unidad 2 Átomos y sistema periódico

UNIDAD 2

Átomos y sistema periódico

UNIDAD 2. Átomos y sistema periódico

Guion de la unidad y sugerencias didácticas . . . . . . 60 Presentación de la unidad

Objetivos

Contenidos

Consideraciones a tener en cuenta

Competencias que se trabajan

Criterios de evaluación

Enseñanza individualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Refuerzo

• Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

• Ficha 1 (soluciones) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

• Ficha 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64


• Ficha 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66


Profundización

• Ficha 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68


Ampliación

• Configuración electrónica abreviada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

• Los gases nobles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

• Estructura electrónica y periodicidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

• Soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Problemas resueltos

• Problema resuelto 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

• Problema resuelto 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

58 DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S . L .

Experiencias

• Comportamiento de los metales frente a los ácidos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

• «Huellas dactilares» de elementos: espectro de emisión a la llama . . . . . . . 87

Recursos para la evaluación de contenidos . . . . . . . 89 Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Prueba de evaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

Recursos para la evaluación por competencias . . . . 94 Prueba de evaluación de competencias

• El bautizo de los elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Estándares de aprendizaje y soluciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

59DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4 .° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

PRESENTACIÓN

1. Conocer la estructura de la materia implica definir las partículas que constituyen el átomo y la distribución en su interior.

2. Es importante manejar con cierta soltura el sistema periódico de los elementos, ya que es una de las claves para comprender la química.

OBJETIVOS

• Relacionar número atómico y número másico con las partículas que componen el átomo.

• Repasar los distintos modelos atómicos propuestos a lo largo de la historia.

• Conocer la configuración electrónica de los átomos.

• Asociar las propiedades de los elementos con la estructura electrónica.

• Conocer el criterio de clasificación de los elementos en el sistema periódico.

• Comprender las propiedades periódicas de los elementos.

CONTENIDOS

SABER • Constitución del átomo.

• Número atómico, número másico e isótopos de un elemento.

• Las partículas del átomo: electrón, protón y neutrón.

• Modelo atómico de Rutherford.

• Modelo atómico de Bohr.

• Modelo atómico actual. Orbitales atómicos.

• Distribución de los electrones en un átomo.

• El sistema periódico de los elementos. Propiedades periódicas de los elementos.

SABER HACER • Elaborar una línea de tiempo con los diferentes modelos atómicos.

• Escribir las configuraciones electrónicas de los elementos y relacionarlas con sus propiedades y su posición en la tabla periódica.

• Manejar el sistema periódico.

• Reconocer algunas propiedades de los metales mediante experiencias de laboratorio.

SABER SER • Reconocer la importancia de la influencia de la química en el descubrimiento de nuevos compuestos para mejorar la calidad de vida.

• Apreciar la necesidad de determinados elementos y compuestos en el ser humano.

60 DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.

ÁTOMOS Y SISTEMA PERIÓDICO

PROGRAMACIÓN DE AULA

2

CONSIDERACIONES A TENER EN CUENTA

1. Para conocer la estructura de los átomos es necesario definir las partículas que los forman y la distribución en su interior. Para representarlos se utilizan los modelos atómicos donde se diferencian el núcleo con sus partículas y los electrones. La configuración electrónica les facilita la comprensión de la distribución de los electrones en niveles y los ayuda a entender la regla del octeto, necesaria para explicar la necesidad de la unión entre los átomos.

2. La tabla periódica actual es una de las claves para comprender la química. Es muy importante que los alumnos se familiaricen con ella y se acostumbren a manejarla con cierta soltura. Es interesante, además, resaltar la importancia que representó el trabajo y la constancia de Mendeleiev para la clasificación de los elementos, ya que supuso poner orden

en un caos de sustancias y propiedades, y predijo la existencia de elementos aún no descubiertos, aunque no utilizara el criterio actual de clasificación.

3. Es importante recordar a los alumnos que la materia orgánica está igualmente formada por átomos. Así, el cuerpo humano necesita ¡catorce! elementos metálicos para funcionar correctamente. En orden de mayor a menor cantidad son: Ca (componente del esqueleto); Na y K (encargados de los impulsos nerviosos desde y hacia el cerebro); Fe (responsable de que los glóbulos rojos puedan fijar el oxígeno del aire que respiramos para distribuirlo por todo el cuerpo); Mg (regula el movimiento de las membranas y se emplea en la construcción de proteínas); Zn, Cu, Sn, V, Cr, Mn, Mo, Co y Ni (forman parte de las enzimas que regulan el crecimiento, el desarrollo, la fertilidad, el aprovechamiento eficaz del oxígeno…).

COMPETENCIAS QUE SE TRABAJAN

Comunicación lingüística

Tanto a través de las lecturas de los distintos epígrafes como mediante la realización de distintos ejercicios y problemas, los alumnos irán adquiriendo un vocabulario científico que poco a poco aumentará y enriquecerá su lenguaje, y con ello su comunicación con otras personas.

En la sección FORMAS DE PENSAR se trabajan los contenidos relacionados con la expresión escrita a través de un texto seguido de actividades.

Competencia matemática, científica y tecnológica

Esta unidad es fundamental para adquirir las destrezas necesarias para entender el mundo que nos rodea.

Para organizar los datos sobre un elemento en cuestión, o varios, se utilizan tablas a lo largo de la unidad.

En FORMAS DE PENSAR se interpretan los resultados de un experimento a partir de diferentes gráficas.

En esta unidad se presta especial atención a la tecnología que utilizaron los científicos en sus experimentos. Se muestran al alumnado diversos montajes que idearon los científicos con el fin de descubrir las partículas que forman la materia, sus características y su localización en el interior del átomo.

Aprender a aprender

La práctica continuada que los alumnos ejercitan a lo largo del curso desarrolla en ellos la habilidad de aprender a aprender. Se consigue que los alumnos no dejen de aprender cosas cuando cierran el libro de texto, sino que son capaces de seguir aprendiendo, a partir de los conocimientos adquiridos, de las cosas que los rodean.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN

1. Calcular el número de partículas de un átomo a partir de los números atómico y másico.

2. Explicar las diferencias entre el modelo atómico actual y los modelos anteriores.

3. Realizar configuraciones electrónicas de átomos neutros e iones.

4. Conocer la relación entre la configuración electrónica y la clasificación de los elementos en el sistema periódico.

5. Conocer la variación de las propiedades periódicas en grupos y periodos.

61DÍA A DÍA EN EL AULA FÍSICA Y QUÍMICA 4.° ESO Material fotocopiable © Santillana Educación, S. L.


PROGRAMACIÓN DE AULA

2

ACTIVIDADES DE REFUERZO

1 Asocia cada una de las frases siguientes con el o los modelos atómicos a que se refieren:

1. Modelo de Thomson.

2. Modelo de Rutherford.

3. Modelo de Bohr.

4. Modelo mecano‑cuántico.

a) Un átomo tiene tantos electrones como protones.

b) Los átomos tienen núcleo y corteza.

c) Los electrones giran alrededor del núcleo.

d) Los electrones se mueven en la corteza de un átomo ocupando regiones denominadas orbitales.

e) Los electrones giran solo en determinadas órbitas.

f) La mayor parte del átomo lo ocupa una masa de carga positiva.

2 En una de las experiencias más famosas de la historia del átomo se comprobó que, al bombardear partículas alfa (carga positiva) contra una lámina de oro, la mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse y solo una de cada diez mil retrocedía al chocar contra ella. Razona si de esto se deduce:

a) Se desvían tan pocas partículas porque los protones son muy pequeños.

b) Se desvían tan pocas partículas alfa porque los protones están todos juntos en un núcleo muy pequeño.

c) La mayor parte de las partículas alfa no se desvía porque los átomos son neutros.

d) La mayor parte de las partículas alfa no se desvía porque los átomos están prácticamente vacíos.

3 El espectro atómico es el conjunto de las radiaciones emitidas por los átomos que tienen mucha energía. Con respecto a los espectros, indica cuál de las siguientes afirmaciones es falsa:

a) Los espectros se deben a que los electrones de los átomos se disponen en capas.

b) Los espectros sirven para identificar a qué elemento químico pertenecen los átomos.

c) Los espectros atómicos fueron descubiertos por Bohr.

d) El espectro recoge la radiación que emite un electrón cuando pasa de una órbita a otra.

