Respuestas guía de aprendizaje de propiedades periódicas
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GUIA DE EJERCICIOS Nº5 RESPUESTAS Propiedades Periódicas Química Iº medio Octubre 2015 Desarrolla en tu cuaderno los siguientes ejercicios de preparación para la prueba. 1. Defina: a) Carga nuclear efectiva (Zef): carga o fuerza real con la que el núcleo de un átomo atrae a los electrones más externos. b) Efecto pantalla: los electrones más cercanos al núcleo (niveles de energía más internos) ejercen una disminución de la fuerxa con la que el núcleo atrae a los electrones más externos. c) Radio atómico: es la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos adyacente (uno al lado del otro) del mismo elemento (iguales). d) Radio iónico: radio de un átomo cuando ha cedido o ganado electrones, es decir, cuando se ha convertido en un ion (catióno anión respectivamente). e) Energía de ionización: energía mínima necesaria para estraer o arrancar un electrón de la capa más externa (electrones de valencia) de un átomo neutro, en estado gaseoso, para formar así un catión. f) Afinidad electrónica: energía liberada cuando un átomo neutro, en estado gaseoso, capta un electrón para formar un anión. g) Electronegatividad: tendencia de un átomo de atraer los electrones de los átomos con los que forma (o formará) enlaces. 2. ¿Cómo varía Zef en un grupo y en un periodo? Justifique su respuesta En un GRUPO el Zef permanece casi constante, inalterable, ya que a la vez que aumenta el número atómico, y por lo tanto la carga nuclear, aumente también el efecto pantalla debido al aumento de los niveles de energía. En un PERÍODO el Zef aumente de izquierda a derecha debido al aumento del número atómico, y por lo tanto de la carga nuclear, mientras que el efecto pantalla se mantiene constante, igual para todos los elementos del período debido a que no hay aumento de los niveles de energía. 3. ¿Cómo afecta el Zef a la variación del radio atómico en la tabla periódica? El Zef afecta a la variación del radio atómico en un PERÍODO. A medida que aumenta el número atómico en un período, nos movemos de izquierda a derecha, el radio atómico disminuye debido al aumento del Zef. Esto es así pues si aumenta el Zef los electrones más externos se encontraran atraídos con más fuerza y por lo tanto ocuparan menos espacio con lo cual disminuirá el volumen y por ende el radio del átomo. 4. ¿Cómo afecta el Zef a la variación de las energías de ionización? El Zef afecta a la variación de la energía de ionización tanto en un GRUPO como en un PERÍODO. En un período, a medida que avanzamos hacia la derecha aumenta la energía de ionización debido al aumento del Zef, ya que mientras mayor sea Zef mayor será la fuerza con la que el núcleo atrae a los electrones más externos del átomo y por lo tanto la fuerza necesaria para arrancan un electrón será también cada vez mayor. A medida que disminuye el número atómico (z) en un grupo, al subir dentro de un grupo, la energía de ionización aumenta debido a que Zef se mantiene constante dentro de un grupo. Esto es así ya que si el Zef es el mismo para todos los elementos de un grupo aquellos con más niveles de energía tendrán sus electrones menos atraídos y los átomos con menos niveles de energía tendrán sus electrones más fuertemente atraídos. Si Z en menor, los electrones serán atraídos con más fuerza (lo cual podemos observar también al fijarnos en el radio atómico) y por lo tanto la energía necesaria para arrancar un electrón será también mayor. 5. Justificar el orden de los siguientes átomos (Ba, Cs, Cl, Ag, I, He) según su radio atómico, su energía de ionización y su afinidad electrónica. Radio Atómico: Cs > Ba > Ag > I > Cl > He. Justificación: Las flechas negras indican en qué dirección se produce el aumento del radio atómico, considerando que al avanzar en un periodo va disminuyendo debido a la Zef y al avanzar en grupo aumenta porque aumenta el número de niveles de energía. Energía de Ionización: He > Cl > I > Ag > Ba > Cs. Justificación: Las EI varían en forma inversa a los radios atómicos. A menor RA mayor será la atracción del el núcleo sobre los electrones externos, por lo tanto, se va a necesitar mayor cantidad de energía para sacar un electrón; mientras mayor sea el RA, menor será la fuerza con que el núcleo atrae al electrón, y por tanto, menor será la energía necesaria para extraer dicho electrón. En un periodo, la EI aumenta de izquierda a derecha. En un grupo, la EI aumenta de abajo hacia arriba. Afinidad Electrónica: Cl > I > Ag > Ba > Cs > He. Justificación: En general, se puede apreciar que en un periodo, la AE aumenta de izquierda a derecha al aumentar el Z y en un grupo, la AE disminuye de arriba hacia abajo al aumentar el Z. Además se debe recordar que los gases nobles presentan EA igual a cero lo que significa que no tienen afinidad por los electrones (mientras mayor es el valor de la AE significa que los elementos son más afines con los electrones y por lo tanto quieren tener más electrones y viceversa). 