A1 Resueltas - Recursos para la Física y Química

IES Menéndez Tolosa
Dpto Física y Química - Tabla periódica
Configuración electrónica y periodicidad
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Considere las siguientes configuraciones electrónicas en el estado fundamental:
a) 1s2 2s2 2p7
b) 1s2 2s3
c) 1s2 2s2 2p5
d) 1s2 2s2 2p6 3s1
Indica:
1) Si son correctas.
2) Cuáles pertenecen al mismo bloque.
Solución:
1) Configuraciones:
a) 1s2 2s2 2p7 es incorrecta, en un orbital p se alojan 6 electrones y no puede tener 7.
b) 1s2 2s3 es incorrecta, como en el caso anterior en un orbital s se alojan 2 electrones y no puede tener 3.
c) 1s2 2s2 2p5 es correcta.
d) 1s2 2s2 2p6 3s1 es correcta.
2) Un bloque viene caracterizado por una configuración electrónica típica de la capa de valencia. El caso de a y b
son incorrectos luego no se tienen en cuenta. En el c los electrones diferenciadores están en orbitales p luego
pertenece al bloque p y en el d se encuentran en orbitales s, es decir, pertenece al bloque s, por lo que no están en
el mismo bloque.
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Dadas las siguientes configuraciones electrónicas:
a) 1s2 2s2 2p4 3s1
b) 1s2 2s4 2p2
1) Indica si hay alguna incorrecta. ¿Cuáles corresponden a estados fundamentales de los átomos y
cuáles a excitados?
2) ¿Son elementos representativos del sistema periódico?
Solución:
1) Configuraciones:
a) 1s2 2s2 2p4 3s1
Es correcta, le corresponde un estado excitado, un electrón del subnivel 2p ha pasado a otro de mayor energía,
el 3s.
b) 1s2 2s4 2p2
Es incorrecta, el orbital s no puede alojar 4 electrones.
2) Si porque los elementos representativos tienen una configuración electrónica en su capa de valencia de la
forma:
ns x
(x = 1,2)
ns 2 np x
(x = 1, 2, ..., 6)
y esto se cumple en este caso.
3
¿Por qué el número de elementos de cada serie de transición interna es 14? ¿A qué es debido que sus
propiedades químicas sean prácticamente iguales?
1
Solución:
A medida que vamos avanzando en la serie de transición interna se va llenando el subnivel de tipo f. Como para
un subnivel f el valor del número cuántico l es 3, hay 7 posibles valores diferentes del número cuántico
magnético m= -3, -2, -1, 0, 1, 2, y 3. Luego existen 7 orbitales en un subnivel f, de modo que pueden alojar hasta
14 electrones en dicho subnivel. Los 14 elementos de transición interna corresponden a los elementos cuyo
último electrón (electrón diferenciador) se aloja en un orbital de un subnivel f.
La configuración electrónica más externa de un elemento de transición interna es:
(n - 2) f x (n - 1) d0
ns 2
(x = 1, 2, 3,....., 14)
Es decir, el electrón diferenciador se aloja en una capa interna, de modo que todos los elementos de la serie tienen
la misma configuración en las dos últimas capas, de manera que su comportamiento químico es muy similar.
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Un átomo X tiene la siguiente configuración electrónica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 5s1
Razona si son verdaderas o falsas las siguientes propuestas:
a) X se encuentra en estado fundamental.
b) X pertenece al grupo de los metales alcalinos.
c) X pertenece al período 5 del sistema periódico.
Solución:
a) Falsa. No se encuentra en estado fundamental, ya que el subnivel de menor energía después del 3p es el 4s y
no el 5s. Se encuentra entonces en un estado excitado.
b) Verdadera. X tiene un solo electrón en su capa más externa en un orbital s, por tanto pertenece a los metales
alcalinos.
c) Falsa porque en su estado fundamental la configuración sería: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 y pertenece al 4º periodo.
5
¿Por qué el número de elementos de cada serie de transición es 10? ¿A qué es debido que sus
propiedades químicas sean prácticamente iguales?