4 El modelo mecano‑cuántico demostró que la corteza de un átomo se organiza en capas y que en cada capa puede haber varios tipos de orbitales, denominados s, p, d y f.

a) Indica qué tipos de orbitales hay en cada una de las cinco primeras capas de la corteza de un átomo.

b) Completa la tabla indicando el número de orbitales diferentes que puede haber de cada tipo:

Tipo s p d f

Número

5 Observa los siguientes orbitales e indica su tipo:

6 Indica cuáles de los siguientes orbitales tienen la misma forma y se diferencian solo en el tamaño:

a) 2s

b) 3p

c) 4s

d) 5f

e) 3d

f) 5s

g) 4f

h) 2p

7 Indica cuáles de los siguientes orbitales tienen tamaño parecido:

a) 2s

b) 3p

c) 4s

d) 5f

e) 3d

f) 5s

g) 4f

h) 2p

8 Indica cuáles de los siguientes orbitales no pueden existir en un átomo:

a) 6s b) 1p c) 2d d) 6f

9 Un átomo tiene electrones en las dos primeras capas. Razona cuál de estas frases es correcta:

a) Todos sus electrones están en la segunda capa.

b) Sus electrones pueden ocupar un máximo de dos orbitales.

c) Sus electrones pueden ocupar un máximo de cuatro orbitales.

d) Sus electrones pueden ocupar un máximo de cinco orbitales.

10 Los electrones se sitúan en los orbitales que están en la corteza de un átomo. Imagina un átomo que tiene completamente llenos los orbitales p de su segunda capa. Podemos asegurar que, en esos orbitales el átomo tiene:

a) Dos electrones.

b) Tres electrones.

c) Cuatro electrones.

d) Seis electrones.


REFUERZO

2 FICHA 1



REFUERZO

2 FICHA 2


1 Construye el diagrama de Moeller y coloca los siguientes tipos de orbitales en orden de energía creciente:

a) 2s

b) 3px

c) 4s

d) 5fxyz

e) 3dxy

f) 5s

g) 4fxyz

h) 3pz

2 Un átomo de C tiene 6 electrones. Indica cuáles de las siguientes representa la configuración electrónica del C:

a) 1s2 2s2 2p2

b) 1s2 2s2 2p12p1

c) 1s2 2s1 2p1 2p1 2p1

d) 1s1 2s1 2p1 2p1 2p2

3 El átomo de sodio tiene 11 electrones. Haz su configuración electrónica y justifica cuál de las siguientes opciones es cierta.

a) El átomo de sodio tiene 2 electrones en la primera capa, 8 electrones en la segunda y 1 electrón en la tercera.

b) El átomo de sodio tiene 2 electrones en la primera capa, 4 electrones en la segunda y 5 electrones en la tercera.

c) El átomo de sodio tiene 1 electrón en la primera capa, 4 electrones en la segunda y 6 electrones en la tercera

d) El átomo de sodio tiene 2 electrones en la primera capa, 2 electrones en la segunda y 6 electrones en la tercera y 1 electrón en la cuarta.

4 Se llama configuración de valencia a la configuración electrónica de la última capa de un átomo. Todos los elementos que tienen idéntica configuración de valencia se encuentran en el mismo grupo de la tabla periódica. Asocia la configuración de valencia con el grupo al que pertenecen los siguientes elementos:

Configuración de valencia

ns1

ns2 np1

ns2 np6

ns2 np3

ns2

ns2 np4

ns2 np5

ns2 np2

Grupo

14

2

17

18

16

13

15

1

5 Explica por qué el elemento helio (1s2) está en el grupo 18 cuya configuración de valencia es ns2 np6.

6 En la tabla siguiente se muestra la configuración de valencia de una serie de elementos. Indica cuál es el grupo y el periodo de cada uno de ellos:

Configuración de valencia Grupo Periodo

2s2 2p5

5s2 5p3

1s1

3s2 3p4

4s2 4p6

7s2

6s2 6p1

7 Los elementos que están entre los grupos 3 y 12 se llaman elementos de transición. Su configuración de valencia es ns2 (n‑1)dx (desde d1 hasta de d10). Responde a las siguientes preguntas relativas a estos elementos.

a) La configuración de valencia del primer elemento de transición es 4s2 3d1. ¿Por qué no hay elementos de transición anteriores a este?

b) ¿A qué grupo pertenece el elemento cuya configuración de valencia es 4s2 3d1?

c) ¿A qué grupo pertenece el elemento de configuración 4s2 3d10?

d) ¿Por qué hay 10 elementos de transición en cada periodo?

8 Teniendo en cuenta la información sobre el grupo y el periodo de los siguientes elementos, indica su configuración de valencia:

Grupo Periodo Configuración de valencia

2 6

5 4

3 5

15 2

18 1

14 3

10 4

9 Explica por qué no pueden existir elementos químicos cuyo grupo y periodo sean los que se indican:

a) b) c) d) e)

Grupo 8 15 6 2 10

Periodo 2 1 3 1 2



REFUERZO

2 FICHA 3


1 Localiza los siguientes elementos en la tabla periódica. Completa la información relativa a su grupo, periodo y configuración de valencia:

Elemento Grupo PeriodoConfiguración

de valencia

Rb

Cℓ

Sn

Fe

I

Na

Ca

P

2 Teniendo en cuenta la información de la actividad anterior, indica cuál de los elementos de cada pareja tiene mayor tamaño:

a) Rb y Na b) Rb y Sn c) Cℓ y P d) Fe y Ca

3 Indica cuál es el orden correcto de los siguientes elementos según su tamaño:

Rb, Cℓ, P, Na, Ca

a) Cℓ > Na > Ca > P > Rb

b) Rb > Ca > Na > P > Cℓ

c) Ca > Na > Rb > P > Cℓ

d) P > Na > Ca > Cℓ > Rb

4 Indica cuál es el orden correcto de los siguientes elementos según su tamaño:

O, Ag, Sn, Br, Ba

a) Ag > Br > O > Sn > Ba

b) Br > Ba > Sn > Ag > O

c) Sn > Ag > Ba > Br > O

d) Ba > Ag > Sn > Br > O

5 Localiza los siguientes elementos en la tabla periódica. Completa la información relativa a su grupo, periodo y clasifícalos como metales o no metales:

Elemento Grupo Periodo Metal No metal

Br

Cu

Ni

Aℓ

K

Mg

N

S

6 Los átomos de los gases nobles son los más estables. Por ello, los otros átomos tienden a ganar o perder electrones para tener la misma configuración de valencia de un gas noble. Esto los convierte en un ion con carga negativa o positiva igual al número de electrones que cada átomo gana o pierde. Localiza los siguientes elementos en la tabla periódica y completa la información de cada uno.

Elemento GrupoElectrones de valencia

Carga del ion

Li

S

Aℓ

P

N

Mg

Se

Cℓ

7 El hidrógeno es un elemento peculiar, pues puede formar iones con carga 1+ y 1-. A continuación se muestran algunas posibles razones de este hecho. Explica cuál es falsa:

a) El hidrógeno solo tiene 1 electrón en su capa de valencia.

b) Al hidrógeno le falta 1 electrón para ser como el helio.

c) El ion hidrógeno con carga 1- tiene configuración de gas noble.

d) El hidrógeno con carga 1+ tiene configuración de gas noble.

8 El carácter metálico de un elemento se refiere a su capacidad para formar iones positivos. Razona cuál de las frases siguientes es falsa.

a) El cesio tiene mayor carácter metálico que el litio porque le resulta más fácil perder el electrón.

b) El sodio tiene mayor carácter metálico que el aluminio porque le basta con perder un electrón para ser como un gas noble.

c) El calcio tiene el mismo carácter metálico que el bario porque tienen la misma configuración de valencia.

9 Ordena los siguientes elementos según su carácter metálico:

Mg, Aℓ, Ba, K


ACTIVIDADES DE AMPLIACIÓN

Para realizar estas actividades puedes consultar una tabla periódica.

1 El elemento 14 de la tabla periódica es el silicio. Responde las siguientes preguntas:

a) Cada átomo de silicio tiene ….. electrones.

b) La configuración electrónica del átomo de silicio es …………………………….

c) Los electrones del silicio están distribuidos en ………. capas

d) En la última capa la distribuición en el orbital es: ……….

e) El átomo de silicio tiene …… electrones con el espín desapareado.

2 La distribución electrónica de varios átomos es:

• A: (2 , 1)

• B: ( 2, 8)

• C: (2, 8, 1)

• D: (2, 2)

¿Cuáles de estos elementos presentarán propiedades similares?