6. Para los elementos del ejercicio anterior, explica qué pasa con sus radios al formar sus respectivos iones. Cs, Ba y Ag disminuirán su radios al formar sus respectivos iones ya que cederán electrones y por lo tanto formarán cationes. I y Cl aumentarán sus radio al formar sus respectivos iones ya que captarán un electrón para formar aniones. He no cambiara su radio ya que no formará ningún ión debido a que es un gas noble. 7. Ordena los siguientes elementos: Fe, Cs, F, N y Si de menor a mayor según: a) Radio atómico: F < N < Si < Fe < Cs. Justificación: Ver la explicación (justificación) de la variación del radio atómico en la pregunta 5. b) Electronegatividad: Cs < Fe < Si < N < F. Justificación: La electronegatividad corresponde a la tendencia de un átomo para atraer la nube electrónica de otro átomo hacia sí, cuando se están enlazando. En un período aumenta de izquierda a derecha debido al aumento de la AE y de EI, y en un grupo disminuye de arriba hacia abajo debido a la disminución de la AE y la EI (aumenta de abajo hacia arriba por las razones inversas). Además, debes recordar que los gases nobles no presentan EN (EN = 0) debido a que esta energía esta a sociada a la formación de enlaces y los gases nobles no forman enlaces ya que son totalmente estables. Las flechas negras señalan el sentido en que aumenta la EN en la tabla periódica, considerando las razones de su variación. En un grupo la tendencia a perder electrones aumenta a medida que bajamos en el grupo, ya que los electrones de valencia están cada vez más lejos del núcleo, por lo que será más fácil que los pierda y más difícil que los gane, por lo tanto la electronegatividad disminuye al bajar en el grupo. En un período la tendencia a perder electrones disminuye a medida que avanzamos en el período, los electrones se encuentran más unidos al núcleo (por el aumento de Zef) al avanzar en el periodo aumentará la tendencia recibir electrones, por lo tanto, aumentará la electronegatividad. c) Energía de ionización: Cs < Fe < Si < N < F. Justificación: Ver la explicación (justificación) de la variación de la energía de ionización en la pregunta 5. 8. Dados los siguientes elementos: N (Z=7), Na (Z=11), Cl (Z=17), Ca (Z=20). a) Establece la configuración electrónica de los elementos: 7N: 11Na: 17Cl: 20Ca: 29Cu: 1s2 2s2 2p3 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 b) Ordena de menor a mayor potencial (energía) de ionización: Na = Ca < Cu < N < Cl Justificación: Ver la explicación (justificación) de la variación de la energía de ionización en la pregunta 5. c) Indica el elemento cuya segunda energía de ionización sea mayor. Cl, ya que la segunda EI siempre es mayor que la primera, por ende, el elemento uya primera energía sea mayor también tedrá la segunda energía mayor que el resto. d) Indica el elemento de mayor afinidad electrónica. Cl, ya que AE aumenta cuando el radio atómico disminuye y los elementos del bloque p, la mayoría no metales, tienen mayor tendencia a aceptar electrones para formar aniones (iones con carga negativa). Ver la explicación (justificación) de la variación de la AE en la pregunta 5. 9. De acuerdo a los siguientes números atómicos: Z = 11, Z = 12, Z = 55 y Z =17. ¿Cuál presenta mayor electroafinidad? El elemento Z = 17 presenta la mayor afinidad electrónica o electroafinidad. Lo anterior podríamos deducirlo a partir de las configuraciones electrónicas: Z = 11: [Ne] 3s1 Z = 12: [Ne]3s2 Z = 55: [Xe] 6s1 Z = 17: [Ne] 3s2 3p5 Observando las configuraciones electrónicas de estos elementos, cabe preguntarnos cuál de estos elementos está más dispuesto a recibir o aceptar electrones, el Z = 11 le es más fácil entregar el único electrón que tiene en el orbital s, lo mismo sucede con Z = 55; por su parte a Z = 12 le es más fácil entregar los dos electrones que tiene en el orbital s. Sin embargo, Z = 17, tiene su último orbital incompleto con 5 electrones, sólo le falta 1 para completarlo, por lo que tiene mayor disposición a aceptar 1 electrón completar su orbital y estabilizarse ya que adquiere la configuración electrónica del gas noble más cercano, en este caso Argón. Z = 17 corresponde al elemento cloro que efectivamente tiene una alta electroafinidad. 10. Según la ubicación de los gases nobles en la tabla periódica, señale cómo son las características de sus propiedades periódicas. Zef y radio atómico varían de igual manera que todos los elementos de la tabla periódica. No presentan radio iónico ya que no forman iones. Presentan la mayor energía de ionización ya que necesitarían una energía demasiado alta para poder formar un catión. No presentan afinidad electrónica, es decir, su afinidad electrónica o electroafinidad es igual a cero porque no liberarán energía para formar un anión dado que no forman iones. No presentan electronegatividad ya que no necesitan formar enlaces pues ya son estables y por esta misma razón no necesitan ceder ni captar electrones. 