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GUÍA: TABLA PERIÓDICA

Tabla Periódica

La tabla periódica, está conformada por diversos elementos, estos elementos se caracterizan por que presenta unacomposición y propiedades fijas en toda su masa, formando así sustancias puras.

Durante el siglo XIX, los químicos clasificaron los elementos químicos de acuerdo a sus propiedades químicas y físicassemejantes, según la “ley periódica”.

Los resultados de estos estudios permitieron la elaboración de la tabla periódica actual, donde “Las propiedades de loselementos son función periódica de sus números atómicos”. (Henry Moseley 1913).

Dimitri Mendeleiev

Conocidos los 63 elementos de los 90 que existen en la naturaleza. La clasificación se llevó a cabo de acuerdo con los siguientes criterios:

Se colocaron los elementos por orden creciente de sus masas atómicas. Sitúo en el mismo grupo elementos que tenían propiedades comunes como la valencia. Dejó casillas vacías para situar en ellas los elementos cuyo descubrimiento se realizaría años después. Pronosticó las propiedades de algunos de ellos: el galio (Ga), el germanio (Ge), el escandio (Sc), y el tecnecio (Tc), que

sería el primer elemento artificial obtenido en el laboratorio, por síntesis química Mendeléiev presentaba ciertas irregularidades adicionales como, compaginar el criterio de ordenación por peso

atómico creciente y la agrupación por familias con propiedades químicas comunes.

Elementos conocidos en esa época

Henry Moseley

En 1913, mediante estudios de rayos X, determinó la carga nuclear (número atómico) de los elementos. Reagrupó los elementos en orden creciente de número atómico (Z), observando una variación periódica de sus propiedades físicas y químicas". Formando así, grupos o familias cuyos elementos poseen propiedades similares.

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Clasificación de la Tabla Periódica En la tabla periódica actual los elementos químicos están ordenados teniendo en cuenta simultáneamente dos criterios: En líneas horizontales, llamados períodos, donde se colocan los elementos en orden creciente de su número atómico En líneas verticales, llamadas grupos y familias, se colocan los elementos de propiedades semejantes. Este criterio de ordenación hace que esta tabla sea un instrumento imprescindible para el estudio de la química. ¿Qué es un Grupo? Son los elementos que componen las columnas verticales de la tabla periódica,

estos pertenecen a un grupo que tienen la misma valencia atómica, y por ello, tienen características o propiedades similares entre sí. Por ejemplo, los elementos en el grupo IA tienen valencia de 1 (un electrón en su último nivel de energía)

Los elementos en el último grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su último

nivel de energía (regla del octeto). ¿Qué es un Periodo? Son los elementos que componen una misma fila, la cual, tienen propiedades diferentes pero masas similares. Todos los elementos de un período tienen el mismo número de orbitales. Siguiendo esa norma, cada elemento se

coloca según su configuración electrónica. El primer período solo tiene dos miembros: hidrógeno y helio; ambos tienen sólo el orbital 1s.

La tabla periódica consta de 7 períodos, que son siete filas horizontales señaladas con números arábigos ( 1; 2; 3, 4 ; 5;

6; 7) . Los tres primeros son periodos cortos y los siguientes son largos.

La tabla también está dividida en cuatro bloques, s, p, d, f, que están ubicados en el orden sdp, de izquierda a derecha,

y f lantánidos y actínidos. Esto depende de la letra que hace referencia al orbital más externo: s, p, d y f, según el principio de Aufbau.

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Bloque Grupo Nombres Config. Electrón.

s 1 2

Alcalinos Alcalino-térreos

n s1

n s2

p

13 14 15 16 17 18

Térreos Carbonoideos Nitrogenoideos Anfígenos Halógenos Gases nobles

n s2 p

1

n s2 p

2

n s2 p

3

n s2 p

4

n s2 p

5

n s2 p

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d 3-12 Elementos de transición n s2(n–1)d

1-10

f

El. de transición Interna (lantánidos y actínidos) n s2

(n–1)d1(n–2)f

1-14

Tabla Periódica Agrupaciones de los Elementos Los elementos de la tabla periódica se pueden agrupar en: Metálico: cuando cede fácilmente electrones y no tiene tendencia a ganarlos, es decir los metales son electropositivos.