3 El elemento de número atómico 10 tiene propiedades análogas al elemento cuyo número atómico es:

a) 9

b) 11

c) 16

d) 18

4 Las distribuciones electrónicas de cuatro átomos diferentes son:

• A: (2 ,2)

• B: (2, 7)

• C: (2, 8, 1)

• D: (2, 8)

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?

a) El elemento A es un no metal perteneciente al grupo 2.

b) Los elementos B y D pertenecen al mismo grupo.

c) Todos los elementos pertenecen al mismo periodo.

d) El elemento C es un metal del grupo 1.

5 Escribe dos ejemplos de elementos que:

a) Pertenezcan a un mismo periodo.

b) Pertenezcan a un mismo grupo.

c) Sean elementos de transición.

d) Sean metales alcalinos.

6 Escribe la configuración electrónica de la capa de valencia de los ejemplos que has elegido para cada uno de los apartados de la actividad anterior.

7 Dados los iones siguientes O2-, F-, Ca2+ y K+:

a) Escribe la configuración electrónica de cada uno.

b) Localiza un elemento de la tabla periódica que tenga la misma configuración que cada uno de los iones.

c) Haz la configuración electrónica de los iones Ca2- y F+ y explica si serían posibles.

Dato: números atómicos: O = 8, F = 9, Ca = 20, K = 19.

8 El argón no forma iones positivos. Razona cuál de los siguientes es el motivo:

a) Porque solo forma iones negativos.

b) Porque la configuración electrónica de su última capa es muy estable.

c) Porque no tiene electrones en su última capa.

9 Razona cuáles de las siguientes afirmaciones son correctas:

a) Los elementos con propiedades idénticas ocupan el mismo periodo de la tabla periódica.

b) Los no metales se encuentran en la parte izquierda de la tabla periódica.

c) Los elementos se ordenan en la tabla periódica en orden creciente a su número atómico.

d) Los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en su último nivel.

10 La configuración electrónica de un elemento es (2, 8, 6). Responde a las siguientes preguntas:

a) ¿Cuántos electrones tiene?

b) ¿En qué grupo y en qué periodo en la tabla periódica se encuentra?

c) ¿Cuántos electrones tiene con el espín desapareado?

d) Cuando se transforma en ion, ¿qué carga adquiere?

11 Ordena los siguientes elementos por orden creciente de tamaño:

Potasio – Litio – Flúor – Carbono – Rubidio

12 Los elementos F, Cℓ, Br y I forman iones con carga 1-. Razona cuál de los siguientes es el motivo:

a) Tienen un electrón en su capa de valencia.

b) Son elementos metálicos.

c) Les falta un electrón para tener configuración de gas noble.

d) Tienen un orbital con un solo electrón.


PROFUNDIZACIÓN

2 FICHA 1


Recuerda que…

En algunas ocasiones resulta tedioso y muy laborioso tener que escribir la configuración electrónica de elementos que poseen un gran número de electrones. Para facilitar esta descripción se utiliza la conocida como configuración electrónica abreviada, que nos permite de una manera sencilla escribir una configuración mucho más manejable.

Observa cuál es la configuración electrónica del antimonio:

Sb (Z = 51) " 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d104p6 5s24d105p3

Veamos cómo se construye la configuración electrónica abreviada paso a paso:

SOLUCIÓNPaso 2: Escribimos el gas noble del periodo anterior

F

F

F

Paso 3: Completamos la configuración electrónica

Paso 1: Localizamos dónde está el antimonio

1. El primer paso consiste en identificar y situar el elemento en cuestión dentro de la tabla periódica. En el caso del elemento que hemos mencionado antes, el antimonio (Sb), lo encontramos en el grupo 5 (15) y en el periodo 5, como se indica en la imagen.

2. Escribimos entre corchetes [ ] el símbolo del gas noble situado en el periodo anterior de la tabla.

Para el Sb, subimos al periodo anterior, que es el periodo 4, e identificamos el gas noble que se encuentra en el periodo 4: es el criptón. Este elemento tiene 36 electrones. Por tanto, para describir los 36 primeros electrones del átomo de antimonio, escribimos:

[Kr]

PROBLEMA RESUELTO


AMPLIACIÓN

2

Nombre: Curso: Fecha:

Configuración electrónica abreviada

FICHA 1

continúa "

LANTANOIDES

ACTINOIDES



3. Completamos la configuración electrónica.

A continuación avanzamos hacia abajo colocándonos de nuevo en el periodo donde se encuentra el elemento que queremos describir. Una vez ahí, seguiremos con los elementos de izquierda a derecha, hasta llegar al elemento en cuestión, escribiendo la configuración electrónica correspondiente (teniendo en cuenta las reglas de llenado).

[Kr] 5s2 4d10 5p3

1 Según has aprendido en el ejemplo, escribe la configuración electrónica abreviada de:

a) Arsénico.

b) Un elemento que contiene 25 electrones.

c) Silicio.

d) El elemento número 53.

e) Sodio.

f) Ion cadmio, Cd2+.

2 Dadas las siguientes configuraciones electrónicas abreviadas, indica a qué elemento químico corresponden:

a) [Ar] 4s23d10

b) [Ne] 3s23p4

c) [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p5

d) [Ar] 4s2 3d10 4p4

e) [Ar] 4s1 3d10 (Esta configuración en la que solo hay un electrón en el subnivel s del nivel 4 es un caso especial, pues es una configuración más estable que 4s2 3d9.)

f) [He] 2s1

FICHA 1


AMPLIACIÓN

2



AMPLIACIÓN

2


FICHA 1

3 ¿Son correctas las siguientes configuraciones electrónicas abreviadas de los elementos que se mencionan?

a) [Ne] 3s1 " Sodio

b) [Xe] 6s1 " Rubidio

c) [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p4 " Radón

d) [Ar] 4s23d6 " Cinc

e) [He] " Helio

f) [He] 2s22p3 " Nitrógeno

g) [Kr] 5s2 4d2 " Circonio

h) [Ar] 4s2 " Calcio

4 Escribe la configuración electrónica de todos los elementos del grupo de los halógenos.

a) Flúor.

b) Cloro.

c) Bromo.

d) Yodo.

e) Astato.

f) ¿Qué tienen todos ellos en común?


Recuerda que…

Si miramos con detenimiento la tabla periódica, vemos que los elementos del grupo 18 son conocidos como gases nobles. Los átomos que forman este grupo de gases nobles tienen todos una singular y misma característica debido a su periodicidad: son los elementos más estables de la tabla periódica.

Para ver en qué consiste esta propiedad vamos a escribir la configuración electrónica de todos ellos.

Elemento Símbolo Configuración electrónica Grupo Periodo

Helio He 1s2 18 1

Neón Ne 1s2 2s22p6 18 2

Argón Ar 1s2 2s22p6 3s23p6 18 3

Criptón Kr [Ar] 3d10 4s24p6 18 4

Xenón Xe [Kr] 4d10 5s25p6 18 5

Radón Rn [Rd] 4f14 5d10 6s26p6 18 6

Los gases nobles forman una familia de elementos que están situados en la última columna a la derecha de la tabla periódica: el grupo 18. Como podemos observar, todos ellos tienen el último nivel completo. Una configuración electrónica de capa completa es un indicativo de fuerte estabilidad química, lo que significa que los gases nobles son elementos muy estables que normalmente no reaccionan con otros elementos.

Debido a esta característica de no reactividad, al principio se les conocía por el nombre de gases inertes, ya que se pensaba que no reaccionaban con otros elementos. Parece ser que la palabra «noble» viene precisamente de ese hecho de no quererse mezclar con los demás como hacían los nobles en la Edad Media. Y, aunque el He y el Ne no se combinan con otros elementos, el resto de gases sí lo pueden hacer debido fundamentalmente a la presencia de orbitales d que les permite formar enlaces.

Hace unos 40 años los científicos fueron capaces de generar algunos compuestos estables con gases inertes. Varios de ellos se han usado para hacer explosivos y otros se han generado solo en el laboratorio; son útiles desde el punto de vista experimental. Lo único que debemos tener en cuenta es que estos compuestos no son naturales, son «forzados». Cuando los gases nobles se encuentran en su estado natural, nunca forman compuestos. Aunque no deberíamos decir nunca, porque siempre puede aparecer una excepción.

Algunos usos comunes de los gases nobles son:

• El helio, en gas es mucho menos denso que el aire; por tanto, más ligero, y se usa para llenar los globos y los dirigibles. Debido a la propiedad de ser inerte no se quema en el aire, no como el hidrógeno que se utiliza en los globos aerostáticos y que es bastante inflamable. El helio también se emplea en las mezclas de las botellas de los buceadores.

Helio


AMPLIACIÓN

2


Los gases nobles

FICHA 2



AMPLIACIÓN

2


• El neón da luz cuando una corriente eléctrica pasa a través de él, por eso es muy utilizado en las luces «de neón» que se ponen en los anuncios de la calle y luces fluorescentes.

