· catódicos, Goldstein descubrió unos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó ... Ejercicios Resueltos. Estructura atómica Sistema Periódico

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EL ÁTOMO CONTENIDOS.

1.- Antecedentes históricos.( ) 2.- Partículas subatómicas. ( ) 3.- Modelo atómico de Thomsom. 4.- Los rayos X. 5.- La radiactividad. 6.- Modelo atómico de Rutherford. 7.- Radiación electromagnética. 8.- Espectros atómicos. 9.- Número atómico y número másico. ( )

9.1. Cálculo de masas atómicas a partir de % de cada isótopo. ( ) 9.2. Cálculo del % de cada isótopo a partir de la masa atómica. ( )

ANTECEDENTES HISTÓRICOS. ( )

• Leucipo y Demócrito. Proponen la “Discontinuidad de la materia”. • Dalton. Formula la primera “Teoría atómica”. • Volta, Davy, Faraday, Berzelius, descubren la “Naturaleza eléctrica de la

materia”. • Thomsom y Millikan descubren el electrón.

MODELOS ATÓMICOS.

• Dalton. No es propiamente un modelo. • Thomsom. Propone “cargas negativas” incrustadas en un núcleo positivo. • Rutherford. El átomo está hueco. La masa y la carga positiva está concentrada

en el núcleo. Fuera están los electrones negativos. • Bohr. Los electrones se sitúan por niveles.

RAYOS CATÓDICOS. MODELO DE THOMSON.

Descubrimiento del electrón.Descubrimiento del electrón.

En 1897, al someter a un gas a baja presión a un voltaje elevado, este emitía unas radiaciones que se conocieron como rayos catódicos.

Se observó que los rayos catódicos eran partículas negativas (se desviaban hacia el polo positivo de un campo eléctrico) con gran energía

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cinética.

Modelo de Thomson

La relación carga/masa de los rayos catódicos es la misma independientemente del gas del que proceda.

Se supuso que estas partículas deberían estar en todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.

Descubrimiento del protón (1914).Descubrimiento del protón (1914).

Utilizando cátodos perforados, en tubos de descarga además de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayos anódicos o canales.

La relación carga/masa de los rayos canales no es la misma sino que depende del gas del que proceda. En cualquier caso, la masa era muy superior a la de los electrones.

Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente del gas más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidía exactamente con la del electrón.

Las cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la del protón, por lo que supuso que deberían ser partículas con varios protones unidos.

EXPERIMENTO Y MODELO DE RUTHERFORD.

Cuando una fuente de partículas atravesaba una fina lámina de oro se observaba en una pantalla fluorescente que la mayoría seguían en línea recta, mientras que algunas rebotaban.

Esto sugirió un modelo hueco en el que la mayoría de la masa (positiva) se encontraba concentrada en un núcleo.

Modelo de RutherfordDescubrimiento del neutrón (1932).Descubrimiento del neutrón (1932).

Rutheford observó que la suma de las masas de los protones y la de los electrones de un determinado átomo no coincidía con la masa atómica por lo que postulo la existencia de otra partícula que:


• Careciera de carga eléctrica. • Poseyera una masa similar a la del protón. • Estuviera situada en el núcleo.

En las primeras reacciones nucleares Chadwick detectó esta partícula y la denominó “neutrón”.

PARTÍCULAS ÁTOMICAS FUNDAMENTALES. ( )

Carga (C) Masa (kg) protón 1,6021 · 10-19 1,6725 · 10-27

neutrón 0 1,6748 · 10-27

electrón –1,6021 · 10-19 9,1091 · 10-31

RAYOS X (ROËNTGEN 1895)

• Se producen junto con los rayos catódicos. • No poseen carga ya que no se desvían al pasar por campos magnéticos. • Tienen gran poder penetrante (atraviesan con facilidad las vísceras, no así los

huesos) e impresionan placas fotográficas. • Viajan a la velocidad de la luz. • Ionizan los gases.