Además son buenos conductores del calor y la electricidad. En su mayoría son sólidos a excepción del mercurio. No metales: son aquellos elementos que difícilmente ceden electrones y si tienen tendencia a ganarlos, es muy

electronegativo. Son malos conductores del calor y la electricidad Gases nobles: son aquellos elementos que no tienen carácter metálico ni no metálico, estos no reaccionan con otros, a

eso se le debe su nombre.

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Semimetales: son los elementos que presentan propiedades intermedias entre las de los metales y las de los no metales.

Transición interna: son los lantánidos y actínidos.

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Propiedades Periódicas

Las propiedades periódicas se refieren a las variaciones que experimentan las propiedades físicas de los elementos que pertenecen a un mismo grupo o periódo.

Volumen Atómico El volumen se define como la cantidad de centímetros cúbicos que corresponden a un átomo En un mismo periodo se observa una disminución desde los elementos situados a la izquierda del periodo, hacia los

centrales, para volver a aumentar el volumen progresivamente a medida que nos acercamos a los elementos situados a la derecha del periodo.

En un mismo grupo, el volumen atómico aumenta al aumentar el número atómico, ya que al descender en el grupo los elementos tienen más capas.

En general, cuando los elementos tienen volúmenes atómicos pequeños, los electrones del nivel más externo están fuertemente atraídos por el núcleo y, por tanto, son cedidos con gran dificultad.

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Los elementos de volúmenes atómicos elevados ceden sus electrones de valencia fácilmente, ya que la atracción nuclear es menor debido tanto a la mayor distancia como al efecto de apantallamiento de los electrones internos.

Radio Atómico Es la mitad de la distancia de dos átomos iguales que están enlazados entre sí. Por dicha razón, se habla de radio covalente (para no metales) y de radio metálico (para los metales) según sea el tipo

de enlace por el que están unidos.

Variación del Radio Atómico en la Tabla Periódica

En un mismo período disminuye al aumentar la carga nuclear efectiva (hacia la derecha). Al llenarse una misma capa con cada nuevo electrón, la carga del núcleo aumenta sin que lo haga la distancia. De esta manera, los electrones son atraídos con más fuerza contrayéndose el radio atómico. Se debe a que los electrones de la última capa estarán más fuertemente atraídos.

En un grupo, el radio aumenta al aumentar el periodo, pues existen más capas de electrones. Es decir aumenta al aumentar Z, ya que existen más capas de energía

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Radio Iónico Es el radio que tiene un átomo que ha perdido o ganado electrones, adquiriendo la estructura electrónica del gas noble más cercano. El radio de los cationes: son menores que los átomos neutros por la mayor carga

nuclear efectiva (menor apantallamiento o repulsión de e-).

El radio de los aniones: son mayores que los átomos neutros por la disminución de la

carga nuclear efectiva (mayor apantallamiento o repulsión electrónica).

En general, entre los iones con igual número de electrones (isoelectrónicos) tiene mayor radio el de menor Z, pues la fuerza atractiva del núcleo es menor al ser menor su carga.

Variación del Radio Iónico en la Tabla Periódica En un grupo: el radio iónico aumenta al aumentar Z.

En un período: dependerá de la carga de los iones.

• Los iones positivos sencillos son siempre más pequeños que los átomos de los que derivan y, al aumentar la carga positiva, su tamaño disminuye.

• Los iones sencillos cargados negativamente son siempre mayores que los átomos de los que derivan. El tamaño aumenta con la carga negativa.

• Dentro de un grupo, las diferencias entre los radios atómicos e iónicos son muy parecidas. Para

iones con la misma carga, el tamaño aumenta conforme bajamos por un grupo de la tabla periódica. Un aumento en el número cuántico principal del orbital de un ión, aumenta también el tamaño del ión así como el del átomo del que deriva

Radios Atómicos y Radios Iónicos

Para un átomo neutro A

N° de protones en el núcleo (Z) = N° de Electrones

Átomo Neutro A : si Z= 4

Quiere decir que tiene: 4 p+ = 4 e

-

Para un ión : N° de electrones Z

A mayor N° de electrones para un determinado Z

Menos fuertemente atraído estará el último electrón Se encontrará más alejado del núcleo

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Siempre se verifica que:

radio ión positivo (A+) radio átomo neutro radio ión negativo (A

-)

r(A+) r(A) r(A

-)

Además:

… r(A3+

) r (A2+

) r(A+)

y r (A3-

) r(A2-

) r(A-) ….