Argón

• El argón, como todos los gases nobles, es químicamente inerte. Se usa en las bombillas porque los filamentos de metal no arden en argón y, al mismo tiempo, reduce la evaporación del filamento. También se utiliza para producir una atmósfera inerte en procesos metalúrgicos de alta temperatura, como, por ejemplo, las soldaduras. Tiene una gran ventaja: es muy barato de producir.

• El radón como gas radiactivo se usa para el tratamiento de crecimientos malignos. Es el gas noble que menos utilidades tiene debido a que es bastante peligroso. Los isótopos radiactivos del radón se producen por unos procesos de cambio de energía (debido a la pérdida de energía de electrones) de metales pesados como el uranio. Se emplea en algunos tratamientos específicos contra el cáncer, ya que es capaz de provocar daños a nivel celular.

Xenón • El xenón se utiliza en tubos fluorescentes, en bombillas de flash y en algunos láseres.

1 ¿Qué efecto se produce cuando aspiramos helio? ¿A qué es debido?

2 Investiga y explica alguna utilidad más del xenón.

Neón

Radón

FICHA 2



AMPLIACIÓN

2


Estructura electrónica y periodicidadRecuerda que…

La periodicidad es una propiedad de los elementos químicos. Nos indica que los elementos que pertenecen a un mismo grupo (columnas verticales) de la tabla periódica tienen propiedades muy similares.

La causa de esta periodicidad de los elementos se explica en términos de la teoría de Bohr (1913) sobre la estructura electrónica del átomo: átomos que tienen estructuras electrónicas semejantes en sus capas externas tienen propiedades químicas semejantes.

Gracias a esta periodicidad y conociendo la posición que un determinado elemento tiene dentro de la tabla, somos capaces de predecir algunas de las propiedades químicas de dichos elementos.

1 Elige la respuesta correcta a las siguientes cuestiones:

Cuestión 1: Los elementos de un mismo grupo de la tabla periódica:

a) Tienen propiedades químicas similares.

b) Tienen números atómicos consecutivos.

c) Se llaman isótopos.

d) Constituyen un periodo de elementos.

e) Son todos gases nobles.

Cuestión 2: ¿Cuál de los siguientes elementos se encuentra en el periodo 3 de la tabla periódica?

a) Aℓ

b) Ga

c) B

d) Sc

e) O

f) Ninguno

Cuestión 3: La configuración electrónica de un elemento que contiene 15 protones es:

a) 1s2 2s22p6 3s23p6

b) 1s2 2s22p6 3s2 4p3

c) 1s2 2s22p6 3s23p6 4s2

d) 1s2 2s22p6 3s23p3

Cuestión 4: ¿Cuál es el número máximo de electrones que puede haber en un orbital 4f?

a) 2

b) 6

c) 10

d) 14

Cuestión 5: ¿Cuántos electrones desapareados se encuentran en el cobalto (Z = 27)?

a) 2

b) 3

c) 7

d) 10

Cuestión 6: ¿Cuáles de los siguientes elementos tiene una configuración electrónica que acaba en 4d6?

a) Fe

b) Ru

c) Os

d) Los tres

FICHA 3



AMPLIACIÓN

2


FICHA 3

Cuestión 7: ¿Cuál de los siguientes átomos tiene mayor radio?

a) I

b) Cℓ

c) F

d) Ge

Cuestión 8: ¿Qué elemento tiene la siguiente configuración electrónica: 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d104p3?

a) P

b) Kr

c) As

d) Sb

Cuestión 9: ¿Cuántos electrones s hay en el potasio?

a) 2

b) 1

c) 8

d) 7

Cuestión 10: ¿Cuántos electrones de valencia hay en el elemento que tiene 16 protones?

a) 4

b) 6

c) 8

d) 16

Cuestión 11: Propuestas las siguientes afirmaciones:

1. Los elementos 37 y 55 pertenecen al mismo grupo.

2. El número máximo de electrones que un orbital puede contener varía dependiendo del tipo de orbital.

3. El electrón desapareado en el segundo elemento se encuentra en un orbital p.

a) Las tres son verdaderas.

b) Las tres son falsas.

c) 1 y 3 son verdaderas.

d) 2 es verdadera.

Cuestión 12: El elemento que tiene la siguiente configuración electrónica: 1s2 2s22p3 se encuentra en:

a) Periodo 2, grupo 16.

b) Periodo 15, grupo 2.

c) Periodo 2, grupo 15.

d) Periodo 13, grupo 15.

Cuestión 13: ¿Cuál es la configuración electrónica del nivel de valencia del potasio?

a) 4s1

b) 3s23p6 4s1

c) 5s1

d) 3s23p6 5s1

Cuestión 14: Dado el siguiente isótopo 23892 U:

a) Su número atómico es 92 y su número másico es 238.

b) Este isótopo no existe.

c) Su número másico es el resultado de sumar 238 más 92.

d) Su número atómico es 238 y su número másico es 92.

e) Tiene 238 neutrones y 92 protones.



PROBLEMAS RESUELTOS

2

ACTIVIDADES

1 Haz la configuración electrónica del arsénico (Z = 33). Indica en cuántas capas tiene electrones y cuántos electrones tiene en cada capa. Analiza si tiene electrones con espín desapareado, cuántos y en qué orbitales. Después, escribe su configuración electrónica abreviada e indica, basándote en ello, en qué grupo y en qué período de la tabla periódica se encuentra.

Sol.: As (2, 8, 18, 5); As: [Ar] 4s2 3d10 4p14p14p1

2 A continuación se muestra la configuración electrónica abreviada de una serie de elementos. Para cada uno de ellos indica su número atómico, los electrones de su última capa, el grupo y el periodo donde se encuentra:

a) [Kr] 5s2

b) [Ar] 4s2 3d3

c) [He] 2s2 2p4

d) [Xe] 6s2 4f4

e) [Ne] 3s1

Sol.: a) Sr; b) V; c) O; d) Nd; e) Na

Haz la configuración electrónica del níquel (Ni, Z = 28). Una vez que la hayas obtenido, responde:

a) En cuántas capas tiene electrones y cuántos electrones tiene en cada capa.

b) Cuántos electrones tiene con espín desapareado y qué orbitales ocupan.

c) En qué grupo y en qué periodo de la tabla periódica se localiza.

d) Localiza el gas noble anterior al níquel y haz su configuración electrónica.

e) Escribe la configuración electrónica abreviada del níquel (a partir de la configuración del gas noble anterior).

Planteamiento y resolución

Para hacer la configuración electrónica de un átomo hay que seguir tres principios:

1. En cada orbital solo puede haber 2 electrones con espín opuesto

2. Los electrones se colocan ocupando el orbital de menor energía que esté vacante.

3. Cuando se llenan orbitales de la misma energía (los 3 orbitales p, los 5 d o los 7 f que están en el mismo nivel), los electrones se colocan de manera que haya el mayor número de electrones con el mismo espín (desapareados). Para ello, primero se coloca un electrón en cada orbital y, cuando todos tienen uno, se coloca el otro.

Para recordar el orden de energía de los orbitales se utiliza el diagrama de Moeller. Todos los orbitales del mismo tipo que están en un nivel tienen la misma energía.

Ni (Z = 28) : 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d23d23d23d13d1

3d

a) • Capa 1: 2: 1s2

• Capa 2: 8: 2s2 2p6

• Capa 3: 16: 3s2 3p6 3d2 3d2 3d2 3d1 3d1

• Capa 4: 2: 4s2

b) Tiene 2 electrones con espín desapareados cada uno en un orbital 3d: 3d1 3d1.

c) Período 4: su última capa con electrones es la 4. Grupo 10: tiene 10 electrones en orbitales a partir del 4 s.

d) El gas noble anterior es el argón:

Ar (Z = 18): 1s2 2s22p6 3s23p6

e) Para hacer la configuración electrónica abreviada hallamos la diferencia entre el número de electrones del níquel (28) y del gas noble anterior (18):

28 - 18 = 10

• El Ar está en el tercer periodo, lo que indica que su configuración de valencia es 3s23p6.

• Buscamos en el diagrama de Moeller el orbital que sigue al 3p, que es el 4s.

