Estructura atòmica i propietats periòdiques

Presentació didàctica sobre la naturalesa de la llum i els espectres, els models atòmics, la mecànica quàntica, les configuracions electròniques i la variació periòdica de les propietats dels elements químics.

Química · Selectivitat (PAU Catalunya)

9 pàgines · 4 temes · 26 flashcards · 29 preguntes tipus test

Índex

  1. 1. Magnituds atòmiques, radiació electromagnètica i espectres · p. 1-3
  2. 2. Model atòmic de Bohr i mecànica quàntica · p. 3-4
  3. 3. Orbitals atòmics i configuració electrònica · p. 5-6
  4. 4. Càrrega nuclear efectiva i propietats periòdiques · p. 6-9

1. Magnituds atòmiques, radiació electromagnètica i espectres

Flashcards

Què indica el nombre atòmic ($Z$) d'un element?
Indica el nombre de protons del nucli, el nombre d'electrons en l'àtom neutre i l'ordre a la taula periòdica.
Com es defineixen els isòtops d'un element?
Són àtoms d'un mateix element amb el mateix nombre de protons ($Z$) però diferent nombre màssic ($A$) per tenir diferents neutrons.
Quina equació defineix l'energia associada a un fotó?
$E = h\nu$, on $h$ és la constant de Planck ($6{,}62 \cdot 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}$) i $\nu$ és la freqüència.
Quina diferència hi ha entre un espectre continu i un de discontinu?
El continu conté totes les freqüències sense buits; el discontinu només conté determinades freqüències separades per espais foscos.

Preguntes tipus test

  1. Què representa exactament el nombre màssic ($A$) d'un àtom?
    • a) La suma conjunta de protons i neutrons que conté el seu nucli.
    • b) El nombre de càrregues positives que defineix la posició a la taula.
    • c) La massa exacta en grams d'un mol d'àtoms de l'element químic.
    • d) El nombre total d'electrons que giren al voltant del nucli atòmic.

    Resposta: a) La suma conjunta de protons i neutrons que conté el seu nucli.. El nombre màssic ($A$) correspon al nombre de nucleons, és a dir, a la suma de protons ($Z$) i neutrons ($N$) presents en el nucli.

  2. Quina característica defineix els àtoms $^{35}_{17}\text{Cl}$ i $^{37}_{17}\text{Cl}$ com a isòtops?
    • a) Comparteixen el mateix nombre màssic però difereixen en càrrega elèctrica.
    • b) Tenen el mateix nombre de neutrons però un nombre atòmic diferent.
    • c) Posseeixen el mateix nombre de protons però diferent nombre de neutrons.
    • d) Presenten propietats químiques distintes a causa del seu nombre atòmic.

    Resposta: c) Posseeixen el mateix nombre de protons però diferent nombre de neutrons.. Els isòtops són àtoms d'un mateix element que tenen igual nombre de protons ($Z = 17$) però diferent nombre de neutrons, donant lloc a diferent nombre màssic ($A = 35$ i $A = 37$).

  3. Com es defineix l'energia ($E$) d'un fotó de radiació segons la hipòtesi de Planck?
    • a) És directament proporcional a la freqüència de la radiació mitjançant $E = h\nu$.
    • b) És inversament proporcional a la constant de Planck dividida pel període.
    • c) Depèn exclusivament de la intensitat lluminosa i del nombre de fotons.
    • d) Depèn de la velocitat de propagació multiplicada per la longitud d'ona.

    Resposta: a) És directament proporcional a la freqüència de la radiació mitjançant $E = h\nu$.. L'energia d'un fotó ve donada per la relació $E = h\nu$, on $h$ és la constant de Planck ($6{,}62 \cdot 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}$) i $\nu$ és la freqüència de l'ona.

2. Model atòmic de Bohr i mecànica quàntica

Flashcards

Quina fórmula expressa la longitud d'ona de de Broglie?
$\lambda = \frac{h}{m\,v}$, on $m$ és la massa i $v$ la velocitat de la partícula.
Com s'expressa el principi d'incertesa de Heisenberg?
$\Delta x \cdot \Delta p \ge \frac{h}{4\pi}$, relacionant la incertesa de posició i de moment.
Què és un orbital atòmic en mecànica quàntica?
Zona de l'espai on la probabilitat de trobar l'electró és màxima, determinada per $\Psi^2$.