Solución:
A medida que vamos avanzando en la serie de transición se va llenando el subnivel de tipo d. Como para un
subnivel d el valor del número cuántico l es 2, hay 5 posibles valores diferentes del número cuántico magnético
m = -2, -1, 0, 1, 2. Luego existen 5 orbitales en un subnivel d, de modo que pueden alojar hasta 10 electrones en
dicho subnivel. Los 10 elementos de transición corresponden a los elementos cuyo último electrón (electrón
diferenciador) se aloja en un orbital de un subnivel d.
La configuración electrónica más externa de un elemento de transición es:
(n - 1) d x
ns 2
(x = 1, 2, 3,....., 10 )
Es decir, el electrón diferenciador se aloja en una capa interna, de modo que todos los elementos de la serie tienen
la misma configuración en las dos últimas capas, de manera que su comportamiento químico es muy similar.
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Dadas las siguientes configuraciones electrónicas:
a) 1s2 2s1
b) 1s2 2s1 2d1
c) 1s2 2s2 2p1 3s1
1) Indica si hay alguna incorrecta. ¿Cuáles corresponden a estados fundamentales de los átomos y
cuáles a excitados?
2) ¿Son elementos de transición interna?
2
Solución:
1) Configuraciones:
a) 1s2 2s1
Es correcta y corresponde a un estado fundamental.
b) 1s2 2s1 2d1
Es incorrecta, en el segundo nivel no existen orbitales d.
c) 1s2 2s2 2p1 3s1
Es correcta y corresponde a un estado excitado, un electrón del subnivel 2p ha pasado a otro de mayor energía,
al 3s.
2) Los elementos de transición interna son elementos cuyo electrón diferenciador se aloja en un orbital f. En este
caso ninguna de las opciones tienen electrones en orbitales f, luego la respuesta sería no.
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La configuración electrónica es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 corresponde a un ion dipositivo Y2+.
a) ¿Cuál es el número atómico de Y? ¿Por qué?
b) ¿A qué período pertenece este elemento? ¿Por qué?
c) ¿Cuántos electrones de valencia posee el elemento Y? ¿Por qué?
d) ¿A qué bloque pertenece? ¿Por qué?
Solución:
a) La configuración corresponde a un átomo que posee 18 electrones. Al ser un catión divalente, eso significa
que ha perdido 2 electrones, luego el átomo en su estado fundamental tiene 20 electrones y por tanto, tiene que
tener 20 protones. Entonces el número atómico de Y será 20, (z=20).
b) La configuración electrónica del elemento en su estado fundamental será:
Y (z = 20 )
1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2
Luego entonces pertenece al 4º período, porque la última capa ocupada es la cuarta.
c) Los electrones de valencia son los que hay en la capa de valencia (última capa). En este caso hay dos
electrones.
d) Pertenece al bloque s, porque los electrones de su capa de valencia están en un orbital s.
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Escribe la estructura electrónica de los elementos con números atómicos 32, 9, 12, 38 y 56; contesta las
siguientes cuestiones justificando cada una de las respuestas:
a) A qué grupo y período del sistema periódico pertenece cada elemento.
b) Clasificar los elementos dentro de los bloques del sistema periódico.
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Solución:
Recordando el orden creciente de energía de los orbitales, las configuraciones electrónicas de los elementos
dados en estado fundamental son:
A [z = 9]
B [z = 12]
C [z = 32]
D [z = 49]
E [z = 56]
1s 2 2s 2 p 5
1s 2 2s 2 p 6 3s 2
1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d10 4s 2 p 2
1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d10 4s 2 p 6 d10 5s 2 p1
1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d10 4s 2 p 6 d10 5s 2 p 6 6s 2
a) A ≈ período 2, grupo 7 ó VIIA ≡ es el F.
B ≈ período 3, grupo I ó IA
≡ es el Mg.
C ≈ período 4, grupo 4 ó IVA
≡ es el Ge.
D ≈ período 5, grupo 3 ó IIIA
≡ es el In.