• La configuración abreviada del Ni es la del gas noble anterior (Ar) más 10 electrones, que se colocan a partir del 4s:

Ni (Z = 28) : [Ar] 4s23d23d23d23d13d1

O bien: [Ar]4s23d8

1s

2s

3s

4s

5s

6s

7s

2p

3p

4p

5p

6p

7p

3d

4d

5d

6d

7d

4f

5f

6f

7f

PROBLEMA RESUELTO 1



PROBLEMAS RESUELTOS

2

ACTIVIDADES

1 El silicio es un elemento que se encuentra situado en el periodo 3 y grupo 14 del sistema periódico.

a) Escribe el símbolo del silicio.

b) Escribe su configuración electrónica.

c) Determina su número atómico.

d) Nombra algún otro elemento que pertenezca al mismo grupo que el silicio.

Sol.: a) Si; b) 1s22s22p63s23p2; c) Z = 14; d) Carbono, C

2 Un elemento X está situado en el periodo 3 y grupo 17 del sistema periódico.

a) ¿Cuál es su configuración electrónica?

b) ¿Cuál es su número atómico?

c) ¿Qué elemento es?

Sol.: a) 1s22s22p63s23p5; b) Z = 17; c) Cloro, Cℓ

3 Escribe los nombres y símbolos de todos los elementos del periodo 2.

4 ¿Cuáles de los siguientes elementos pertenecen al mismo grupo y tienen dos electrones de valencia?

a) Na y Ca

b) Be y Sr

c) Li y K

d) F y Cℓ

Sol.: b). El berilio, Be, y el estroncio, Sr

5 ¿Cuántos electrones de valencia tienen los elementos del grupo 1 del sistema periódico?

Sol.: 1

6 De los elementos siguientes:

F, K, C, Mg

¿Cuál es el que tiene mayor número de electrones de valencia?

Sol.: El flúor, F

La configuración electrónica de un elemento es 1s22s22p3.

a) ¿Cuál es su número atómico?

b) ¿Qué posición ocupa en el sistema periódico?

c) ¿Es un metal o un no metal?

d) ¿De qué elemento se trata?

e) Nombra otros elementos que pertenezcan al mismo grupo.

f) Supón que gana un electrón. Completa la siguiente tabla:

N.o protones N.o electrones Configuración electrónica

Planteamiento y resolución

a) Su número atómico es 7. Aℓ ser un átomo neutro, tiene el mismo número de electrones que de protones.

b) Le «faltan» 3 electrones para completar el segundo nivel de energía, por lo que pertenecerá al grupo 15.

c) Si el elemento pertenece al grupo 15, es un no metal.

d) Es el N.

e) Otros elementos que pertenecen a su grupo son:

P, As, Sb y Bi

f) N.o protones N.o electrones

Configuración electrónica

7 8 1s22s22p4

PROBLEMA RESUELTO 2



EXPERIENCIAS

2

CUESTIONES

1 Escribe la ecuación de la reacción química que se produce entre el magnesio y el ácido clorhídrico. ¿Cómo identificas que se ha producido la reacción? ¿Se produce tanto con la disolución de HCℓ diluida como con la disolución de HCℓ concentrado?

2 Escribe la ecuación de la reacción química que se produce entre el aluminio y el ácido clorhídrico. ¿Cómo identificas que se ha producido la reacción? ¿Se produce tanto con la disolución de HCℓ diluida como con la disolución de HCℓ concentrado?

3 Haces un ensayo en el que añades directamente HCℓ comercial sobre trozos de aluminio. ¿Qué ocurriría si hiciésemos un ensayo similar añadiendo HCℓ comercial sobre trozos de magnesio?

4 Teniendo en cuenta los resultados de la experiencia, relaciona la diferente reactividad frente al HCℓ del aluminio y el magnesio con su posición en la tabla periódica. ¿Cuál de los dos es más reactivo? ¿Por qué crees que es más reactivo?

5 Teniendo en cuenta el lugar que ocupa en la tabla periódica, imagina (no lo hagas) qué ocurriría si añadieses ácido clorhídrico sobre un tubo de ensayo que contuviese pequeños trozos de sodio. ¿Sería más o menos reactivo que los anteriores? ¿Por qué?

PROCEDIMIENTO

1. Toma dos tubos de ensayo y pon en cada uno una cantidad similar de trozos de magnesio. Añade a un tubo 2 o 3 mL de HCℓ diluido (0,2 M) y al otro una cantidad similar de HCℓ concentrado (2 M). ¿Ha habido alguna reacción?

2. Toma dos tubos de ensayo y pon en cada uno una cantidad similar de trozos de aluminio. Añade a un tubo 2 o 3 mL de HCℓ diluido (0,2 M) y al otro una cantidad similar de HCℓ concentrado (2 M). ¿Hubo alguna reacción?

3. En un tercer tubo de ensayo coloca una cantidad similar de trozos de aluminio. Añade unas gotas de HCℓ comercial y observa el resultado.

Observar el diferente comportamiento del magnesio y del aluminio frente al ácido clorhídrico. Relacionarlo con la posición de estos elementos en la tabla periódica.

OBJETIVO

Comportamiento de los metales frente a los ácidos

Material

• Gradilla con 5 tubos de ensayo.

• Ácido clorhídrico de diferente concentración (0,2 M, 2 M y comercial).

• Pipeta Pasteur.

• Cinta de magnesio.

• Papel de aluminio.

FICHA 1


• Observar el espectro de emisión a la llama de algunos elementos.

• Conocer una experiencia sencilla que se utiliza como reconocimiento químico de metales.

OBJETIVOMaterial

• Vidrios de reloj.

• Mechero Bunsen.

• Hilo de platino enmangado (con mango).

• Ácido clorhídrico.

• Cloruro de sodio.

• Cobre.

• Estaño.


EXPERIENCIAS

2

PROCEDIMIENTO

1. Numera cuatro vidrios de reloj y pon en uno unas gotas de ácido clorhídrico y en los otros tres una pequeña cantidad de cada sal.

2. Enciende el mechero.

3. Humedece el hilo de platino con el ácido y toca la sal que se encuentre en el primer vidrio para que se adhiera a él.

4. Lleva el hilo al centro de la llama. Anota el color que observas.

5. Limpia bien el alambre con ácido clorhídrico.

6. Repite los pasos 3, 4 y 5 para el resto de cloruros.

7. Completa la siguiente tabla con los colores obtenidos para cada producto:

Ácido clorhídrico Cloruro de sodio Cobre Estaño

Color

CUESTIONES

1 Compara tus resultados con los de tus compañeros. ¿Se podría afirmar que cada átomo emite un color diferente a la llama?

2 Pide a tu profesor una muestra desconocida, repite el procedimiento e intenta averiguar de qué sal se trata.

3 ¿Por qué crees que es necesario limpiar el alambre después de cada prueba?

4 Las distintas coloraciones, logradas con la misma excitación energética, son características de cada elemento y son utilizadas como método para reconocimiento químico de metales. La industria pirotécnica emplea sales de algunos metales para conseguir vistosas coloraciones en los fuegos artificiales. Busca información al respecto y escribe de qué sales se trata y qué colores producen.

«Huellas dactilares» de elementos: espectro de emisión a la llama

FICHA 2



EVALUACIÓN DE CONTENIDOS


2

AUTOEVALUACIÓN

1 La partícula con carga eléctrica negativa se llama:

a) Protón.

b) Electrón.

c) Neutrón.

d) Positrón.

2 El protón es una partícula con:

a) Carga positiva e igual, en módulo, a la del electrón y masa igual a la del neutrón.

b) Carga negativa y masa mayor que la del electrón.

c) Carga nula y masa igual que la del electrón.

d) Carga y masa nula.

3 El modelo atómico de Rutherford explica:

a) La estabilidad del átomo.

b) El espectro de los átomos.

c) La experiencia de la lámina de oro.

d) Ninguna de las anteriores.

4 Se llama «modelo de capas» al modelo atómico de:

a) Thomson.

b) Rutherford.

c) Bohr.

d) Dalton.

5 Cuando un electrón pasa de una capa exterior a otra más cercana al núcleo:

a) Emite un fotón.

b) Absorbe un fotón.

c) Emite un neutrón.

d) Absorbe un neutrón.

6 Marca la afirmación falsa respecto a los orbitales atómicos:

a) Pueden tener distinta forma y tamaño.

b) Los diferentes tipos de orbitales se designan por letras.

c) Existen orbitales s, p, d y f.

d) Los orbitales de la misma capa tienen que tener la misma orientación.

7 El orden de llenado de los orbitales es:

a) 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 4d, 4f.

b) 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f.

c) 1s, 2s, 3s, 4s, 2p, 3p, 3d, 4p ,4d, 4f.

d) 1s, 2s, 3s, 4s, 2p, 3p, 4p, 3d, 4d, 4f.

