomo está inestable. Tiende a captar 1 e - y se transforma en ión negativo (Cl +). Se estabiliza. capta 1 e - y se estabiliza 1 e - por exceso⇒ Nº e - Nº p + ⇒Carga eléctrica negativa −1 Ión cloro Cl -
- 12. 10.- Dado elátomo 27 Al del elemento químico aluminio: 13 a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico 27 Aluminio → 13 Al Estructura atómica { } + Z =13 Nº p- =13 A=27 Nº n=27−13=14 Nº e =13 Modelo atómico 13 + Nº e -=Nº p + ⇒ Átomo neutro Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 1 → 3s2 3p1 → n 3=3 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 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 5 e - que le faltan para completar su nivel exterior, transformándose en ión negativo (Al – , Al 2– , Al 3– …).
- 13. 11.- Dado elátomo 33S del elemento químico azufre: 16 a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico 33 Azufre → 16 S Estructura atómica { } + Z =16 Nº p- =16 A=33 Nº n=33−16=17 Nº e =16 Modelo atómico 16 + - + Nº e =Nº p ⇒ Átomo neutro Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 4 → 3s2 3p4 → n 3=6 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → Regla de Hund 1s 2s 2p 3s 3p Comportamiento químico Le faltan 2 e - para completar su nivel exterior. El átomo está inestable. Tiende a captar 2 e - en ión negativo (S – o S 2– ).
- 14. 12.- Dado elátomo 4 He del elemento químico helio: 2 a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico 4 Helio → 2 He Estructura atómica { } + Z =2 Nº p- =2 Nº e =2 A=4 Nº n=4−2=2 Modelo atómico - + Nº e =Nº p ⇒ Átomo neutro Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ 1s 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. 13.- Dado elátomo 40Ca del elemento químico calcio: 20 a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico 40 Calcio → 20 Ca Estructura atómica { } + Z =20 Nº p- =20 Nº e =20 A=40 Nº n=40−20=20 Modelo atómico 20 + Nº e -=Nº p + ⇒ Átomo neutro Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 → 3s2 3p6 → n 3=8 e - n4 2 → 4s2 → n 4=2 e -
- 16. Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p 4s Comportamiento químico Tiene 2 e - 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 + - 2+ cede 2 ⇒ Ca
- 17. 14.- Dado elátomo 20 Ne del elemento químico neón: 10 a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico 20 Neón → 10 Ne Estructura atómica { } + Z =10 Nº p- =10 Nº e =10 A=20 Nº n=20−10=10 Modelo atómico 10 + - + Nº e =Nº p ⇒ Átomo neutro Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 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.
- 18. 15.- Dado elátomo 24 Mg del elemento químico magnesio: 12 a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico 24 Magnesio → 12 Mg Estructura atómica { } + Z =12 Nº p- =12 A=24 Nº n= A−Z =24−12=12 Nº e =12 Modelo atómico 12 + Nº e -=Nº p + ⇒ Átomo neutro Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 → 3s2 → n 3=2 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s Comportamiento químico Tiene dos electrones de valencia. Átomo inestable. Tiende a cederlos y se transforma en ión positivo (Mg + o Mg 2 +).
- 19. 16.- Dado elátomo 40 Ar del elemento químico argón: 18 a) Estructura atómica b) Modelo atómico c) Configuración electrónica d) Diagrama de orbitales e) Comportamiento químico 40 Argón → 18 Ar Estructura atómica { } + Z =18 Nº p- =18 A=40 Nº n=A−Z =40−18=22 Nº e =18 Modelo atómico 18 + Nº e -=Nº p + ⇒ Átomo neutro Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 → 3s2 3p6 → n 3=8 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p 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.
- 20. 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
- 21. A → Unprotón 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 7 N ⇒ 7 p- Flúor 9 F ⇒ 9 p- 7e 9e { } { } + + Criptón 36 Kr ⇒ 36 p- Radio 88 Ra ⇒ 88 p- 36 e 88e 26.- Ordena los elementos anteriores en función de su masa atómica. 226,03 Ra83,80 Kr 19,00 F 14,01 N 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.
- 22. 28.- A lavista 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 12 Mg 11 Na 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 =1.000.000.000 de átomos de H 0,00000001 cm/ átomo 31.- Determina el periodo y el grupo en que están situados en la tabla periódica los siguientes elementos químicos: a) Hierro { Hierro 26 Fe ⇒ Periodo4 Grupo 8 } b) Calcio { Calcio 20Ca ⇒ Periodo 4 Grupo 2 } c) Bromo { Bromo 35 Br ⇒ Periodo 4 Grupo17 }
- 23. d) Neón { Neón 10 Ne ⇒ Periodo 2 Grupo 18 } e) Níquel { Níquel 28 Ni ⇒ Periodo4 Grupo 10 } f) Azufre { Azufre 16 S ⇒ Periodo 3 Grupo16 } 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 1 H Oxígeno 8O Helio 2 He Silicio 14 Si 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