Reacciones Químicas y Configuración Electrónica: Ejercicios Resueltos

Junio 2002

1.

a. Verdadero. El comportamiento químico de los elementos es función de la estructura electrónica de su capa de valencia. Los isótopos 23 y 24 del Na⁺ tienen igual estructura electrónica, y por tanto igual comportamiento químico.

b. Falso. El ión O^2- es estable por haber captado dos e^- y tener configuración de gas noble, mientras que el ión O^- tiene tendencia a reaccionar para captar un e^- más y de esta forma completar su última capa.

c. Verdadero. La masa atómica de los elementos es una media ponderada del número másico de los isótopos que lo forman en función de su abundancia.

d. Falso. Los isótopos de un mismo elemento se diferencian en el número másico, teniendo igual número atómico, por lo tanto, tienen igual número de protones y electrones pero distinto número de neutrones.

El estado de equilibrio en una reacción química puede modificarse variando alguno (o todos) de los factores siguientes: concentración, presión y temperatura. Según Le Chatelier: Siempre que se modifiquen las condiciones de un sistema en equilibrio se produce un desplazamiento del mismo en el sentido que restablezca las condiciones iniciales.

2.

a. La presión influye en los equilibrios gaseosos en los que haya diferencia de números de moles gaseosos entre reactivos y productos; al aumentar la presión, el equilibrio se desplaza hacia donde menor volumen ocupe el sistema y, al contrario, al disminuirla. En el equilibrio propuesto, al disminuir la presión el equilibrio se desplaza a la derecha por ocupar el sistema dos volúmenes como reactivo y solo uno como producto. Al disminuir la presión el Sb₂O₅ se disocia más.

b. Al aumentar la concentración de un producto Sb₂O₃, el sistema lo contrarresta desplazándose en el sentido en que se consuma dicho producto, hacia reactivos, y de esta forma restablecer el equilibrio.

c. La presencia de catalizadores en el sistema no modifica ni el equilibrio ni la constante, solo modifica la velocidad a la que se alcanza el equilibrio. La constante de equilibrio solo es función de la temperatura.

d. Puesto que la reacción es endotérmica (DH > 0) Sb₂O₅ (g) + Q Û Sb₂O₃ (g) + O₂ (g), un aumento de la temperatura desplaza la reacción hacia la derecha para restablecer el equilibrio, por lo que aumenta las concentraciones de los productos y disminuyen las de los reactivos aumentando, por tanto, el valor de la constante.

3.

a. Es la energía necesaria para quitar un electrón a un átomo neutro en estado gaseoso. M(g) + E_i = M⁺ + 1e^-

b. Las dos primeras energías de ionización llevan al átomo de Berilio a obtener configuración de gas noble (He). Be + E = Be²⁺ + 2e^- La tercera energía de ionización supondría quitar al catión Be²⁺ un electrón de una capa anterior a la de valencia, con lo que, al estar el e^- más cerca del núcleo, supondría emplear más energía, pero además, implicaría romper una estructura electrónica muy estable (gas noble).

5.

a. 3-metil-4-penten-1-ol

b. En medio ácido sulfúrico, los alcoholes se deshidratan formando un doble enlace. 3-metil-4-penten-1-ol ® 3-metil-1,4-pentadieno + agua

c. Los alquenos dan reacciones de adición al doble enlace. Pueden adicionar hidrógeno, obteniéndose alquenos o alcanos, halógenos o halogenuros de hidrógeno, obteniendo derivados halogenados, etc. Los halogenuros de hidrógeno, si los dos átomos de carbono que forman el doble enlace tienen distinto grado de sustitución, se adicionan siguiendo la regla de Markownikoff: el halógeno entra mayoritariamente en el carbono más sustituido. 3-metil-4-penten-1-ol + bromuro de hidrógeno ® 2-Bromo-3-metil-1-pentanol

d. Este tipo de compuesto puede dar reacciones de sustitución con reactivos nucleófilos que ataquen al enlace C-O. Para ello suelen requerir un catalizador ácido. 3-metil-4-penten-1-ol + bromuro de hidrógeno ® 5-Bromo-3-metil-1-penteno.