Radio Covalente El radio covalente es la mitad de la distancia entre dos núcleos de átomos iguales que están unidos mediante un enlace simple en una molécula neutra. Radio Metálico

Es la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos vecinos en un sólido metálico

TODOS LOS RADIOS VARÍAN EN LA TABLA PERIÓDICA DE LA MISMA FORMA QUE LO HACE EL RADIO ATÓMICO

Comparación entre Radios Potencial de Ionización (P.I.) Es la energía necesaria para retirar el electrón más débilmente retenido en un átomo gaseoso desde su estado

fundamental Pueden removerse uno o más electrones de un mismo átomo, siendo el primero la energía más baja y el último la más

alta.

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El potencial de ionización varía en forma indirecta a los radio atómicos, es decir, menor sea el radio atómico, mayor será la atracción entre el núcleo y los electrones, por lo tanto, mayor la energía requerida para remover el electrón más lejano al núcleo.

Variación de la Energía de Ionización en la Tabla Periódica En un grupo: la energía de ionización aumenta al disminuir Z, ya que al pasar de

un elemento de mayor Z a otro de menor Z, el primero tendrá una capa, más por lo tanto, los electrones de la capa de valencia al estar más alejados del núcleo, estarán menos atraídos por él y ocupará menos energía en arrancarlos.

En un período: en general, la energía de ionización aumenta a medida que nos desplazamos hacia la derecha, ya que los elementos allí situados tienen tendencia a ganar electrones, por lo tanto, costará mucho más arrancarlos. Los elementos de la izquierda al tener menos electrones en la última capa, ocuparían menos energía en perderlos.

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Electroafinidad (E.A.)

Es la energía relacionada con la adición de un electrón a un átomo gaseoso para formar un ion negativo. También se define como la energía puesta en juego al agregar un mol de electrones a un mol de átomos en fase gaseosa La electroafinidades puede ser negativas cuando se libera energía o positivas cuando se absorbe energía, y son inversamente proporcionales al tamaño del átomo.

A(g) + e- A-(g)

A diferencia del P. I, la AE puede implicar

un gasto o una liberación de energía

Variación de la Afinidad Electrónica en la Tabla Periódica En un grupo la afinidad electrónica disminuye al aumentar Z, debido a qué

aumenta el tamaño de los átomos, por lo que los electrones serán con menor fuerza.

En un período: en general, aumenta a medida que aumenta Z, debido a la carga nuclear efectiva. Esto no sucede en los gases nobles que poseen afinidades electrónicas muy bajas.

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La magnitud de EA1 será proporcional a la fuerza con que el electrón adicional es atraído por el núcleo

En las tres situaciones los procesos son energéticamente desfavorables

EA1 > 0 o menos negativa que la de sus vecinos

Para un elemento puede considerarse más de una afinidad electrónica

A(g) + e- A

-(g) EA1

A-(g) + e

- A

2-(g) EA2

A2-

(g) + e- A

3-(g) EA3

EA1 es usualmente negativa, se libera energía cuando un mol de átomos acepta un mol de electrones.

EA2, EA3,... son siempre positivas, requiere suministrar energía para agregar los sucesivos electrones. Por

ejemplo, formación del ión óxido:

O(g) + e- → O

-(g) EA1 = -141 kJ/mol

O-(g) + e

- → O

2-(g) EA2 = +744 kJ/mol

El ion O2-

forma distintos óxidos: P2O3, CO2, Na2O, NO2, MgO, Cr2O3, etc.

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Electronegatividad (E.N.) Según L. Pauling, la electronegatividad es la tendencia o capacidad de un átomo, en una molécula, para atraer hacia sí

los electrones de otro átomo en un enlace covalente

A : B (A) ≈ (B)

A : B (A) > (B)

A : B (A) < (B)

¿Qué factores hacen que un átomo sea más o menos electronegativo?

