Septiembre 2001

1. Estructura atómica

Para poder contestar las cuestiones propuestas, hace falta conocer la estructura electrónica de los elementos:

• Z = 7: 1s² 2s² p³ N (Nitrógeno)
• Z = 13: 1s² 2s² p⁶; 3s² p¹ Al (Aluminio)
• Z = 15: 1s² 2s² p⁶; 3s²p³ P (Fósforo)

a. Los elementos que están en el mismo periodo tienen sus electrones de valencia situados en el mismo nivel. Z = 13 y Z = 15. Sus electrones de valencia están en el tercer nivel.

b. Los elementos que están en el mismo grupo tienen igual estructura en el nivel de valencia Z = 15 y Z = 7 Ë ns² np³

c. El radio atómico disminuye con n (número cuántico principal), es decir, en un grupo disminuye hacia arriba. En un periodo la variación es mucho más compleja, aunque en primera aproximación, se puede considerar que disminuye hacia la derecha debido al aumento de la carga nuclear y sin tener en cuenta la repulsión entre los electrones a medida que se va rellenando el nivel. Teniendo en cuenta esto, en orden decreciente es: Al (Z = 13) > P (Z = 15) > N (Z = 7)

d. Potencial de ionización: Energía necesaria para arrancar un electrón a un átomo en estado gaseoso. Aumenta de izquierda a derecha en un periodo y de abajo arriba en un grupo. Pi (Z = 15) > Pi (Z = 13) Pi (P) > Pi (Al).

2. Equilibrio químico

El estado de equilibrio de la reacción se expresa cuantitativamente mediante las constantes: K_p y K_c, son siempre constante para una temperatura determinada, cualquier variación de presión o de concentración no alterará el valor de K, pero si supondrá una modificación del cociente de reacción Q, lo que, en consecuencia, obligará al sistema a evolucionar espontáneamente, con el fin de restablecer el equilibrio hasta que Q = K.

El principio de Le Chatelier permite predecir cualitativamente la influencia de factores externos en un estado de equilibrio. Siempre que se modifiquen las condiciones de un sistema en equilibrio se produce un desplazamiento del mismo en el sentido en el que se restablezca de nuevo el equilibrio.

a. Si se aumenta la concentración de Bromuro nitroso (NOBr) se disminuye el cociente de la reacción aumentando el denominador, el equilibrio se restablecerá aumentando el numerador (productos) y disminuyendo el denominador (reactivos) por lo tanto la reacción evolucionara espontáneamente hacia la derecha (hacia los productos)

b. Si se aumenta el volumen del recipiente se produce una disminución de la presión, el sistema evoluciona hacia donde mayor volumen ocupe, para restablecer de está forma el valor de K_P. En este caso se desplaza hacia la derecha (productos)

c. Si se aumenta la concentración de monóxido de nitrógeno, se aumenta el cociente de reacción aumentando el numerador (productos). El equilibrio se recupera disminuyendo el cociente de reacción, aumentando el denominador (reactivos) y disminuyendo el numerador (productos). El sistema evoluciona espontáneamente hacia la izquierda (reactivos).

d. La presencia de catalizadores no modifica el equilibrio de un sistema. El catalizador solo modifica la velocidad de la reacción.

3. Ácidos y bases

a. A menor constante mayor debilidad. El ácido benzoico (HC) es más débil que el ácido salicílico (HA) ya que K_a(HA) > K_a(HB)

b. El grado de disociación aumenta con la constante. ª(AH) > ª(CH)

c. El pH disminuye al aumentar la constante. El pH de HA es menor que el de HC.

d. La base conjugada del ácido salicílico es más débil que la base conjugada del ácido benzoico

4. Pilas

El puente salino consiste en un tubo de vidrio curvado en forma de U, que contiene una disolución concentrada de un electrolito inerte que no experimenta modificación alguna en el proceso redox y pone en contacto las dos disoluciones sin que se mezclen el Zn²⁺ y el Cu²⁺, permitiendo, en cambio, el transito de los iones NO₃^– desde el electrolito catódico al electrolito anódico, lo cual permite mantener la neutralidad eléctrica de ambos compartimentos. De no ser así, en la zona anódica se produciría un aumento de carga positiva y de carga negativa en la catódica, lo que haría que el proceso redox alcanzase inmediatamente el equilibrio, deteniéndose el flujo de los electrones.

b. Oxidación en el ÁNODO. Reducción en el CÁTODO.

c. Para que la pila funcione espontáneamente, el potencial de la pila ha de ser positivo ya que la energía libre del proceso es función del potencial global de la pila AG = -nFE.

d. El cobre metálico se obtiene por reducción en el cátodo.

5. Polímeros

b. Las poliamidas se obtienen por poliheterocondensación, al menos dos moléculas diferentes se condensan en un solo monómero eliminando al menos una molécula de agua

c. Polimerización por adición. El PVC (Policloruro de vinilo), es un material termoplástico, duro y fuerte, que presenta una combinación ideal de propiedades eléctricas y mecánicas. Uno de sus usos es como tubería.