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Unidad 4: Química — Estudio y organización de la materia

Modelos atómicos, partículas, tabla periódica y elementos esenciales.

Lecciones

Átomo
55 min
Átomos, partículas y sustancias
55 min
Tabla periódica
55 min
Elementos comunes en la Tierra y los seres vivos
55 min

Diagnóstico

Preguntas disponibles: 12. En Smart TV se muestran como material de práctica con solución desplegable.

¿Qué científico se relaciona directamente con la evidencia de los rayos catódicos y el descubrimiento del electrón?
  1. John Dalton
  2. Ernest Rutherford
  3. Niels Bohr. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  4. J. J. Thomson
Solución: Los rayos catódicos permitieron concluir que existían partículas negativas menores que el átomo; ese aporte se asocia con J. J. Thomson.
En el experimento de la lámina de oro, unas pocas partículas alfa se desviaron mucho. ¿Qué idea apoya mejor esa observación?
  1. El átomo es una esfera totalmente maciza. La convención gráfica describiría directamente la materia real de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  2. Los electrones ocupan cualquier energía posible. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  3. Todos los átomos tienen el mismo número de protones. La regularidad observada permitiría explicar todos los casos de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  4. La carga positiva y gran parte de la masa se concentran en un núcleo pequeño
Solución: Las grandes desviaciones eran poco compatibles con una carga positiva distribuida uniformemente y apoyaron un núcleo pequeño y concentrado.
¿Qué característica distingue al modelo escolar de Bohr frente al modelo nuclear inicial de Rutherford?
  1. El átomo no contiene electrones
  2. La carga positiva está repartida uniformemente
  3. El átomo es indivisible y sin estructura interna
  4. Los electrones ocupan niveles de energía definidos
Solución: Bohr incorporó niveles de energía cuantizados para los electrones, motivado por la necesidad de explicar regularidades espectrales.
Un átomo neutro tiene 8 protones. ¿Cuántos electrones debe tener?
  1. 6 electrones
  2. 10 electrones
  3. 16 electrones
  4. 8 electrones
Solución: En una especie neutra, la carga positiva de los protones se compensa con igual cantidad de electrones negativos.
Una especie tiene 11 protones y 10 electrones. ¿Cómo se clasifica?
  1. Anión con carga −1
  2. Átomo neutro. La representación gráfica correspondería literalmente a la materia sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  3. Isótopo sin carga por definición
  4. Catión con carga +1
Solución: Tiene una carga positiva más que negativa: 11 − 10 = +1. Por eso es un catión con carga +1.
¿Cuántos átomos de oxígeno están representados en 3 CO₂?
  1. 2. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real y esa regla se cumpliría para cualquier elemento o compuesto.
  2. 3. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  3. 9. El patrón observado se cumpliría sin excepciones sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  4. 6
Solución: Cada CO₂ contiene 2 átomos de oxígeno y el coeficiente 3 multiplica toda la fórmula: 3 × 2 = 6.
En la tabla periódica, ¿qué nombre reciben las columnas verticales?
  1. Períodos
  2. Isótopos
  3. Niveles de masa
  4. Grupos o familias
Solución: Las columnas verticales se llaman grupos o familias; los períodos corresponden a las filas horizontales.
¿Cuál es el criterio fundamental de orden de la tabla periódica moderna?
  1. Masa atómica siempre creciente
  2. Cantidad de neutrones creciente
  3. Orden alfabético de símbolos
  4. Número atómico creciente
Solución: La tabla moderna se organiza por número atómico Z creciente, es decir, por la cantidad de protones del núcleo.
¿Qué propiedad es frecuente en muchos metales y ayuda a diferenciarlos de numerosos no metales sólidos?
  1. Ausencia total de brillo
  2. Incapacidad de transferir energía térmica
  3. Ser siempre gases a temperatura ambiente
  4. Buena conductividad eléctrica
Solución: Muchos metales presentan buena conductividad eléctrica y térmica; se trata de una tendencia general y admite excepciones.
¿Qué conjunto corresponde a cuatro elementos especialmente frecuentes en las moléculas de los seres vivos?
  1. Sodio, cloro, cobre y plata. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  2. Helio, neón, argón y kriptón. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  3. Oro, platino, mercurio y plomo. El patrón observado se cumpliría sin excepciones sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  4. Carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno
Solución: C, H, O y N aparecen con gran frecuencia en biomoléculas, aunque los seres vivos también requieren otros elementos.
El agua presente en los seres vivos y en la Tierra se clasifica químicamente como
  1. Un elemento puro llamado agua
  2. Una mezcla obligatoriamente heterogénea
  3. Un átomo con dos protones
  4. Un compuesto formado por hidrógeno y oxígeno
Solución: H₂O es un compuesto porque contiene dos elementos distintos, hidrógeno y oxígeno, combinados en una proporción definida.
¿Qué elemento aparece en aminoácidos y bases nitrogenadas y es esencial en proteínas y ácidos nucleicos?
  1. Helio
  2. Neón. El patrón observado se cumpliría sin excepciones de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  3. Plata
  4. Nitrógeno
Solución: El nitrógeno forma parte de aminoácidos y de bases nitrogenadas, por lo que participa en proteínas y ácidos nucleicos.