8 La configuración electrónica: 1s2 2s22p4 corresponde al elemento:

a) Hidrógeno.

b) Helio.

c) Oxígeno.

d) Neón.

9 El magnesio es un elemento perteneciente:

a) Al grupo número 2, denominado metales alcalinotérreos, y al periodo número 3.

b) Al grupo número 1, denominado metales alcalinos, y al periodo número 2.

c) Al grupo número 2, denominado metales alcalinotérreos, y al periodo número 2.

d) Al grupo número 1, denominado metales alcalinos, y al periodo número 3.

10 Al aumentar el número atómico, el tamaño relativo del átomo…

a) Disminuye en cada grupo y periodo.

b) Aumenta en cada grupo y periodo.

c) Disminuye en cada grupo y aumenta en cada periodo.

d) Aumenta en cada grupo y disminuye en cada periodo.

SOLUCIONES

1 b; 2 a; 3 c; 4 c; 5 a; 6 d; 7 a; 8 c; 9 c; 10 d


PRUEBA DE EVALUACIÓN

1 A medida que se iban produciendo descubrimientos, a lo largo de la primera mitad del siglo xx se establecieron cuatro modelos atómicos conocidos por el nombre de sus descubridores. Por orden alfabético son: Bohr, Rutherford, Schrödinger (mecano‑cuántico) y Thomson.

a) Coloca los modelos en orden cronológico, desde el más antiguo hasta el actual.

b) Elige, de las siguientes, cuál es la característica más representativa de cada modelo:

Característica Modelo

Los electrones de un átomo se mueven en regiones denominadas orbitales.

Un átomo tiene tantos protones como electrones.

Los electrones de un átomo se disponen en capas o niveles de energía.

Un átomo está formado por un núcleo que alberga los protones y una corteza donde están los electrones. El diámetro del núcleo es unas diez mil veces menor que el del átomo.

c) Cada modelo atómico tenía algún fallo importante. Los descubrimientos que corrigieron ese fallo sirvieron de base para establecer el modelo siguiente. Indica qué modelo presentaba cada uno de los fallos siguientes.

Fallo Modelo

Los espectros de los átomos muestran más niveles de energía de los que cabría esperar con ese modelo.

Los electrones no pueden girar indefinidamente alrededor del núcleo, pues acabarían cayendo sobre él.

El átomo es como una gran masa positiva que encierra partículas negativas muy pequeñas.

d) El modelo atómico de Bohr utiliza el concepto órbita, mientras que el modelo mecano‑cuántico utiliza el de orbital. Explica qué diferencia hay entre uno y otro.

2 Demostrada la existencia de los orbitales atómicos, se supo que había cuatro tipos: s, p, d y f.

a) Completa la tabla indicando cuántos tipos de orbitales hay en las siguientes capas de la corteza de un átomo:

Capa Tipos de orbitales Capa Tipo de orbitales

1 4

2 5

3 6

b) De algunos tipos de orbitales solo hay uno en cada capa, pero de otros tipos puede haber más de uno. Completa la tabla indicando cuántos orbitales de cada tipo puede haber en una misma capa de la corteza de un átomo:

Tipo de orbital s p d f

N.º de orbitales en una misma capa



2





2


c) Un orbital se representa por un número que indica su capa y la letra que identifica su tipo. Indica en qué se parecen y en que se diferencian las siguientes parejas de orbitales:

a) 3 s y 3 d; b) 3 s y 6 s; c) 2 p y 5 p; d) 4 p y 4 f

d) Selecciona cuáles de los siguientes orbitales no pueden existir en un átomo y explica por qué:

a) 3 f b) 1 s c) 1 p d) 2d

3 Haz la configuración electrónica del cromo (Cr, Z = 24). Una vez que la hayas obtenido, responde:

a) En cuántas capas tiene electrones y cuántos electrones tiene en cada capa.

b) Cuántos electrones tiene con espín desapareado y qué orbitales ocupan.

c) En qué grupo y en qué periodo de la tabla periódica se localiza.

d) Localiza el gas noble anterior al cromo y haz su configuración electrónica.

e) Escribe la configuración electrónica abreviada del cromo (a partir de la configuración del gas noble anterior).

4 A continuación se muestran las configuraciones electrónicas abreviadas de unos cuantos elementos químicos. Indica para cada uno el grupo y el periodo en el que se encuentra y si es un metal, no metal o un gas noble:

Configuración electrónica Periodo Grupo Metal No metal Gas noble

[He] 2s2 2p6

[Kr] 5s2 4d10 5p1

[Ar] 4s2 3d10 4p5

[Xe] 6s2 4f4

[Ne] 3s2

5 Los siguientes elementos del tercer periodo forman con facilidad los iones que se indican: Na+, Mg2+, Aℓ3+, P3-, S2- y Cℓ-.

a) Haz la configuración electrónica del Na, Mg, Aℓ, P, S y Cℓ, y explica por qué forman los iones que se indican.

b) Haz la configuración electrónica de los iones Na+, Mg 2+, Aℓ3+, P3-, S2- y Cℓ-. ¿Coincide con la de algún otro elemento de la tabla periódica? ¿Con cuál?

c) Explica qué elemento del tercer periodo tiene mayor carácter metálico.

d) Explica qué elemento del tercer periodo tiene mayor carácter no metálico.


2

Criterio Estándares de aprendizajeActividades de la prueba

de evaluación

B2‑1. Reconocer la necesidad de usar modelos para interpretar la estructura de la materia utilizando aplicaciones virtuales interactivas para su representación e identificación.

B2‑1.1. Compara los diferentes modelos atómicos propuestos a lo largo de la historia para interpretar la naturaleza íntima de la materia, interpretando las evidencias que hicieron necesaria la evolución de los mismos.

1, 2

B2‑2. Relacionar las propiedades de un elemento con su posición en la tabla periódica y su configuración electrónica.

B2‑2.1. Establece la configuración electrónica de los elementos representativos a partir de su número atómico para deducir su posición en la tabla periódica, sus electrones de valencia y su comportamiento químico.

3, 5

B2‑2.2. Distingue entre metales, no metales, semimetales y gases nobles justificando esta clasificación en función de su configuración electrónica.

3, 4, 5

B2‑3. Agrupar por familias los elementos representativos y los elementos de transición según las recomendaciones de la IUPAC.

B2‑3.1. Escribe el nombre y el símbolo de los elementos químicos y los sitúa en la tabla periódica.

4

ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES


PRUEBA DE EVALUACIÓN: SOLUCIONES

1 a) En orden cronológico, desde el más antiguo hasta el actual:

Thomson, Rutherford, Bohr, Schrödinger (mecano‑cuántico).

b) Característica Modelo

Los electrones de un átomo se mueven en regiones denominadas orbitales. Schrödinger

Un átomo tiene tantos protones como electrones. Thomson

Los electrones de un átomo se disponen en capas o niveles de energía. Bohr

Un átomo está formado por un núcleo que alberga los protones y una corteza donde están los electrones. El diámetro del núcleo es unas diez mil veces menor que el del átomo.

Rutherford

c) Fallo Modelo

Los espectros de los átomos muestran más niveles de energía de los que cabría esperar con ese modelo.

Bohr

Los electrones no pueden girar indefinidamente alrededor del núcleo, pues acabarían cayendo sobre él.

Rutherford

El átomo es como una gran masa positiva que encierra partículas negativas muy pequeñas. Thomson

d) • Según el modelo de Bohr: órbita es la línea que describe un electrón en su movimiento alrededor del núcleo.

• Según el modelo mecano‑cuántico: orbital es la región del espacio en la que hay una probabilidad superior al 90 % de encontrar a un electrón. No podemos asegurar que describa una línea a una determinada distancia del núcleo, por eso el concepto de órbita es erróneo.


2 a) Capa Tipos de orbitales Capa Tipo de orbitales

1 s 4 s, p, d, f

2 s, p 5 s, p, d, f

3 s, p, d 6 s, p, d, f

b) Tipo de orbital s p d f

N.º de orbitales en una misma capa 1 3 5 7

c) a) 3 s y 3 d: mismo tamaño, distinta forma.

b) 3 s y 6 s: misma forma, distinto tamaño.

c) 2 p y 5 p: misma forma, distinto tamaño.

d) 4 p y 4 f: mismo tamaño, distinta forma.

d) a) 3 f: No, los orbitales f aparecen en la capa 4.

b) 1 s: Sí.

c) 1 p: No, los orbitales p aparecen en la capa 2.

d) 2d: No: los orbitales d aparecen en la capa 3.