Septiembre 2002

Pregunta sin numerar

a. A partir de la configuración electrónica de los elementos:

• Z = 25 (Mn): 1s²; 2s²2p⁶; 3s²3p⁶; 4s²; 3d⁵
• Z = 19 (Na): 1s²; 2s²2p⁶; 3s²3p⁶, 3s¹

Se observa que el elemento con Z = 25 tiene 7 e^- de valencia en los subniveles 4s y 3d (metal) que le permite tener valencias +2, +3, +4, +6 y +7. El elemento Z = 19 tiene un único e^- en el subnivel s (metal alcalino) por lo que solo le es posible el estado de oxidación +1.

b. Tomando como referencia su configuración electrónica:

• Z = 10 (Ne): 1s²; 2s²2p⁶
• Z = 18 (Ar): 1s²; 2s²2p⁶; 3s²3p⁶
• Z = 36 (Kr): 1s²; 2s²2p⁶; 3s²3p⁶; 4s²; 3d¹⁰; 4p⁶

Se observa que tienen estructura de octete electrónico en su última capa, por lo que no tienen tendencia ni a ganar ni a perder electrones, ya que su configuración electrónica es la más estable.

c. A partir de su configuración electrónica:

• Z = 37 (Rb): 1s²; 2s²2p⁶; 3s²3p⁶; 4s²; 3d¹⁰; 4p⁶; 5s¹

Se observa que, perdiendo un e^-, adquiere configuración de gas noble. Estable.

d. Tomando como referencia su configuración electrónica:

• Z = 11 (Na): 1s²; 2s²2p⁶; 3s¹

Al perder un e^-, el sodio pasa a Na⁺, adquiriendo configuración de gas noble (Ne), estable. Para pasar a Na²⁺, debería perder la configuración de octete electrónico, que va en contra de los principios de estabilidad, y requiere mucha energía.

Pregunta sin numerar

a. Los hidrocarburos son compuestos, que como su nombre indica, están formados por hidrógeno y carbono. Su combustión genera CO₂ y H₂O (v). El petróleo puede ir acompañado de impurezas que contengan nitrógeno y azufre, las cuales, también sufren el proceso de combustión; produciendo ambas reacciones una mezcla de óxidos de azufre y nitrógeno.

b. Excepto el H₂O (v), todos los productos de la combustión del petróleo o combustibles fósiles son perjudiciales para el medio ambiente de alguna manera. El CO₂ es uno de los responsables del efecto invernadero, impidiendo la salida de rayos del sol, reflejándose sobre la superficie terrestre y produciendo el calentamiento de la atmósfera. Los óxidos de azufre y nitrógeno son los responsables principales de la lluvia ácida, al introducirse en los procesos meteorológicos y en el ciclo del agua acidificándola.

Pregunta sin numerar

a. La molécula de CCl₄ está formada por cuatro enlaces, del tipo covalente polar, Carbono-Cloro, de tal forma que los cinco átomos adquieren configuración de octete electrónico.

b. La geometría de la molécula es tetraédrica debido a la hibridación sp³ que sufre el átomo central (C). El carbono ocupa la posición central del tetraedro, situándose los átomos de cloro en los vértices del tetraedro, formando ángulos de 109º.

c. La polaridad de la molécula se mide por su momento dipolar, siendo este una magnitud vectorial. En la molécula de tetracloruro de carbono los momentos dipolares de los enlaces carbono-cloro se anulan por geometría, dado su carácter vectorial. Siendo las dos moléculas apolares, las únicas fuerzas de cohesión intermolecular serán del tipo de dispersión. Son las menos conocidas y las más débiles. Aumentan con la masa de la molécula, siendo, por tanto, más importantes en el Cl₄, debido a su mayor masa molecular, que en el CCl₄.

Pregunta sin numerar

a. Al + Cu²⁺ ® Al³⁺ + Cu. Como Eº > 0, la variación de energía libre es negativa, y por tanto el proceso es espontáneo. El aluminio se disuelve.

b. Mn + Pb(NO₃)₂ ® Mn(NO₃)₂ + Pb. Como Eº > 0, la variación de energía libre es negativa, y por tanto el proceso es espontáneo. El manganeso se disuelve.