11. Ordena los siguientes elementos en orden creciente de electronegatividad: Al, C, F y Ba. Ba < Al < C < F Justificación: Ba es el elemento de mayor tamaño, sus electrones de valencia están más alejados de las fuerzas de atracción del núcleo, por lo que difícilmente captará electrones, le sigue el Al ya que tiene menor tamaño y mayor Zef. Entre C y F que están en un mismo periodo se debe discriminar cuál tiene mayor Zef (o menor tamaño) de manera que el núcleo tenga mayor capacidad de atracción sobre sus electrones de valencia; en este caso el de mayor EN es el F porque se encuentra más a la derecha de un mismo periodo. 12. Completa la siguiente tabla, fundamentando cada variación: Propiedad Periódica Variación en un grupo Carga nuclear efectiva (Zef) Se mantiene prácticamente inalterable Radio atómico (RA) Aumenta de arriba hacia abajo (a medida que aumenta Z) Radio iónico (RI) Aumenta de arriba hacia abajo (a medida que aumenta Z) Energía de ionización (EI) Afinidad electrónica (AE) Electronegatividad (EN) Aumenta de abajo hacia arriba (a medida que disminuye Z) Aumenta de abajo hacia arriba (a medida que disminuye Z) Aumenta de abajo hacia arriba (a medida que disminuye Z) Variación en un periodo Aumenta de izquierda a derecha (a medida que aumenta Z) Aumenta de derecha a izquierda (a medida que disminuye Z) No es posible establecer una relación inmediata, dependerá de la especie (catión o anión) que forme cada elemento Aumenta de izquierda a derecha (a medida que aumenta Z) Aumenta de izquierda a derecha (a medida que aumenta Z) Aumenta de izquierda a derecha (a medida que aumenta Z) 13. Realiza la configuración electrónica de los siguientes elementos químicos, ubícalos en la tabla periódica que aparece a continuación, luego responde: 10Ne 12Mg 15P 17Cl 21Sc 9F 3Li 35Br 11Na 20Ca 10 11 12 13 14 15 16 17 18 ---VIII B--- IB IIB IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA F Ne 10Ne: 1s2 2s2 2p6 12Mg: 1s2 2s2 2p6 3s2 15P: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 17Cl: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 21Sc: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 9F: 1s2 2s2 2p5 3Li: 1s2 2s1 35Br: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 11Na: 1s2 2s2 2p6 3s1 20Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 1 2 3 4 5 6 7 IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB 8 9 1 2 Li 3 Na 4 Ca Mg P Sc Cl Br 5 6 7 a) De los elementos químicos señalados ¿Qué elemento del tercer período presenta mayor afinidad electrónica? ¿Por qué? Cl, ya que la afinidad electrónica aumenta de izquierda a derecha en un período, a medida que aumenta el número atómico debido al aumento de la carga nuclear efectiva. b) ¿Qué elementos químicos del segundo período presentan mayor energía de ionización? ¿Por qué? F, ya que la energía de ionización aumenta de izquierda a derecha en un período, debido a que los elementos de la derecha de la tabla periódica tienen tendencia a ganar electrones y por lo tanto costará mucho más arrancarle un electrón. c) Si un elemento químico presenta una alta propiedades o predicciones químicas tendrá? electronegatividad, ¿qué Si un elemento químico presenta una alta EN significa que lo más probable es que se trate de un elemento NO METAL. De acuerdo con esto podemos desprender algunas características y propiedades como: Un NO METAL tendrá una alta carga nuclear efectiva (Zef) y un radio atómico (RA) más pequeño en comparación con un metal. Un NO METAL forma aniones por lo tanto el radio de un ión (anión) será mayor que el de su átomo neutro. Tendrá también una alta energía de ionización (EI), una alta afinidad electrónica (AE) y una alta electronegatividad (EN). Por último, en termino de sus características, tendrá un bajo carácter metálico, lo que significa que presentará pocas o nulas características de metal. d) ¿Qué elementos químicos forman cationes y por qué? Li, Na, Mg, Ca y Sc, porque son elementos metálicos que se caracterizan por formar cationes. Además se justifica con la propiedad periódica llamada energía de ionización, ya que es la energía involucrada en la formación de cationes y estos elementos presentan una baja EI, lo que indica que tienden a formar cationes. e) ¿Qué propiedades periódicas caracterizan a un halógeno? Dentro de un período los halógenos son lo que presentan la mayor EN y AE, tienen una EI muy alta, el RA es casi el más pequeño y presentan un Zef alto. Dentro de su mismo grupo, de arriba hacia abajo la EI, AE y EN disminuirán, el RA y RI aumentaran y Zef no presentará variación.