A : B (A) > (B)

A debe tener un PI alto B debe tener un PI bajo

A debe tener una EA alta (muy negativa) B debe tener una EA baja (poco negativa o positiva)

Definición de Mulliquen

Variación de la Electronegatividad en la Tabla Periódica En un grupo la tendencia a perder electrones aumenta a medida que bajamos en

el grupo. Los electrones estarán más lejos del núcleo cuanto más abajo nos encontremos en el grupo, resultará más fácil que los pierda y más difícil que los gane. Es decir, la electronegatividad disminuye al aumentar Z.

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 tanto, a medida que avanzamos aumentará la tendencia coger electrones más que a perderlos. Es decir, la electronegatividad aumenta al aumentar Z.

Note que la EN es proporcional al PI y a la EA

EN PI y EA

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Electropositividad Capacidad que tiene un átomo para ceder sus electrones , por lo

tanto es inversamente proporcional a la electronegatividad Por lo tanto en la tabla aumenta de arriba hacia abajo y disminuye

de izquierda a derecha. Estados de Oxidación Corresponde a la carga que adquiere un átomo neutro cuando se transforma en un ión: Li Li

+ + e

- Formación de un catión. El Li pasa del estado cero al 1+

Br + e

- Br

- Formación de un anión. El Br pasa del estado cero al estado 1-

Número de Oxidación

Carga eléctrica formal que se asigna a un átomo en un compuesto. El número de oxidación presupone que hay enlaces iónicos entre átomos unidos por enlace covalente.

Su variación en una reacción química indica la existencia de un proceso de oxidación-reducción. Se puede definir como el número de cargas que habría que asignar a cada uno de los átomos de los distintos

elementos que forman un compuesto, si todos ellos pasaran al estado de iones. Así, el número de oxidación de cualquier elemento en estado natural (atómico o molecular) es cero, y el de un ión es igual a su carga.

En los compuestos covalentes, los pares de electrones se asignan al átomo más electronegativo de los dos que los comparten, y así ambos se consideran iones, quedando con número de oxidación negativo el átomo más electronegativo y con número de oxidación positivo el menos electronegativo.

El oxígeno tiene número de oxidación -2, excepto en los peróxidos, que tiene -1. El hidrógeno combinado con elementos más electronegativos tiene de número de oxidación +1, y -1 cuando se

combina con elementos menos electronegativos. Véase Electronegatividad. La suma algebraica de los números de oxidación de todos los átomos que forman un compuesto es cero.

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Carga Nuclear Efectiva (Zef) Es la carga real que mantiene unido un electrón al núcleo. Veamos cómo se aplica al átomo de Litio, Los electrones más cercanos al núcleo ejercen un apantallamiento de la carga positiva del núcleo. Los electrones más externos son atraídos con menor fuerza. Los electrones de niveles de energía más internos producen una disminución de la fuerza de atracción del núcleo sobre

los electrones más externos, proceso conocido como efecto pantalla (a). En este ejemplo, la carga nuclear del litio es +3; sin embargo, esta fuerza total se ve disminuida por la repulsión

electrón-electrón o apantallamiento en el subnivel 1S. Así, la carga nuclear neta es menor a +3.

Variación de Zef en la Tabla Periódica En un grupo: Zef permanece casi inalterable, ya que aunque hay

una mayor carga nuclear, también existe un mayor efecto de apantallamiento. En la práctica, cada electrón de capa interior es capaz de contrarrestar el efecto de un protón.

En un período: la Zef aumenta hacia la derecha, debido al menor apantallamiento de los electrones de la última capa y

al mayor Z. Existe una serie de propiedades físicas y químicas en los elementos que varían regularmente en la tabla. Las propiedades más importantes se pueden clasificar por sus relaciones de tamaño y de energía Ejemplo:

Z Zef sobre el e– exterior del Li sería: 3 – 2 = 1, mientras que en el caso del Na sería: 11 - 10 = 1, es decir apenas

varía.

Crece hacia la derecha en los elementos de un mismo periodo, debido al menor apantallamiento de los e– de la

última capa y al mayor “Z”, de manera que según se avanza en un periodo hacia la derecha crece más “Z” que “a”,

pues el apantallamiento de los e– de última capa es inferior a 1.

Ejemplo:

Zef sobre uno de los e– exteriores del Be sería: 4 – (2 + 0,8) = 1,2 mientras que en el caso del Li era: 3 – 2 = 1. Nota:

el valor 0,8 de apantallamiento del e– de la segunda capa es orientativo; lo importante es que es un número

inferior a 1.