Preguntes tipus test

  1. Quin és el contingut essencial del segon postulat del model atòmic de Bohr?
    • a) L'electró només pot girar en òrbites on el moment angular és múltiple enter de $\frac{h}{2\pi}$.
    • b) L'energia d'un electró només depèn de la velocitat lineal que assoleix en la seva trajectòria.
    • c) L'electró emet radiació electromagnètica de forma contínua mentre gira al voltant del nucli.
    • d) Les òrbites dels electrons són necessàriament el·líptiques a causa dels efectes relativistes.

    Resposta: a) L'electró només pot girar en òrbites on el moment angular és múltiple enter de $\frac{h}{2\pi}$.. El segon postulat de Bohr quantitza el moment angular orbital, establint que $L = m\,v\,r = n\,\frac{h}{2\pi}$, on $n$ és un nombre enter.

  2. Què representen les línies fosques que s'observen a la banda inferior de cada element a ?
    • a) Longituds d'ona absorbides pels àtoms en ser il·luminats amb llum blanca contínua.
    • b) Transicions electròniques amb emissió de fotons quan els electrons tornen al repòs.
    • c) Zones de màxima probabilitat de presència electrònica segons el model de Schrödinger.
    • d) Incerteses en la posició dels electrons produïdes per l'aparell espectroscòpic utilitzat.

    Resposta: a) Longituds d'ona absorbides pels àtoms en ser il·luminats amb llum blanca contínua.. A la imatge es comparen espectres d'absorció i d'emissió; les línies fosques sobre fons continu corresponen a l'espectre d'absorció de l'element quan capta determinades freqüències.

  3. Quina modificació va introduir Sommerfeld al model atòmic de Bohr per explicar l'estructura fina?
    • a) Va determinar que la transició entre nivells no emet cap fotó sinó radiació electromagnètica contínua.
    • b) Va proposar que els electrons tenen un comportament exclusivament ondulatori estacionari.
    • c) Va introduir òrbites el·líptiques, el nombre quàntic azimutal i efectes relativistes.
    • d) Va eliminar el concepte d'òrbita clàssica substituint-lo pel concepte probabilístic d'orbital.

    Resposta: c) Va introduir òrbites el·líptiques, el nombre quàntic azimutal i efectes relativistes.. Sommerfeld va perfeccionar el model de Bohr incorporant òrbites el·líptiques definides per l'excentricitat (nombre azimutal) i correccions relativistes.

3. Orbitals atòmics i configuració electrònica

Flashcards

Quins valors de $m$ té un subnivell tipus $p$ ($l=1$)?
Té 3 valors: $m = -1, 0, +1$, que corresponen als tres orbitals $p_x, p_y, p_z$.
Com s'anomenen els orbitals amb mateix $n$ i $l$ d'idèntica energia?
S'anomenen orbitals degenerats.
Quines formes geomètriques mostren aquestes representacions?
Representen les formes i orientacions espacials dels orbitals $s$, $p$, $d$ i $f$.
Què afirma el principi d'exclusió de Pauli?
Dos electrons d'un mateix àtom no poden tenir els quatre nombres quàntics iguals.

Preguntes tipus test

  1. Què caracteritza un conjunt d'orbitals degenerats?
    • a) Són aquells orbitals que només poden allotjar un únic electró a causa de l'espín quàntic.
    • b) Presenten diferent valor del nombre quàntic principal $n$ però igual orientació espacial.
    • c) Tenen el mateix valor de $n$ i de $l$, i per tant posseeixen exactament la mateixa energia.
    • d) Són orbitals d'un mateix nivell que tenen diferent forma i diferent contingut d'energia.

    Resposta: c) Tenen el mateix valor de $n$ i de $l$, i per tant posseeixen exactament la mateixa energia.. Dins d'un mateix nivell hi ha subnivells amb els mateixos valors de $n$ i $l$; aquests subnivells tenen una energia idèntica i s'anomenen orbitals degenerats.

  2. Observant la taula , quin és el nombre màxim d'electrons que pot encabir el conjunt de subcapes $4f$?
    • a) Pot contenir un màxim de 6 electrons distribuïts en 3 orbitals.
    • b) Pot contenir un màxim de 10 electrons distribuïts en 5 orbitals.
    • c) Pot contenir un màxim de 14 electrons distribuïts en 7 orbitals.
    • d) Pot contenir un màxim de 2 electrons distribuïts en 1 orbital.