RADIACTIVIDAD (BECQUEREL 1896)

• Son radiaciones similares a los rayos X pero emitidas espontáneamente por algunas sustancias (uranio).

• Son muy ionizantes y penetrantes.

Pueden ser de varios tipos:

• Rayos α (núcleos de He: carga = +2; masa= 4 u) • Rayos β (son cargas negativas procedentes del núcleo por descomposición de

un neutrón en protón + electrón). • Rayos γ (radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia)

RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA (MAXWELL 1864).

La energía desprendida de los átomos se transmite como ondas electromagnéticas (valores fluctuantes del valor del campo eléctrico y campo magnético).

Se caracterizan por una determinada longitud de onda “λ” o por su frecuencia “ν”.

La relación entre ambas viene dada por cλ ν× = o bien como cνλ

= en donde

c es la constante velocidad de la luz (c = 300.000 km/s = 3 x 108 m x s–1).

La frecuencia se mide, pues, en s–1 (herzios)


No necesitan para propagarse medio material.

Tipos de radiaciones electromagnéticas según λ.λTipos de radiaciones electromagnéticas según .

• Rayos γ • Rayos X • Rayos UV • Radiación visible. • Rayos IR • Microondas • Ondas de radio

- Ondas de radar - Ondas de TV. - Onda ultracorta - Onda corta. - Onda media. - Onda larga.

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO.

Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas que emite o absorbe una sustancia o fuente de energía.

La emisión de energía aumenta con la Temperatura.

La energía está cuantizada (como la materia) E = h× ν (fórmula Planck) en donde “h” toma el valor: h = 6,625 ·10–34 J ·s.

La materia también absorbe cuantos de energía (fotones).

La luz se comporta a veces como onda (reflexión) y a veces como corpúsculo (efecto fotoeléctrico).


De Broglie establece la dualidad onda-corpúsculo.

Frecuencia umbralFrecuencia umbral

La frecuencia mínima para extraer un electrón de un átomo (efecto fotoedeléctrico) se denomina “frecuencia umbral “νumbral””::

ionizaciónumbral

Eh

ν =

Si se suministra una radiación de mayor frecuencia, el resto de la energía se transforma en energía cinética del electrón:

( )21 h h2cinética ionización umbralE m v Eν ν= × = × − = × −ν

Ejemplo: Calcula la energía de fotones de rayos X cuya longitud de onda es de 0,6 nm. (h = 6,625 · 10–34 J · s)

8 117 1

93 10 5 100,6 10

c m s sm

νλ

−−

−

× ×= = = ×

×

E = h x ν = 6,625 x 10–34 J x s x 5 x 1017 s–1 = 33,125 x 10–17 J = 3,3125 x 10–16 J

ESPECTROS ATÓMICOS

Es la imagen después de ser dispersada por un prisma del conjunto de radiaciones que emite una sustancia.

El espectro es característico de una determinada sustancia y normalmente sirve par identificarla.

Se obtiene mediante el espectroscopio.

Puede ser: de emisión y de absorción


MODELO DE BOHR ( ).

Los electrones giran alrededor del núcleo únicamente en órbitas permitidas (radios cuantizados).

Cada línea espectral se correspondería con un salto de una órbita a otra para lo cual precisa una cantidad exacta de energía que se corresponde con una determinada frecuencia.

La energía absorbida por un electrón al pasar a un nivel superior (átomo excitado) es la misma que emite cuando vuelve a su orbital.