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Carga Nuclear Efectiva (Zef) y Reactividad La atracción que sufren los electrones de valencia no sólo dependen de la carga nuclear efectiva, sino también de la distancia del e

– al núcleo (ley de Coulomb). Por ello, la reactividad de los átomos dependerá de ambos factores.

Así, los metales serán tanto más reactivos cuanto menor Zef y mayor distancia al núcleo, es decir, cuando pierdan los e– con

mayor facilidad. Ejemplo: El e

– 4s del K es más reactivo que el 3s del Na

Las Propiedades Periódicas varían de la Siguiente Manera

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Punto de Fusión: es la temperatura a la cual un elemento en estado sólido cambia a líquido. Punto de Ebullición: corresponde a la temperatura a la cual se produce el cambio del estado líquido a gaseoso. Densidad: es la relación entre la masa y el volumen (d = m/v) y depende tanto del estado en el que se encuentre el

elemento como de la temperatura del mismo. En los sólidos y líquidos se expresa en (g/ml) , y en los gases (g/L).

TAREA: Hacer el esquema de la tabla periódica dejando bastante espacio lado izquierdo-derecho y arriba-abajo. En ella indicar cómo varían cada una de las propiedades periódicas (sólo indicar hacia dónde aumentan) entre grupos y entre periodos, indicándolas con una flecha de color según se específica a continuación:

a) Fecha roja: potencial de ionización b) Flecha verde oscuro: electronegatividad c) Flecha negra: electroafinidad d) Flecha azul: electropositividad e) Flecha amarilla: volumen atómico f) Flecha lila (violeta): radio atómico g) Flecha rosada: Radio covalente

EJERCICIOS N° 1: Volumen Atómico I.- Ordenar según su volumen atómico los siguientes elementos de la tabla periódica: 1.- En orden ascendente de radio atómico a) Rb – Xe – Mo – Sr – Te b) Al – Mg – S – Ar c) Gd – Ce – Ho - La 2.- En orden descendente de radio atómico a) Ac – U – Lr – Pu – Th b) Mo – I – Sr – Sn EJERCICIOS N° 2: Radio Atómico I.- Ordenar según su radio atómico los siguientes elementos de la tabla periódica: 1.- En orden ascendente de radio atómico a) Rb – Xe – Mo – Sr – Te b) Al – Mg – S – Ar c) Gd – Ce – Ho - La 2.- En orden descendente de radio atómico a) Ac – U – Lr – Pu – Th b) Mo – I – Sr – Sn EJERCICIOS N° 3: Radio Iónico 1.- Ordena en orden creciente de tamaño los iones: a) F

-, N

3-, 0

2-, Li

+ y Be

2+

b) Ar, Cl-, S

2-, K

+ y Ca

2+

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2.- En las parejas de iones, ¿Cuál de los siguientes iones tiene un menor radio ?. Explique: a) Fe, Fe

+3

b) S, S-2

, c) K, K

+,

d) Ni+2

, Ni+3

3.- ¿ Cómo variará el radio (atómico o iónico) en la serie N

3-, O

2- , F

- , Ne , Na

+ , Mg

2+ , Al

3+

4.- ¿ Por qué el ión Tl

+, un potente tóxico neurológico, puede reemplazar al ión K

+ en el cuerpo humano y sustituirlo en

sistemas biológicos ?. De otros ejemplos en que esto se da. INVESTIGAR 5.- Acomoda los siguientes iones en orden creciente de radio iónico: N

-3, Na

+, F

- , Mg

+2, O

-2

6.- Explica cuál de los siguientes cationes es mayor y por qué Cu

+ o Cu

2+

EJERCICIOS N° 4: Radio Covalente 1.- Indica cúal de los órdenes de los siguientes elementos en función de sus radios covalentes es falso: a) K > Ca > Be > B b) Al > P > F > Cl c) Sr > Mg > Si > C d) Na > Al > N > O EJERCICIOS N° 5: Potencial de Ionización 1.- ¿Cuál átomo ión en los siguientes pares tiene un mayor potencial de ionización. Explique: a) Na o K b) S o Si c) Ca o Ca+2 d) Sr o C e) Ge o As 2.- Con referencia a la tabla periódica, acomode los átomos siguientes en orden de energía de primera ionización creciente: Ne, Na, P, Ar y K. 3.- Para los siguientes elementos Na, P, S y Cl, diga razonadamente cuál es: a) El de menor energía de ionización. b) El de mayor energía de ionización EJERCICIOS N° 6: Afinidad Electrónica 1.- Para los siguientes elementos Na, P, S y Cl, diga razonadamente cuál es: a) El de mayor afinidad electrónica. b) El de menor afinidad electrónica