3 Cr (Z = 24): 1s2 2s22p6 3s23p6 4s23d4.

a) En cuántas capas tiene electrones y cuantos electrones tiene en cada capa.

• Capa 1: 2 electrones. • Capa 2: 8 electrones. • Capa 3: 12 electrones. • Capa 4: 2 electrones.

b) Tiene cuatro electrones con espín desapareado en orbitales 3 d: 3d1 3d1 3d1 3d1

c) Está en el periodo 4 (4s) y en el grupo 6 (6 electrones a partir de 4s).

d) Gas noble anterior al cromo: Argón. Ar (Z = 18): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

e) Configuración electrónica abreviada del cromo: Cr (Z = 24): [Ar] 4s2 3d13d4.

4 Configuración electrónica Periodo Grupo Metal No metal Gas noble

[He] 2s2 2p6 2 18 ✗

[Kr] 5s2 4d10 5p1 5 13 ✗

[Ar] 4s2 3d10 4p5 4 17 ✗

[Xe] 6s2 4f4 2 3 (lantanoide) ✗

[Ne] 3s2 3 2 ✗

5 a) Elemento Configuración electrónica Para alcanzar configuración de gas noble

Na (Z = 11) 1s2 2s22p6 3s1 Pierde 1 electrón y forma Na+

Mg (Z = 12) 1s2 2s22p6 3s2 Pierde 2 electrones y forma Mg2+

Aℓ (Z = 13) 1s2 2s22p6 3s23p1 Pierde 3 electrones y forma Aℓ3+

P (Z = 15) 1s2 2s22p6 3s23p3 Gana 3 electrones y forma P3-

S (Z = 16) 1s2 2s22p6 3s23p4 Gana 2 electrones y forma S2-

Cℓ (Z = 17) 1s2 2s22p6 3s23p5 Gana 1 electrón y forma Cℓ-

b) La configuración electrónica de [Na+] = [Mg 2+] = [Aℓ3+] = 1s2 2s22p6. Coincide con la del Ne.

La configuración electrónica de [P3-] = [S2-] = [Cℓ-] = 1s2 2s22p6 3s23p6. Coincide con la del Ar.

c) El Na es el elemento que tiene mayor carácter metálico, pues es el que forma iones positivos con más facilidad (solo tiene que perder 1 electrón).

d) El Cℓ es el elemento que tiene mayor carácter no metálico, pues es el que forma iones negativos con más facilidad (solo tiene que ganar 1 electrón).

1ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE Y SOLUCIONES



EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS



2


1 ¿Qué elemento químico mencionado en el texto fue descubierto por españoles? Indica su símbolo, el grupo y el periodo al que pertenece.

2 Describe la estructura de la tabla periódica actual.

El bautizo de los elementos

Tardío, escondido, extraño o rayo. Suenan a apodos de superhéroes pero, en realidad, corresponden a las traducciones de los términos griegos que bautizan los gases nobles –llamados así porque no se mezclan (casi) con nadie–. Argón, del griego argos, kriptón (kryptos), xenón (xenos) o radón (en este caso, del latín radius). Añadan ahora a esta lista al recién llegado, ununoctium, el elemento más pesado, que hace el 118 de la tabla periódica. Es uno de los cuatro nuevos elementos que recientemente se han sintetizado y que han enriquecido la tabla. Junto al 118 se han incorporado el 113, 115 y 117, ununtrium, ununpentium, ununseptium, bautizos de gancho nulo, lo que no resta mérito a sus descubridores. El 113 fue descubierto por científicos del Instituto Riken en Japón; el resto, por equipos desperdigados entre Rusia y Estados Unidos.

Los hallazgos son de un calado enorme. Tomemos el ununoctium: cada vez que se logra sintetizarlo, el premio son dos o tres átomos que desaparecen en menos de un milisegundo. Suficiente para alcanzar la gloria científica. Estos elementos pesados tienen existencia fugaz: una fracción de segundo o, como mucho, segundos o decenas de ellos, en los casos más afortunados.