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Ejercicios ResueltosEstructura atómica Sistema Periódico

Estructura atómica

1.- Completa la siguiente tabla: ⌦

2.- Razona si las siguientes afir-maciones son verdaderas o falsas, corrigiendo las que sean erróneas. a) El átomo es indivisible e inmutable. b) Las tres partículas subatómi-ca fundamentales tienen aproximadamente la misma masa. c) La corteza electrónica es muy densa. ⌦

Elem. Carga Nº prot. Nº neut. Nº elec. Z A Ca 0 20

8 10 10 0 51 122 –1 35 80

3.- Calcula la masa de dos moles de protones, de un mol de neutrones y de medio mol de electrones. (Busca las masas de las partículas en los apuntes). ⌦

4.- Razona si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas, corrigiendo las que sean erróneas. a) El modelo de Thomson es falso porque no explica la experiencia de Rutherford. b) Los átomos están prácticamente huecos. c) El átomo no puede ser neutro porque contiene cargas eléctricas. ⌦

5.- ¿Qué tipo de radiación habrá que suministrar para irradiar un cuerpo con radiación de alta energía? a) alta longitud de onda; b) alta frecuencia; c) alta intensidad. ⌦

6.- Decide si con verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Las diferentes rayas de un espectro de emisión: a) tienen diferente longitud de onda; b) tienen diferente fre-cuencia; c) se corresponden a saltos electrónicos de niveles superiores a niveles infe-riores; d) se encuentran en la zona del visible. ⌦

7.- a) La frecuencia de las ondas emitidas por una emisora de frecuencia modulada es de 101,8 Mhz, ¿cual será la longitud de onda de dichas ondas? b) Halla la energía de un fotón correspondiente a una radiación que posee una longitud de onda de 8700 Å. (1 m = 1010 Å). ⌦

8.- Calcula la frecuencia y longitud de onda del fotón emitido por el tránsito del electrón del átomo de hidrógeno del nivel 3 al nivel 2, sabiendo que entre ellos hay una dife-rencia de energía de 1,89 eV. (1 eV = 1,6·10–19 J) ⌦

9.- Calcula la energía de 2 moles de fotones de longitud de onda 450 nm. ⌦ 10.- Un metal experimenta efecto fotoeléctrico a partir de una energía umbral de

3,7·10-19 J. a) Calcula la energía cinética de un electrón arrancado de la superficie de ese metal por una radiación de 4,5·1015 s–1 de frecuencia. b)¿Qué velocidad llevará dicho electrón? (Sol: 2,61·10–18 J) ⌦

11.- Un equipo de láser emite ondas de 680 nm. ¿A qué frecuencia corresponde esta ra-diación?. Determina la energía asociada a un fotón de luz emitido por dicha fuente. (Sol: 4,41·1014 s–1; 2,92·10–19 J) ⌦


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Sistema periódico

12.- De los siguientes elementos: Al, Ca, K, Mn, S, F y Ba, ¿qué pareja de elementos ten-drá propiedades químicas más parecidas? ⌦

13.- Escribe las configuraciones electrónicas del Ti4+, Sr y Br–.⌦ 14.- Deduce a partir de su configuración electrónica, el periodo y el grupo de los siguientes

elementos: Se (Z = 34), Sr (Z = 38), N (Z = 7), Cd (Z = 48) y Rb (Z = 37). ⌦ 15.- Justifica si con verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Dos elementos A (1s2

2s2p6 3s2p6d3 4s2) y B (1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2): a) son del mismo grupo; b) son del mismo periodo; c) son no-metales; d) son metales de transición; e) tienen propieda-des químicas similares. ⌦

16.- Un anión A2– tiene la siguiente configuración electrónica: 1s2 2s2p6 3s2p6. a) Determina a qué grupo y periodo pertenece. b) ¿De qué elemento se trata? c) ¿Cuál es la confi-guración electrónica del elemento neutro. ⌦

17.- El elemento X de Z = 116 aún no descubierto: a) ¿Cuál sería su configuración elec-trónica?; b) ¿a que grupo y a qué periodo pertenecería?; c) ¿cuál sería la fórmula de su oxido y de su hidruro? ⌦

18.- El número atómico de dos elementos A y B es 11 y 34 respectivamente; a) ¿Cuántos electrones de valencia tendrá cada uno de ellos?; b) ¿a qué grupo y periodo pertene-cerá cada uno de ellos?; c) ¿Cuál será metal y cuál no-metal? ⌦