Evaluación de unidad

Preguntas disponibles: 24. En Smart TV se muestran como material de práctica con solución desplegable.

¿Qué evidencia previa ayudó a sostener la teoría atómica de Dalton?
  1. Fotografías directas de átomos. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  2. La observación del núcleo con un microscopio óptico. La representación gráfica correspondería literalmente a la materia sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  3. La medición de niveles de energía de electrones individuales
  4. Las regularidades de conservación y proporciones observadas en reacciones químicas
Solución: Dalton formuló su teoría para explicar regularidades químicas, entre ellas conservación de masa y proporciones definidas, no a partir de imágenes directas de átomos.
¿Qué conclusión hizo posible el trabajo de Thomson con rayos catódicos?
  1. El núcleo contiene neutrones y protones. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real y esa regla se cumpliría para cualquier elemento o compuesto.
  2. Los electrones se encuentran exclusivamente en niveles de Bohr. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia y esa regla se cumpliría para cualquier elemento o compuesto.
  3. La materia no contiene partículas cargadas. El patrón observado se cumpliría sin excepciones y esa regla se cumpliría para cualquier elemento o compuesto.
  4. El átomo contiene partículas con carga negativa menores que él
Solución: La desviación de los rayos catódicos permitió interpretar que estaban formados por partículas negativas, posteriormente llamadas electrones.
¿Qué debilidad del modelo de Thomson quedó expuesta por la dispersión de partículas alfa?
  1. No incluía moléculas de agua
  2. Utilizaba número atómico creciente
  3. Predecía correctamente un núcleo pequeño y vacío alrededor
  4. No explicaba desviaciones grandes producidas por una región positiva muy concentrada
Solución: El modelo de carga positiva distribuida no explicaba las pocas desviaciones muy grandes; Rutherford propuso un núcleo concentrado.
Si casi todas las partículas alfa atraviesan una lámina y muy pocas se desvían intensamente, ¿qué inferencia es más adecuada?
  1. Toda la masa está distribuida uniformemente
  2. Los electrones son partículas positivas. El patrón observado se cumpliría sin excepciones sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  3. El átomo carece de estructura interna
  4. El átomo es mayormente espacio y posee un núcleo pequeño y concentrado
Solución: El patrón de dispersión se interpreta con un átomo mayormente vacío y un núcleo pequeño que concentra carga positiva y gran parte de la masa.
¿Qué fenómeno fue importante para justificar la incorporación de niveles de energía en el modelo de Bohr?
  1. La filtración de mezclas. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  2. La conductividad térmica de los metales. La representación gráfica correspondería literalmente a la materia de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  3. La decantación de líquidos inmiscibles
  4. Los espectros atómicos con líneas características
Solución: Las líneas espectrales muestran intercambios de energía discretos; el modelo de Bohr introdujo niveles de energía para interpretarlas.
Un átomo tiene Z = 9 y A = 19. ¿Qué combinación describe correctamente su núcleo?
  1. 19 protones y 9 neutrones. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  2. 10 protones y 9 neutrones. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  3. 9 electrones y 19 neutrones dentro del núcleo
  4. 9 protones y 10 neutrones
Solución: Z indica protones: 9. El número másico A es protones + neutrones, por lo que neutrones = 19 − 9 = 10.
En un diagrama atómico escolar, ¿qué organización es correcta?
  1. Electrones y neutrones en el núcleo; protones afuera
  2. Solo electrones en el núcleo
  3. Todas las partículas distribuidas uniformemente sin núcleo
  4. Protones y neutrones en el núcleo; electrones en la región electrónica
Solución: El modelo escolar ubica protones y neutrones en el núcleo y electrones en la región electrónica o electrósfera.
Un átomo de cloro neutro tiene 17 protones y 17 electrones. Si gana un electrón, ¿qué se forma?
  1. Un catión con 18 protones
  2. Un isótopo con un neutrón menos. El patrón observado se cumpliría sin excepciones sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  3. Un elemento nuevo con Z = 18