E ≈ período 6, grupo 2 ó IIA
≡ es el Ba.
b) B y E pertenecen al bloque s y el resto, A, C y D sus electrones diferenciadores están en un orbital p, por tanto
pertenecen al bloque p y todos ellos pertenecen al grupo de Elementos Representativos del Sistema Periódico.
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Dados los elementos de configuración electrónica:
A → 1s2 2s2 2p1
B → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
C → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p1
razona la validez de las afirmaciones siguientes:
a) Pertenecen al mismo período.
b) Pertenecen al mismo grupo.
c) C pertenece al 4º período.
d) El número atómico de B es 15.
e) El bloque del sistema periódico al que pertenecen es el de los metales de transición.
Solución:
a) El período al que pertenece un elemento vienen dado por el valor del número cuántico n de la capa más
externa. Por tanto, A pertenece al 2º período; B, al 3º y C al 4º. Por lo que la afirmación del enunciado es falsa.
b) Los tres elementos dados sí pertenecen al mismo grupo, ya que los tres tienen el mismo número de
electrones en la capa más externa, dispuestos en orbitales del mismo tipo: 2 electrones en orbital s y otro en
orbital p. Luego, la afirmación del enunciado es verdadera.
c) Es cierta por lo explicado en el apartado a.
d) Es falsa, porque B posee 13 electrones y dado que es un átomo neutro tiene 13 protones, luego su número
atómico sería 13 y no 15 como dice.
e) Falsa, porque si observamos las configuraciones de la capa de valencia de los elementos son:
ns 2 np x
(x =
1, 2, 3,...,6 )
y ésta configuración corresponde a elementos representativos del sistema periódico.
10 Escribe la estructura electrónica de los elementos con números atómicos 38, 11, 14, 35 y 54; contestar
las siguientes cuestiones justificando cada una de las respuestas:
a) A qué grupo y período del sistema periódico pertenece cada elemento.
b) Clasificar los elementos dentro de los bloques del sistema periódico.
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Solución:
Recordando el orden creciente de energía de los orbitales, las configuraciones electrónicas de los elementos
dados en estado fundamental son:
A [z = 11]
B [z = 14]
C [z = 35]
D [z = 38]
E [z = 54]
1s 2 2s 2 p 6 3s1
1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 2
1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d10 4s 2 p 5
1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d10 4s 2 p 6
5s 2
1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 d10 4s 2 p 6 d10 5s 2 p 6
a) A ≈ período 3, grupo 1 ó IA
≡ es el Na.
B ≈ período 3, grupo 4 ó IVA ≡ es el Si.
C ≈ período 4, grupo 7 ó VIIA ≡ es el Br.
D ≈ período 5, grupo 2 ó IIA ≡ es el Sr.
E ≈ período 5, grupo 8 ó VIIIA ≡ es el Xe.
b) A y D pertenecen al bloque s y el resto, B, C y E sus electrones diferenciadores están en un orbital p, por tanto
pertenecen al bloque p y todos ellos pertenecen al grupo de Elementos Representativos del Sistema Periódico.
11 Escribe la configuración electrónica del elemento cuyo Z = 32, y sitúalo en la tabla periódica (grupo y
período), justificando a qué bloque pertenece.
Solución:
Teniendo en cuenta el diagrama de Möller ó el orden creciente de energía, la configuración electrónica del
elemento dado es:
z = 32
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d10 4s 2 4p 2
La última capa ocupada es la que nos proporciona la información que nos piden, el período es la capa que
ocupa y en este caso es la 4ª, luego pertenece al 4º período; el grupo nos lo da la suma de los electrones que
ocupan esa última capa, 2 electrones que aloja el orbital s y 2 electrones que ocupan el orbital p, por lo que
pertenece al grupo 4 (ó IVA).
Al tener su capa de valencia la configuración de la forma ns2 npx es un elemento cuyo elemento diferenciador se
encuentra en un orbital p, luego pertenece al bloque p y forma parte de los elementos representativos del
sistema periódico.
Se trata del Germanio.