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Soluciones a los ejercicios 1. ⌫ Elem. Carga Nº prot. Nº neut. Nº elec. Z A

Ca 0 20 20 20 20 40 O –2 8 10 10 8 18 Sb 0 51 71 51 51 122 Br –1 35 45 36 35 80

2. ⌫ a) Falsa. Porque el átomo esta formado por partículas más pequeñas tales como electrones, protones y electrones y por tanto, puede dividirse. Puede dividirse y por tanto no es inmutable, debido a que puede variar el número de electrones que contiene en su estructura. También pue-de variar el nº de protones y neutrones en las reacciones radiactivas. b) Falsa. Los protones y neutrones sí tienen aproximadamente la misma, pero los electrones tienen una masa mucho menor. c) Falsa. Porque la mayor parte de la m asa del átomo se encuentra en el núcleo, que es muy pequeño, mientras que la corteza electrónica sólo contiene electrones girando en órbitas, de masa muy inferior a la del núcleo y de un tamaño enorme con respecto al núcleo.

3. ⌫ 6,02 · 1023 protón 1,6725 ·10-27 kg 1000 g 2 mol · ———————– · ——————— · ——— = 2,014 g mol protón kg 6,02 · 1023 neutrón 1,6748 ·10-27 kg 1000 g 1 mol · ———————– · ————————— · ——— = 1,008 g mol neutrón kg 6,02 · 1023 electrón 9,1091 ·10-31 kg 106 mg 0,5 mol · ———————–— · ——————— · ——— = 0,2742 mg mol electrón kg

4. ⌫ a) Verdadera. Porque el modelo de Thomson no explica el porqué no se desvían la mayoría de las partículas “α” ni por qué solo algunas de ellas salen rebotadas en la experiencia de Rut-herford. b) Verdadera. Porque el átomo es mucho mayor que el núcleo, y en el núcleo está la mayor par-te de la masa; el resto del átomo son electrones moviéndose en sus orbitales, por lo que hay mucho espacio libre. c) Falsa. El átomo es generalmente neutro, ya que contiene tantas cargas eléctricas negativas en su corteza como cargas positivas en su núcleo.

5. ⌫ Si hablamos de radiaciones de alta energía nos referimos a radiaciones de alta frecuencia dado que E = h · ν. También se mude tener mucha energía utilizando muchos fotones de menor frecuencia, es decir, mucha intensidad. Sin embargo, no se usará el calificativo de radiaciones de alta energía puesto que cada fotón tiene energía menor.

6. ⌫ a) Verdadera. Cada raya posee diferente energía y, por tanto, diferente longitud de onda. b) Verdadera. Cada raya posee diferente energía y, por tanto, diferente frecuencia. c) Verdadera. Al saltar los electrones de niveles superiores a inferiores emiten energía de fre-cuencias específicas correspondientes cada una de ellas con una raya del espectro de emisión d) Falsa. Las rayas del espectro se encuentran también en el infrarrojo y en el ultravioleta ade-más de en el visible.


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7. ⌫ a) m,s,smc 952

108101103

16

18

=×

××== −

−

νλ

b) J,m

sm· sJ,λchνhE 19

10

1834 10282

108700103106256 −

−

−− ×=

×××

× ×=×=×=

8. ⌫ 11419

34 105641061106256

891 −−

− ×=×

× ×

== s,eV

J,· sJ,

eV,hEν

m,s,smc 7

114

18

1057610564

103 −−

−

×=×

××==

νλ

9. ⌫ kJ,msm· sJ,,chnE 8531

10450103106256100262 9

183423 =

×××

× × × ××=××=−

−−

λ

10. ⌫ a)

b)

J,J,s,· sJ,EhE ionizcin181911534 1061210731054106256 −−−− ×= ×− × × × =−×= ν

1731

18

10392101099

1061222v −−

−

××=×

××== sm,

kg,J,

mEcin

11. ⌫ 1149

18

1041410680

103 −−

−

×=×

××== s,

msmc

λν

J,s,· sJ,hE 1911434 1092210414106256 −−− ×=× × × =×= ν

12. ⌫ Ca y Ba, ya que pertenecen ambos al grupo 2 de los metales alcalinotérreos.