2.- Cuatro elementos diferentes A, B, C y D tienen de número atómico 6, 9, 13 y 19 respectivamente. ¿Cúal es el elemento que presenta la mayor electroafinidad?

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3.- ¿Cuál de las siguientes especies, S, As, K y Cl presenta el valor más alto de electroafinidad? a) S b) As c) K d) Cl

4.- Ordene los átomos siguientes de menor a mayor afinidad electrónica: Li, K, C y N a) Li < K < C < N b) Li < K < N < C c) N < C < K < Li d) K < Li < C < N EJERCICIOS N° 5: Electronegatividad 1.- Ordene el siguiente grupo de elementos según sus electronegatividades: Li, F, O y Be a) Li < F < O < Be b) Li < Be< O < F c) F < O < Be < Li d) Be < Li < O < F 2.- Ordena de mayor a menor según sus electronegatividades a los siguientes átomos: N, P, Al y Na a) N > Al > Na > P b) P > N > Al > Na c) N > P > Al > Na d) N > P > Na > Al 3.- Indique cuál es elemento más electronegativo de la serie: Be, Ba, Ca y Mg 4.- Ordene los átomos siguientes de menor a mayor electronegatividad: Li, Ca, C y Se a) Li < Ca < C < Se b) Se < Ca < C < Li c) Ca < Li < Se < C d) Se < C < Ca < Li EJERCICIOS N° 6: Ejercicios Varios 1.- responde a las siguientes preguntas basándote en la colocación de estos elementos en la Tabla Periódica: a) ¿ Qué elemento es más metálico, el vario o el calcio ? b) ¿ Y cuál es más no metálico, el oxígeno o el yodo ?

2.- Dado el átomo X (Z = 9, A = 19) indica:

a) El número de protones que posee b) El número de neutrones c) El periodo en que se encuentra d) El grupo en que se encuentra

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3.- ¿ Por qué crees que los gases nobles se presentan como átomos libres y no se enlazan unos con otros. 4.- Un elemento tiene número atómico 92 y número másico 235: a) ¿ Cuántos protones tiene un átomo de ese elemento ? b) ¿ Cuántos neutrones tendrá ? c) ¿ Cuántos electrones tendrá ?

5.- Indica grupo y periodo de un elemento que tiene número atómico: a) 49 b) 91 c) 35 d) 19 e) 6 5.- Un átomo A tiene 35 electrones, 35 protones y 45 neutrones y otro átomo B posee 20 electrones, 20 protones y 20 neutrones. a) Indique el número atómico y el número másico de cada uno de ellos. b) Justifique cuál de los dos átomos es más electronegativo. c) Indique, razonadamente, cuál es el ión más estable de cada uno de ellos

6.- Complete la siguiente tabla:

Átomo o ión Número de e- Número de p+ Número de n° Z A

Al 13 14

Co 27 60

Fe+2 26 56

F 10 9

S-2 16 32

Na 11 23

e-: electrón p+: protón n°: neutrón

6.- Para la siguiente serie de iones isoelectrónicos, S-1

, Cl-2

, K+, Ca

+2 ¿cuál tiene mayor tamaño?:

a) K+

b) Cl-2

c) S

-1

d) Ca+2

e) a y b

7.- Indicar el número de protones (p

+), electrones (e

-), neutrones (n

0) y nombre de la siguiente especie:

12750 X

a) p+=50, e

-=50, n

0=77, Estaño, Sn

b) p+=77, e

-=77, n

0=127, Inridio, Ir

c) p+=37, e

-=127, n

0= 77, Rubidio, Rb

d) p+=27, e

-=127, n

0= 77, Cobalto, Co

e) Ninguna

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