ce1_2010

QUI-012/022 Certamen N 1

Viernes 07 de mayo 2010

1. En un reactor nuclear se han preparado, a partir de un proceso de fusin nuclear, una serie de 26 elementos nuevos. A cada uno de estos elementos se le ha asignado un smbolo qumico particular y fueron ordenados de acuerdo al valor de Z como se indica en las siguientes tablas:

Smbolo Qumico Aa Bb Cc Dd Ee Ff Gg Hh Ii Jj Kk Ll Mm Z 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131

Smbolo Qumico Nn Oo Pp Qq Rr Ss Tt Uu Vv Ww Xx Yy Zz Z 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144

Preguntas: a) Establecer la configuracin electrnica abreviada (considere al gas noble Rn (Z = 86) como el ms

cercano) del ion Rr+5. b) Asigne los cuatro nmeros cunticos al ltimo electrn del tomo Ww. c) Explique en forma clara y breve dnde ubicara esta serie de nuevos elementos en la Tabla Peridica.

(Puede realizar un dibujo) Notas:

i. Considere que se cumplen los principios de construccin (Aufbau), el principio de exclusin de Pauli y la regla de Hund.

ii. Configuracin electrnica Radn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6

Respuesta

a) 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 5g 6s 6p 6d 6f 6g 7s 7p 7d 7f 7g 8s 8p 8d 8f

- Conf. Rr (Z = 136): [Rn] 7s25f146d107p68s25g16

- Los electrones ms externos son 8s y luego 7p, por lo tanto

- Conf. Rr+5: [Rn] 7s25f146d107p35g16 [Rn] 5f145g166d107s27p3

b) - Conf. Ww (Z = 141): [Rn] 7s25f146d107p68s25g186f3

- n = 6, l = 3, ml = +1, ms = +

c) - Todos los elementos se ubicaran en el octavo perodo (n = 8). Los elementos Aa y Bb se ubicaran en los grupos 1A y 2A respectivamente (bloque ns), luego existira un nuevo bloque, bloque g, que contendra 18 elementos (del elemento Cc al Tt) y finalmente los ltimos seis elementos (del Uu al Zz) se ubicaran en el ya conocido bloque f.

g. n o b l e s

bloque ns

bloque p

bloque d

bloque f

bloque g

1

2

3

4

5

6

7

8



2. Responda las siguientes preguntas sobre propiedades atmicas de algunos elementos y sus tendencias. En cada caso justifique su respuesta.

a) Se tienen dos elementos cuyas configuraciones electrnicas son: [He] 2s1 y [He] 2s2 2p4. Se sabe la primera energa de ionizacin para estos compuestos es de +1314 [KJ/mol] y +520 [KJ/mol]. Asigne cada una de ellas al elemento que corresponde.

b) Se tienen dos elementos cuyas configuraciones electrnicas son: [Ar] 4s2 y [Ar] 3d10 4s2 4p5. Se sabe la primera afinidad electrnica para estos compuestos es de -4 [KJ/mol] y -325 [KJ/mol]. Asigne cada una de ellas al elemento que corresponde.

c) Los elementos de a) se combinan entre s para formar un compuesto dado y lo mismo pasa con los elementos de b). Calcule el porcentaje de carcter inico y covalente del enlace resultante en cada uno de los dos compuestos formados.

Respuesta:

a) Ambos elementos pertenecen al mismo perodo, por lo tanto la primera energa de ionizacin del elemento del grupo I (Litio, [He] 2s1), ser menor que la del elemento del grupo VI (Oxgeno, [He] 2s2 2p4), siguiendo la misma tendencia de Zef. Por lo tanto: E.I.1 (Li)= +520 [KJ/mol] E.I.1 (O)= +1314 [KJ/mol]

b) En este caso, tambin ambos elementos pertenecen al mismo perodo, por lo tanto la afinidad electrnica aumenta al acercarse al grupo de los gases nobles. Es decir, el elemento del grupo II (Calcio, [Ar] 4s2), ser menor que la del elemento del grupo VII (Bromo, [Ar] 4s2 3d10 4p5). Por lo tanto: A.E.1 (Ca)= -4 [KJ/mol] A.E.1 (Br)= -325 [KJ/mol]

c) Por combinacin de los elementos de a) Litio y Oxgeno, obtenemos xido de litio: Li2O.

Carcter inico del enlace Li-O:

(O) - (Li) = 2,5 y enlace 100% inico CsF =3,3 Carcter inico = 2,5 100 / 3,3 = 76 %

Carcter covalente= 100 - 76 = 24 %

Por combinacin de los elementos de b) Calcio y Bromo, obtenemos Bromuro de calcio: CaBr2. Carcter inico del enlace Ca-Br:

(Br) - (Ca) = 1,8 y enlace 100% inico CsF =3,3 Carcter inico = 1,8 100 / 3,3 = 55 %

Carcter covalente= 100 - 76 = 45 %



BrO O

-

O

)

3. Se ha determinado experimentalmente que los iones hipohalito (XO-) tienden a dismutar en solucin bsica, produciendo los iones haluro (X-) y halato (XO3-) segn la reaccin:

3 XO- 2 X- + XO3- Se conoce que esta reaccin ocurre para el cloro. De acuerdo a sus conocimientos de estructuras de Lewis, explique si esta reaccin ocurre tambin para el flor y el bromo. En el anlisis escriba la estructura de Lewis ms probable (incluyendo cargas formales, estado de oxidacin y rdenes de enlace) y sus respectivas estructuras resonantes para la especie XO3 (tomo central: X), donde X= F, Cl, Br.