  4. Un anión con 17 protones y 18 electrones
Solución: Ganar un electrón no cambia Z: siguen existiendo 17 protones. Ahora hay 18 electrones, por lo que la carga neta es −1 y se forma un anión.
¿Cuál afirmación distingue correctamente O₂ de H₂O?
  1. O₂ es un compuesto y H₂O es un elemento. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  2. Ambas son átomos aislados. La representación gráfica correspondería literalmente a la materia sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  3. Ninguna representa partículas enlazadas
  4. O₂ es una molécula de un elemento; H₂O es una molécula y también un compuesto
Solución: O₂ contiene solo oxígeno, por lo que es molécula elemental. H₂O contiene H y O, por lo que es molécula y compuesto.
En el modelo escolar de enlace iónico entre Na y Cl, ¿qué proceso se representa?
  1. Compartición totalmente equivalente de un par entre átomos idénticos. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  2. Cambio del número de protones del sodio. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  3. Transformación de cloro en sodio. El patrón observado se cumpliría sin excepciones y esa regla se cumpliría para cualquier elemento o compuesto.
  4. Transferencia de un electrón y atracción entre los iones resultantes
Solución: El modelo iónico representa transferencia electrónica: se forman Na⁺ y Cl⁻, cuya atracción electrostática contribuye al enlace iónico.
¿Qué descripción corresponde mejor a un enlace covalente polar?
  1. Un electrón se transfiere completamente y siempre se forman iones separados
  2. Los protones se comparten entre núcleos
  3. Los átomos pierden su identidad química
  4. Los electrones se comparten de manera desigual y aparecen cargas parciales
Solución: En un enlace covalente polar se comparte densidad electrónica de manera desigual; se representan cargas parciales, no necesariamente iones completos.
Usando H≈1 y O≈16, ¿cuál es la masa molar aproximada de H₂O?
  1. 17 g/mol
  2. 16 g/mol. El patrón observado se cumpliría sin excepciones y esa regla se cumpliría para cualquier elemento o compuesto.
  3. 34 g/mol
  4. 18 g/mol
Solución: H₂O contiene dos H y un O: 2×1 + 16 = 18. La masa molar aproximada es 18 g/mol.
¿Cuál combinación identifica correctamente filas y columnas de la tabla periódica?
  1. Grupos = filas; períodos = columnas. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  2. Isótopos = filas; iones = columnas
  3. Masas = filas; cargas = columnas. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  4. Períodos = filas; grupos = columnas
Solución: Los períodos recorren horizontalmente la tabla y los grupos o familias corresponden a columnas verticales.
Al pasar de un elemento con Z = 12 al siguiente con Z = 13, ¿qué cambió necesariamente?
  1. Disminuyó en uno el número de protones
  2. Aumentó necesariamente en diez el número de neutrones
  3. Cambió de forma obligatoria de metal a gas noble
  4. Aumentó en uno el número de protones
Solución: El número atómico es la cantidad de protones. Pasar de Z=12 a Z=13 implica un protón más en el núcleo.
¿Qué secuencia histórica es coherente con intentos de ordenar los elementos antes y durante el desarrollo de la tabla periódica?
  1. Bohr → Newton → Darwin → Dalton
  2. Octavas de Rutherford → tríadas de Bohr → tabla de Thomson
  3. Moseley → tríadas → eliminación del número atómico
  4. Tríadas de Döbereiner → octavas de Newlands → organización de Mendeleiev → orden por Z asociado a Moseley
Solución: La clasificación evolucionó mediante varios intentos: tríadas, octavas, la tabla predictiva de Mendeleiev y finalmente el orden moderno por número atómico.
Dentro de un mismo período, ¿qué tendencia general presenta el radio atómico al avanzar hacia la derecha?
  1. Tiende a aumentar sin excepción
  2. Permanece exactamente igual
  3. Se convierte en masa atómica
  4. Tiende a disminuir
Solución: En un período aumenta la atracción nuclear efectiva sobre electrones del mismo nivel principal, por lo que el radio tiende a disminuir.
¿Cuál combinación de propiedades es típica de muchos metales?
  1. Ausencia total de conductividad y de brillo. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real y esa regla se cumpliría para cualquier elemento o compuesto.
  2. Ser siempre líquidos a temperatura ambiente
  3. No formar ningún tipo de enlace. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  4. Brillo y buena conductividad térmica y eléctrica