13. ⌫ Ti4+ (Z=22; 18 e–) 1s2 2s2p6 3s2p6 Sr (Z=38; 38 e–) 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6 5s2

Br– (Z=35; 36 e–) 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6

14. ⌫ Se (34 e–) 1s2 2s2p6 3s2p6 d10 4s2p4 Grupo: 16 Periodo: 4 Sr (38 e–) 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6 5s2 Grupo: 2 Periodo: 5

N (7 e–) 1s2 2s2p3 Grupo: 15 Periodo: 2 Cd (48 e–) 1s2 2s2p6 3s2p6 d10 4s2p6d10 5s2 Grupo: 12 Periodo: 4 Rb (37 e–) 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6 5s1 Grupo: 1 Periodo: 5

15. ⌫ a) Falsa. Mientras A es del grupo 5, B es del grupo 2. b) Verdadera. Ambos son del periodo 4, al ser ésta su última capa de electrones. c) Falsa. Ambos son metales. d) Falsa. A sí es elemento de transición, pero B se trata de un metal alcalino-térreo. e) Falsa. Al ser de grupos distintos sus propiedades son también distintas. ⌫

16. ⌫ a) A deberá tener dos electrones menos, por lo que al acabar en 3p4 pertenecerá al grupo 16 y periodo 3. b) Se trata del azufre (S). c) Su configuración electrónica será: 1s2 2s2p6 3s2p4.

17. ⌫ a) 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6d10f14 5s2p6d10f14 6s2p6d10 7s2p4 b) Grupo: 16; Periodo: 7. c) XO y XH2.

18. ⌫ a) A: 1s2 2s2p6 3s1 luego tendrá 1 e– de valencia. B: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p4 luego tendrá 6 e– de valencia. b) A: Grupo: 1; Periodo: 3 ; B: Grupo: 16; Periodo: 4. c) A: Metal B: No-metal


NÚMERO ATÓMICO Y NÚMERO MÁSICO (Repaso).

Número atómico (Z): es el número de protones que tiene un átomo. Es distinto para cada elemento.

Isótopos: son átomos del mismo elemento que difieren en el nº de neutrones (N).

Número másico (A): es la suma de protones y neutrones de un núcleo atómico.

A = Z + N

Normalmente, tanto Z como A suelen situarse a la izquierda del símbolo del elemento, Z en la parte inferior y A en la superior.

MASA ATÓMICA (Repaso).

Es la media ponderal (teniendo en cuenta el % en que está cada uno) de la masa de cada uno de los isótopos de un elemento.

Se mide en UMAs (u) (doceava parte de la masa del 12C.

24 2723

11 1,66 10 1,66 10 6,023 10

u g g− −= × = = ××

kg

Ejemplo: El neón es un elemento químico de Z=10. En la naturaleza se encuentra tres isótopos de masas atómicas 19,99, 20,99 y 21,99 UMAs. Si sus proporciones respectivas son del 90,92 %. 0,26 % y 8,82 % calcula la masa atómica en UMAs y kg.

Ejemplo:

27 26(90,92 19,99 0,26 20,99 8,82 21,99) 20,17 1,66 10 3,348 10100

u kgu ku

− −× + × + ×= × × = × g

La masa atómica del cloro es 35,45 u. Si tiene dos isótopos, 35Cl y 37Cl, de masas 34,97 y 36,93 u respectivamente. Calcular el % de cada uno de ellos.

34,97 36,93 (100 ) 35,45 100

u x x u+ × −=

De donde x = 75,53 % del isótopo 35Cl ; 24,47 % del isótopo 37Cl


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