Respuesta

Para X = F

Analicemos las molculas FO- y FO3-

N= (82) (7 + 6 -(-1)) = 2. N/2 = 1 par enlazante. q(F)= 7 - 6 - (2) = 0 y q(O)= 6 6 - (2) = -1 La carga formal ms negativa est sobre el tomo menos electronegativo. (F) > (O)

N= (84) (7 + 63 -(-1)) = 6. N/2 = 3 pares enlazantes. q(F)= 7 - 2 - (6) = +2 y q(O)= 6 6 - (2) = -1. La carga formal ms negativa est sobre el tomo menos electronegativo. (F) > (O)

El flor es un elemento que est en el perodo 2, por lo tanto no puede expandir octeto. Se descarta la existencia de esta molcula, por no encontrarse una estructura de Lewis probable.

Para X = Br

Analicemos las molculas BrO- y BrO3-

N= (82) (7 + 6 -(-1)) = 2. N/2 = 1 par enlazante. q(Br)= 7 - 6 - (2) = 0 y q(O)= 6 6 - (2) = -1 La carga formal ms negativa est sobre el tomo ms electronegativo. (Br) < (O)

N= (84) (7 + 63 -(-1)) = 6. N/2 = 3 pares enlazantes. q(Br)= 7 - 2 - (6) = +2 y q(O)= 6 6 - (2) = -1. Se pueden tener cargas formales menores, no es la estructura ms probable.

FO O

-

O

FO O

-

O

F O -

Br O -



Continuacin respuesta pregunta 3

El bromo es un elemento que est en el perodo 4, por lo tanto puede expandir octeto.

q(Br)= 7 - 2 - (10) = 0 ; q(Od)= 6 4 - (4) = 0 y q(Os)= 6 6 - (2) = -1.

Estructura ms probable

(Od=oxgeno con enlace doble y Os=oxgeno con enlace simple)

Las estructuras resonantes son:

q(Br)= 7 - 2 - (10) = 0 ; q(Od)= 6 4 - (4) = 0 y q(Os)= 6 6 - (2) = -1. n ox.(O)= -2 y n ox.(Br)= +5 OE (Br-Od)= 2 y OE (Br-Os)= 1






El hbrido de resonancia es:

OE (Br-O)=1,67

BrO O

-

O

B rO O

-

O

B rO O

-

O

B rO O

-

O

B rO O

-

O



4. Se tiene un compuesto A, el cual reacciona con un agente oxidante para generar un compuesto B, de acuerdo a:

A + oxidante B El compuesto A tiene un peso molecular de 137,32 [g/mol] y posee la siguiente composicin elemental: 77,45% Cl y 22,55% P. El compuesto B tiene un peso molecular de 153,32 [g/mol] y posee la siguiente composicin elemental: 69,36% Cl; 20,20% P y 10,44% O. Determine las estructuras de Lewis de los compuestos A y B (tomo central: P), indicando en cada caso:

i. Nmero de pares enlazantes (PE) ii. rdenes de enlace iii. Nmero de pares no enlazantes

(PS) iv. Estado de oxidacin de todos los

tomos v. Cargas formales sobre todos los

tomos vi. Posibles estructuras resonantes

Respuesta

Compuesto A: Base de clculo = 100 [g]

77,45 [g] Cl / 35,45 [g/mol] = 2,185 2,185 / 0,728 = 3

22,55 [g] P / 30,97 [g/mol] = 0,728 0,728 / 0,728 = 1

n PCl3 = 137,32 n = 1

N = (8 4) (3 7 + 5) = 6 N/2 = 3 pares enlazantes.

q (Cl) = 7 - 6 - (2) = 0

q (P) = 5 - 2 - (6) = 0

PS = 10 PE = 3 OE (P-Cl) = 1

n ox. (Cl) = -1

n ox. (P) = +3

Compuesto B: Base de clculo = 100 [g]

69,36 [g] Cl / 35,45 [g/mol] = 1,956 1,956 / 0,652 = 3

20,20 [g] P / 30,97 [g/mol] = 0,652 0,652 / 0,652 = 1

10,44 [g] O / 16,00 [g/mol] = 0,652 0,652 / 0,652 = 1

n POCl3 = 153,32 n = 1

N = (8 5) (3 7 + 5 + 6) = 8 N/2 = 4 pares enlazantes.

q(Cl) = 7 - 6 - (2) = 0

q(P) = 5 - 0 - (10) = 0

q(O) = 6 - 4 - (4) = 0

PS = 11 PE = 5 OE (P-Cl) = 1 OE (P-O) = 2

n ox. Cl = -1

n ox. P = +5

n ox. O = -2

P

Cl

Cl Cl

P

Cl

Cl ClO



DATOS Elemento H He Li Be B C N O F Ne Na P Cl Ar K Ca Br Kr I Xe Cs Rn

Z 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 15 17 18 19 20 35 36 53 54 55 86

PA / [g/mol] 1,01 4,00 6,94 9,01 10,81 12,01 14,01 16,00 19,00 20,18 22,99

30,97 35,45 39,95 39,10 40,08 79,90 83,80 126,90 131,29 132,91 (222)

2,1 - 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 - 1,0 2,1 3,0 - 0,9 1,0 2,8 - 2,5 - 0,7 -

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