12 Dadas las siguientes configuraciones electrónicas más externas:
a) ns1
b) ns2 np1
c) ns2 np3
d) ns2 np6
Indica dos elementos de cada uno de los grupos anteriores y sus configuraciones electrónicas completas.
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Solución:
a) ns1
Esta configuración corresponde al grupo 1(IA) ó grupo de los alcalinos: Li, Na, K...
Li : z = 3
1s 2 2s1
Na : z = 11 1s 2 2s 2 p 6 3s1
b) ns2 np1
Esta configuración corresponde al grupo 3 (IIIA) ó grupo de los boroideos: B, Al, In...
B:z =5
1s 2 2s 2 p 1
Al: z = 13
1s 2 2 s 2 p 6 3 s 2 p 1
c) ns2 np3
Esta configuración corresponde al grupo V o grupo del Nitrógeno: N, P, As...
N: z = 7
P: z = 15
1s2 2s2p3
1s 2 2 s 2 p 6 3 s 2 p 3
d) ns2 np6
Esta configuración corresponde al grupo de los Gases Nobles: He, Ne...
Ne: z = 10
1s 2 2 s 2 p 6
Ar: z = 18
1s 2 2 s 2 p 6 3 s 2 p 6
13 Un átomo Y tiene la siguiente configuración electrónica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d9 4s2 4p6
Razona si son verdaderas o falsas las siguientes propuestas:
a) Y se encuentra en estado excitado.
b) Y pertenece al grupo de los halógenos.
c) Y pertenece al período 4 del sistema periódico.
Solución:
a) Verdadero. Se encuentra en estado excitado, ya que el subnivel de menor energía después del 4p es el 3d y
éste tiene 9 electrones en vez de 10 que son los que le corresponden, ése electrón (del orbital d) está en un
subnivel de mayor energía que es el 4p.
b) Verdadero. En estado fundamental, en la última capa (capa de valencia) el orbital p aloja 5 electrones. Su
configuración sería: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5
Por tanto, pertenece al grupo de los halógenos. Es el Br.
c) Verdadero. El electrón diferenciador se encuentra en la capa 4ª, por tanto pertenece al 4º período.
14 Para cada uno de los siguientes apartados, indica el nombre, símbolo, número atómico y configuración
electrónica del elemento de peso atómico más bajo que tenga:
a) Un electrón.
b) Dos electrones.
c) Diez electrones.
d) Un orbital s completo.
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Solución:
A partir del Sistema Períodico:
a) Un electrón d. El elemento de menor peso atómico es el Sc (escandio) de número atómico 21 y su
configuración electrónica es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2.
b) Dos electrones p. El elemento de menor peso atómico es el C (carbono) de número atómico 6 y su
configuración electrónica es 1s2 2s2 2p2.
c) Diez electrones d. El elemento de menor peso atómico es el Cu (cobre) de número atómico 29, es una
excepción ya que se estabiliza si un electrón 4s desciende de nivel al 3d, quedando así un subnivel completo
y su configuración electrónica es 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1
d) Un orbital s completo. El elemento de menor peso atómico será el Helio (He), de número atómico 2 y su
configuración electrónica es 1s2.
15 Dadas las siguientes configuraciones electrónicas:
a) 1s2 2s2p5
b) 1s2 2s1
c) 1s2 2s2p6 3s2p5
d) 1s2 2s2p6
e) 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p6
f) 1s2 2s2p6 3s1
Agrúpalas de tal manera que, en cada grupo que proponga, los elementos que representan las
configuraciones tengan propiedades químicas similares. Para cada grupo propuesto da el nombre de dos
elementos.
Solución:
Las propiedades químicas dependen, normalmente de la configuración electrónica de la capa de valencia. Luego
elementos que tengan una configuración igual presentarán propiedades parecidas. Así tenemos entonces:
Grupo 1: a y c, con una configuración ns2 np5. Es el grupo de los halógenos: F y Cl.
Grupo 2: b y f, con una configuración ns1. Es el grupo de los metales alcalinos: Na y K.
Grupo 3: d y e, con una configuración ns2 np6. Es el grupo de los gases nobles: He y Ne.
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