(98)43

Tecnecio

95,9642

MoMolibdeno

92,9141

NbNiobio

PERIODO

3

4

5

6

7

1

2

26,9813

AlAluminio

58,9327

CoCobalto

58,6928

NiNíquel

63,5529

CuCobre

65,3830

ZnCinc

69,7231

GaGalio

72,6432

GeGermanio

102,945

RhRodio

106,446

PdPaladio

107,947

AgPlata

112,448

CdCadmio

114,849

InIndio

118,750

SnEstaño

121,851

SbAntimonio

192,277

IrIridio

195,178

PtPlatino

197,079

AuOro

200,680

HgMercurio

204,481

TlTalio

207,282

PbPlomo

(289)114

Flerovio

(288)115

Ununpentio

209,083

BiBismuto

(209)84

Polonio

(293)116

Livermorio

(294)117

Ununseptio

(276)109

Meitnerio

(281)110

Darmstadtio

(280)111

Roentgenio

(285)112

Copernicio

(284)113

Ununtrio

183,874

WWolframio

(271)106

Seaborgio

52,0024

CrCromo

54,9425

MnManganeso

55,8526

FeHierro

101,144

RuRutenio

186,275

ReRenio

190,276

OsOsmio

(270)107

Bohrio

(277)108

Hassio

6,9413

LiLitio

9,0124

BeBerilio

23,0011

NaSodio

24,3112

MgMagnesio

39,1019

KPotasio

40,0820

CaCalcio

44,9621

ScEscandio

47,8722

TiTitanio

50,9423

VVanadio

85,4737

RbRubidio

87,6238

SrEstroncio

88,9139

YItrio

91,2240

ZrCirconio

132,955

CsCesio

137,356

BaBario

57-71

Lantanoides

178,572

HfHafnio

180,973

TaTántalo

(223)87

Francio

(226)88

Radio

89-103

Actinoides

(265)104

Rutherfordio

(268)105

Dubnio

1,0081

H*Hidrógeno

28,0914

SiSilicio

30,9715

PFósforo

32,0616

SAzufre

35,4517

ClCloro

39,9518

ArArgón

10,815

BBoro

12,016

CCarbono

14,017

NNitrógeno

16,008

OOxígeno

19,009

FFlúor

20,1810

NeNeón

4,0032

HeHelio

74,9233

AsArsénico

78,9634

SeSelenio

79,9035

BrBromo

83,8036

KrKriptón

127,652

TeTeluro

126,953

IYodo

131,354

XeXenón

(210)85

Astato

(222)86

Radón

(294)118

Ununoctio

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

SEMIMETALES

NO METALES

METALES

GASES NOBLES

2 3 4 5 6 7 81GRUPO

(244)94

Plutonio

232,090

ThTorio

(231)91

PaProtactinio

238,092

UUranio

(237)93

Neptunio

138,957

LaLantano

(227)89

Actinio

157,364

GdGadolinio

158,965

TbTerbio

162,566

DyDisprosio

168,969

TmTulio

173,170

YbIterbio

175,071

LuLutecio

(247)96

Curio

(247)97

Berkelio

(251)98

Californio

(258)101

Mendelevio

(259)102

Nobelio

(262)103

Lawrencio

152,063

EuEuropio

(243)95

Americio

164,967

HoHolmio

(252)99

Einstenio

167,368

ErErbio

(257)100

Fermio

150,462

SmSamario

140,158

CeCerio

140,959

PrPraseodimio

144,260

NdNeodimio

(145)61

Prometio

6

Actinoides

Lantanoides

7

(98)43

Tecnecio

95,9642

MoMolibdeno

92,9141

NbNiobio

PERIODO

3

4

5

6

7

1

2

26,9813

AlAluminio

58,9327

CoCobalto

58,6928

NiNíquel

63,5529

CuCobre

65,3830

ZnCinc

69,7231

GaGalio

72,6432

GeGermanio

102,945

RhRodio

106,446

PdPaladio

107,947

AgPlata

112,448

CdCadmio

114,849

InIndio

118,750

SnEstaño

121,851

SbAntimonio

192,277

IrIridio

195,178

PtPlatino

197,079

AuOro

200,680

HgMercurio

204,481

TlTalio

207,282

PbPlomo

(289)114

Flerovio

(288)115

Ununpentio

209,083

BiBismuto

(209)84

Polonio

(293)116

Livermorio

(294)117

Ununseptio

(276)109

Meitnerio

(281)110

Darmstadtio

(280)111

Roentgenio

(285)112

Copernicio

(284)113

Ununtrio

183,874

WWolframio

(271)106

Seaborgio

52,0024

CrCromo

54,9425

MnManganeso

55,8526

FeHierro

101,144

RuRutenio

186,275

ReRenio

190,276

OsOsmio

(270)107

Bohrio

(277)108

Hassio

6,9413

LiLitio

9,0124

BeBerilio

23,0011

NaSodio

24,3112

MgMagnesio

39,1019

KPotasio

40,0820

CaCalcio

44,9621

ScEscandio

47,8722

TiTitanio

50,9423

VVanadio

85,4737

RbRubidio

87,6238

SrEstroncio

88,9139

YItrio

91,2240

ZrCirconio

132,955

CsCesio

137,356

BaBario

57-71

Lantanoides

178,572

HfHafnio

180,973

TaTántalo

(223)87

Francio

(226)88

Radio

89-103

Actinoides

(265)104

Rutherfordio

(268)105

Dubnio

1,0081

H*Hidrógeno

28,0914

SiSilicio

30,9715

PFósforo

32,0616

SAzufre

35,4517

ClCloro

39,9518

ArArgón

10,815

BBoro

12,016

CCarbono

14,017

NNitrógeno

16,008

OOxígeno

19,009

FFlúor

20,1810

NeNeón

4,0032

HeHelio

74,9233

AsArsénico

78,9634

SeSelenio

79,9035

BrBromo

83,8036

KrKriptón

127,652

TeTeluro

126,953

IYodo

131,354

XeXenón

(210)85

Astato

(222)86

Radón

(294)118

Ununoctio

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

SEMIMETALES

NO METALES

METALES

GASES NOBLES

2 3 4 5 6 7 81GRUPO

(244)94

Plutonio

232,090

ThTorio

(231)91

PaProtactinio

238,092

UUranio

(237)93

Neptunio

138,957

LaLantano

(227)89

Actinio

157,364

GdGadolinio

158,965

TbTerbio

162,566

DyDisprosio

168,969

TmTulio

173,170

YbIterbio

175,071

LuLutecio

(247)96

Curio

(247)97

Berkelio

(251)98

Californio

(258)101

Mendelevio

(259)102

Nobelio

(262)103

Lawrencio

152,063

EuEuropio

(243)95

Americio

164,967

HoHolmio

(252)99

Einstenio

167,368

ErErbio

(257)100

Fermio

150,462

SmSamario

140,158

CeCerio

140,959

PrPraseodimio

144,260

NdNeodimio

(145)61

Prometio

6

Actinoides

Lantanoides

7

La tabla periódica moderna está basada en la que propuso el químico ruso Mendeléiev en 1869. Organiza los elementos en columnas y filas. Las columnas agrupan a los elementos que tienen propiedades parecidas. En la columna 1, los metales alcalinos (salvo el hidrógeno); en la 2, los alcalinotérreos; en las columnas de 3 a 11, los metales de transición; etcétera. Las filas los ordenan por su número atómico, es decir, el número de protones que tienen los átomos en el núcleo. Así, el hidrógeno, con su único protón, aparece en la fila 1 en primer lugar. El ununoctium, con 118 protones, se encuentra en la última columna (18) ocupando además el último puesto de la última fila (7), como el elemento más pesado del universo conocido. Si recorremos con la vista la tabla, de izquierda a derecha, y fila por fila, descubrimos que las propiedades de los elementos se van repitiendo de forma periódica.

Y ¿quién elige los nombres? Normalmente el honor corresponde a los científicos descubridores. El elemento 106 se llama seaborgium (seaborgio) en honor de Glenn T. Seaborg. El wolframio fue descubierto por dos hermanos riojanos, Juan José y Fausto de Elhúyar, quienes propusieron el nombre al aislarlo de la wolframita. El bautizo definitivo corresponde a la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) y el proceso suele tardar. Mientras tanto, se han organizado concursos online para recoger sugerencias para bautizar los nuevos elementos. Los lectores del diario The New York Times han propuesto nombres de toda clase y condición: adamantium –en referencia al material irrompible de las garras de Lobezno–, trumpium –imaginen a quién se refiere el nombrecito– o godzilium. Lemmium, en homenaje a Lemmy, el cantante de Motörhead fallecido recientemente, obtuvo 145 000 firmas en Change.org.

Fuente: Adaptado de www.elpais.com

16 de febrero de 2016



3 Completa la siguiente tabla empleando los elementos citados en el texto.

Metales No metales Gases nobles

4 Elige un metal, un no metal y un gas noble de la tabla anterior y realiza las siguientes actividades:

a) Indica su símbolo.

b) Escribe su configuración electrónica.

c) Señala los electrones de valencia que tiene cada uno.

5 ¿Cuáles son los últimos elementos químicos incorporados a la tabla periódica? ¿Cuáles son sus números atómicos?

6 Elige un elemento de la tabla periódica y elabora un esquema de un átomo de este elemento según los siguientes modelos atómicos:

a) Modelo de Thomson. b) Modelo de Rutherford.

c) Modelo de Bohr. d) Modelo actual.

7 Comenta la siguiente frase extraída del texto:

«Las columnas agrupan a los elementos que tienen propiedades parecidas».

8 Responde las siguientes cuestiones:

a) ¿Qué átomo tendrá mayor tamaño, un átomo de sodio o un átomo de cesio?

b) ¿Qué nombre recibe el grupo en el que se sitúan los dos elementos anteriores?

c) Razona si un átomo de sodio tenderá a formar un catión o un anión.

9 Ahora que tienes más información sobre la tabla periódica, responde:

¿Crees que en los próximos años se descubrirán nuevos elementos químicos?



2




Competencia que se trabaja

Criterio Estándares de aprendizaje Actividades

Comunicación lingüística



1, 2, 3, 5, 9

Competencia matemática

y competencias básicas en ciencia

y tecnología



6


B2‑2.1. Establece la configuración electrónica de los elementos representativos a partir de su número atómico para deducir su posición en la tabla periódica, sus electrones de valencia y su comportamiento químico.

4, 8


3, 4

B2‑3. Agrupar por familias los elementos representativos y los elementos de transición según las recomendaciones de la IUPAC.

B2‑3.1. Escribe el nombre y el símbolo de los elementos químicos y los sitúa en la tabla periódica.

1, 3, 7, 8

Aprender a aprender



6


EVALUACIÓN POR COMPETENCIAS: SOLUCIONES

1 El wolframio. Fue descubierto por dos hermanos riojanos, Juan José y Fausto de Elhúyar, que lo obtuvieron a partir de la wolframita.

El wolframio (W) pertenece al periodo 6 y al grupo 6 de la tabla periódica.

2 La tabla periódica actual está formada por 7 periodos (filas) y 18 grupos (columnas). Todos los elementos que están en el mismo periodo tienen el mismo número de capa de valencia. Todos los elementos que están en el mismo grupo tienen la misma configuración electrónica en su capa de valencia.

3 Metales No metales Gases nobles

Seaborgio Ununtrio Kriptón

Wolframio Ununpentio Xenón

Ununseptio Radón

Hidrógeno Ununoctio

4 a) Metal: wolframio, W.

No metal: hidrógeno, H.

Gas noble: kriptón, Kr.

b) W (Z = 74): [Xe] 4f14 5d4 6s2

H (Z = 1): 1s1

Kr (Z = 36): [Ar] 3d10 4s24p6

c) El wolframio tiene dos electrones de valencia; el hidrógeno uno, y el kriptón, ocho.

5 Los últimos elementos incorporados a la tabla periódica, como hemos podido leer en el texto, son el ununoctio, el ununtrio, el ununpentio y el ununseptio.

Sus números atómicos son, respectivamente: 118, 113, 115 y 117.

6 Por ejemplo, para el oxígeno (O, Z = 8) los modelos serán los siguientes.

a) Modelo de Thomson.

b) Modelo de Rutherford.

c) Modelo de Bohr.

d) Modelo actual.

7 Todos los elementos que están en la misma columna (grupo) tienen la misma configuración electrónica en su capa de valencia, lo que les confiere propiedades químicas similares.

8 a) El átomo de cesio, puesto que ambos están situados en el mismo grupo (el 1), y al descender en un grupo aumenta el radio atómico.

b) Alcalinos.

c) El sodio es un metal, por tanto, tendrá tendencia a perder electrones y dará lugar a un catión:

Na (Z = 11): 1s2 2s22p6 3s1 " Na+: 1s2 2s22p6

9 Después de leer el texto, los alumnos y alumnas habrán podido comprobar cómo se ha ido completando la tabla periódica desde la época de Mendeleiev. Dado que se describen diversos elementos descubiertos recientemente, deben darse cuenta de que es muy probable que se descubran otros nuevos en un futuro próximo.




unidad 2 Átomos y sistema periódico

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