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4
Estructura atómica y molecular
5
¿Cómo se puede saber si los rayos catódicos viajan del
cátodo al ánodo o viceversa? Demuestra que los rayos
catódicos tienen masa y carga.
Porque producen luminiscencia en la pantalla de sulfuro de
cinc, ZnS, que se encuentra al lado del ánodo.
6
Calcula la carga que transporta 1 mol de electrones.
En la U
NIDAD
1 se vio que 1 mol de electrones son 6,022
⋅
10
23
electrones. Como la carga de uno de ellos es 1,602
⋅
10
−
19
C,
la de todos será:
6,022
⋅
10
23
⋅
1,602
⋅
10
−
19
=
96500 C
7
¿Cuántos electrones son necesarios para llevar una car-
ga de 1 C?
Aplicamos la siguiente relación:
1 e
−
1,602
⋅
10
−
19
C
=
x
e
−
1C
;
x
=
6,22
⋅
10
18
electrones
8
Si la carga nuclear del cobre es 4,646
⋅
10
−
18
C, calcula el
número de cargas nucleares que contiene el núcleo del
átomo de cobre.
Aplicamos la siguiente relación:
4,646
⋅
10
18
C
1,602
⋅
10
−
19
C/protón
=
29 protones
9
Considerando que la masa de un átomo de Li (6,015 u)
reside totalmente en su núcleo, que el diámetro del nú-
cleo es 10000 veces menor al del átomo, y sabiendo que
el radio del átomo de Li (suponiendo que sea esférico)
es 0,15 nm, calcula la densidad del núcleo de dicho áto-
mo. Comenta el resultado.
r
núcleo
=
r
átomo
/10000
=
0,15
⋅
10
−
7
cm/10000
=
0,15
⋅
10
−
11
cm
Suponiendo que el núcleo es una esfera perfecta:
V
núcleo
=
4/3
π
r
3
=
4/3
π
(0,15
⋅
10
−
11
)
3
=
1,414
⋅
10
−
35
cm
3
Entonces, la densidad será:
ρ
=
m/V
=
6,015 u
⋅
1,66
⋅
10
−
24
g/u/1,414
⋅
10
−
35
cm
3
=
=
7,06
⋅
10
11
g/cm
3
¡Se trata de una densidad altísima!
10
Halla la densidad de un átomo de Li y compara el resul-
tado con el del ejercicio anterior.
Suponiendo una esfera perfecta como forma del átomo:
V
átomo
=
4/3
π
r
3
=
4/3
π
(0,15
⋅
10
−
7
)
3
=
1,414
⋅
10
−
23
cm
3
La densidad será:
ρ
=
m
V
=
6,015 u
⋅
1,66
⋅
10
−
24
g/u
1, 414
⋅
10
−
23
cm
3
=
0,706 g/cm
3
Se trata de un valor muy inferior a la densidad del núcleo (un
billón de veces más pequeño).
Números que identifican a los átomos.
Isótopos. Determinación de masas
atómicas
11
¿Qué representa el número atómico de un elemento?
¿Y el número másico de un isótopo?
El número atómico de un elemento representa su carga nu-
clear, es decir, el número de protones que contiene.
12
¿Qué son los isótopos, iones, elementos, moléculas,
átomos de distintos elementos o átomos diferentes del
mismo elemento?
Los isótopos son átomos diferentes del mismo elemento.
13
Di si es verdadera o falsa la siguiente afirmación:
«Todos los átomos con igual número atómico, cualquie-
ra que sea su masa, pertenecen al mismo elemento quí-
mico».
Verdadera, todos los átomos de un mismo elemento tienen
el mismo número de protones.
14
Di si es verdadera o falsa la siguiente afirmación:
«Un átomo con 6 protones y 6 neutrones tiene un nú-
mero atómico 6 y un número másico 6».
Un átomo con 6 protones y 6 neutrones tiene un número
atómico de 6 y un número másico de 12, ya que, el número
másico es la suma del número de protones y el número de
neutrones, por lo tanto, la afirmación es falsa.
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¿Cuál es la diferencia entre número másico y masa ató-
mica de un isótopo?
El número másico es siempre un número entero (ya que es el
resultado de la suma de otros dos números enteros: número
de protones más número de neutrones).
La masa atómica del isótopo es un número decimal inferior
al anterior, debido a la pérdida de masa (transformada en
energía) sufrida al formarse el núcleo.
16
¿Cuál es la diferencia entre masa atómica de un isótopo
y masa atómica del elemento que contiene el isótopo?
La masa atómica de un elemento es la media ponderada de
las masas atómicas de los isótopos que contiene.
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Como unidad de masa atómica se ha elegido la docea-
va parte de la masa del isótopo C-12. ¿Por qué la masa
atómica del carbono es, entonces, 12,011 u?
Porque el elemento carbono tiene isótopos y la media pon-
derada de las masas atómicas de los isótopos que contiene
resulta un número decimal.
18
El Li (masa atómica 6,941 u) tiene dos isótopos de masas
atómicas 6,015 y 7,016, respectivamente. Determina la
abundancia de cada uno.
El promedio de la masa de 100 átomos es:
6,941
⋅
100
=
x
⋅
6,015
+
(100
−
x
)
⋅
7,016
Resolviendo la ecuación anterior, obtenemos:
x
=
7,5%
El isótopo de masa 6,015 abunda un 7,5%, y el isótopo de
masa 7,016, un 92,5%.
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La figura muestra el espectrograma de masas de dos
iones divalentes de un determinado elemento. ¿De qué
elemento se trata?
abundancia relativa
62,930
64,928
masas
0,691
0,309