    Resposta: c) Pot contenir un màxim de 14 electrons distribuïts en 7 orbitals.. Per al subnivell $f$ ($l=3$), hi ha 7 valors possibles de $m$ (des de $-3$ fins a $+3$), cosa que dona 7 orbitals amb capacitat per a un total de 14 electrons.

  3. Com s'ocupen els orbitals degenerats segons la regla de màxima multiplicitat de Hund?
    • a) Els electrons s'aparellen immediatament per contrarestar els camps magnètics dels seus espins oposats.
    • b) Els electrons ocupen únicament els orbitals que tenen nombres quàntics magnètics amb signe positiu.
    • c) Els electrons omplen completament el primer orbital disponible abans de passar al següent orbital degenerat.
    • d) Els electrons es col·loquen ocupant el màxim nombre d'orbitals possible, situant-se tan desaparellats com puguin.

    Resposta: d) Els electrons es col·loquen ocupant el màxim nombre d'orbitals possible, situant-se tan desaparellats com puguin.. La regla de Hund indica que els electrons que entren a orbitals degenerats ocupen el nombre més gran que poden, situant-se tan desaparellats com els és possible.

4. Càrrega nuclear efectiva i propietats periòdiques

Flashcards

Què és la càrrega nuclear efectiva $Z^*$?
És la càrrega real d'atracció nuclear que rep l'electró extern després de restar l'apantallament: $Z^* = Z - a$.
Quins valors pren la constant d'apantallament segons la posició electrònica?
Electrons interns (kernel): apantallament màxim, $a = 1$. Electrons de valència: apantallament menor, $a < 1$.
Com es defineix el radi atòmic?
Meitat de la distància internuclear entre dos àtoms en enllaç covalent, o distància entre àtoms en un cristall metàl·lic.
Com és la mida d'un catió i d'un anió respecte a l'àtom neutre?
Catió: més petit (perd electrons de valència). Anió: més gran (més electrons, més repulsió, el núvol s'esponja).

Preguntes tipus test

  1. Com es defineix la constant d'apantallament $a$ que exerceixen els electrons interns o kernel sobre l'electró més extern?
    • a) Produeixen un apantallament intermedi amb un valor que depèn del període.
    • b) Produeixen un apantallament màxim, assignant-se un valor de constant $a = 1$.
    • c) Produeixen un apantallament mínim, prenent valors propers a zero.
    • d) Produeixen un apantallament nul perquè no interactuen amb els electrons externs.

    Resposta: b) Produeixen un apantallament màxim, assignant-se un valor de constant $a = 1$.. Segons els apunts, els electrons interns o electrons kernel produeixen un apantallament màxim amb valor $a=1$, mentre que els del nivell de valència exerceixen un apantallament menor amb $a<1$.

  2. Quina és la configuració electrònica general del nivell de valència per als elements del grup 15 del sistema periòdic?
    • a) $\text{n}s^2\,\text{n}p^1$
    • b) $\text{n}s^1\,\text{n}p^4$
    • c) $\text{n}s^2\,\text{n}p^5$
    • d) $\text{n}s^2\,\text{n}p^3$

    Resposta: d) $\text{n}s^2\,\text{n}p^3$. A la taula de configuracions del sistema periòdic s'indica que el grup 15 té una capa de valència de tipus $\text{n}s^2\,\text{n}p^3$.

  3. Com varia el radi atòmic al llarg d'un període i quina és la seva causa principal?
    • a) Disminueix de forma estrictament lineal en augmentar el nombre de neutrons.
    • b) Augmenta regularment, ja que s'afegeixen nous nivells principals d'energia.
    • c) Es manté completament constant en tots els elements d'una mateixa fila.
    • d) Disminueix no linealment, per la combinació de repulsió electrònica i canvis en càrrega efectiva.

    Resposta: d) Disminueix no linealment, per la combinació de repulsió electrònica i canvis en càrrega efectiva.. Segons els apunts, en un període el volum disminueix però no de manera lineal, ja que augmenta el nombre atòmic i el nombre d'electrons totals (provocant repulsió), i cal ponderar aquests efectes amb la càrrega nuclear efectiva.

I 11 flashcards i 17 preguntes més al document.

Més apunts de Química

Exàmens, temes i apunts de Química

Subido por alumnos de 2º Bachillerato de Institut Sant Quirze del Vallès · Exámenes y apuntes de Institut Sant Quirze del Vallès

Exámenes oficiales en PDF y soluciones: examenselectivitat.cat