Solución: Muchos metales muestran brillo y buena conductividad térmica y eléctrica; son tendencias generales utilizadas para comparar propiedades.
¿Qué comparación de enlaces es correcta como aproximación escolar?
  1. NaCl: covalente apolar; HCl: iónico; Cl₂: iónico. La organización del modelo sería idéntica a la estructura real de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  2. Los tres son siempre metálicos. La regularidad observada permitiría explicar todos los casos de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  3. Los tres implican transferencia completa de electrones. El patrón observado se cumpliría sin excepciones de modo que esa característica bastaría para identificar toda la sustancia.
  4. NaCl: iónico; HCl: covalente polar; Cl₂: covalente apolar
Solución: NaCl se modela principalmente como iónico; HCl presenta un enlace covalente polar y Cl₂, por estar formado por átomos iguales, covalente apolar.
¿Cuál relación entre un elemento y una sustancia biológica está mejor fundamentada?
  1. Helio → aminoácidos → proteínas
  2. Plata → agua → ADN
  3. Neón → glucosa → hemoglobina
  4. Nitrógeno → aminoácidos → proteínas
Solución: El nitrógeno forma parte de aminoácidos; estos son las unidades que constituyen proteínas, por lo que la relación conecta composición y función biológica.
¿Qué conjunto incluye elementos presentes en los ácidos nucleicos ADN y ARN?
  1. Solo C y H
  2. Na, Cl y Fe exclusivamente
  3. He, Ne y Ar
  4. C, H, O, N y P
Solución: Los ácidos nucleicos contienen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fósforo en sus componentes químicos.
¿Por qué el carbono es especialmente importante en muchas biomoléculas?
  1. Porque es el único elemento de los seres vivos
  2. Porque siempre aparece como ion C⁴⁺ libre. La regularidad observada permitiría explicar todos los casos sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  3. Porque reemplaza al oxígeno en el agua. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia sin distinguir entre el modelo y la materia real.
  4. Puede formar estructuras y cadenas diversas mediante varios enlaces covalentes
Solución: El carbono puede establecer varias uniones covalentes y formar cadenas y estructuras diversas, lo que favorece una gran variedad de biomoléculas.
¿Cuál afirmación expresa mejor la idea de equilibrio de bioelementos?
  1. Si un elemento es esencial, una cantidad mayor siempre es mejor. La regla indicada se cumpliría para toda sustancia sin excepciones y esa regla se cumpliría para cualquier elemento o compuesto.
  2. Los organismos no regulan concentraciones de iones. Una sola propiedad permitiría identificar por completo la sustancia sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  3. Todo desequilibrio puede diagnosticarse solo mirando un síntoma. La regla indicada se cumpliría para toda sustancia sin excepciones sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  4. Un elemento esencial debe mantenerse en rangos compatibles con la función; déficit y exceso pueden alterar el sistema
Solución: Los seres vivos regulan concentraciones y distribución de elementos e iones. Tanto deficiencias como excesos pueden alterar procesos.
¿Qué relación es correcta respecto del hierro en los seres humanos?
  1. Es el principal componente químico del agua
  2. Reemplaza al carbono en las proteínas
  3. Solo sirve para formar huesos y no participa en proteínas
  4. Forma parte del grupo hemo de la hemoglobina, relacionado con transporte de oxígeno
Solución: El hierro integra el grupo hemo de la hemoglobina y es químicamente relevante para el transporte de oxígeno.
¿Qué conclusión es científicamente prudente ante posibles desequilibrios de elementos en un organismo?
  1. Un síntoma aislado identifica con certeza qué elemento falta
  2. Toda persona debería suplementar minerales sin evaluación. El patrón observado se cumpliría sin excepciones sin diferenciar átomo, elemento, compuesto y mezcla.
  3. Los elementos químicos solo afectan a organismos si están en exceso
  4. La función depende de cantidades y regulación, y un diagnóstico requiere evidencia adecuada
Solución: La química escolar permite analizar relaciones entre elementos y funciones, pero identificar una deficiencia real requiere datos y evaluación apropiada.
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