Exercicis de l'estructura de la matèria — Física i Química 3r ESO
Aquest tema t'explica de què estan fets els àtoms i per què s'uneixen. Els exercicis et fan localitzar les partícules de l'àtom i la seva càrrega, calcular el nombre atòmic i el màssic a partir de protons i neutrons i situar elements a la taula periòdica. Després treballes l'enllaç químic: per què els gasos nobles gairebé no reaccionen i quin tipus d'enllaç es forma entre un metall i un no-metall, entre dos no-metalls o entre metalls. Les solucions raonen cada resposta a partir dels electrons. Errors freqüents: confondre el nombre màssic amb el de neutrons i pensar que un àtom neutre té més protons que electrons.
Nivell bàsic
Exercici 1
Quina partícula de l'àtom té càrrega positiva i on és?
Mostra la solució
El protó, que té càrrega positiva i és al nucli (juntament amb els neutrons, que no tenen càrrega). Els electrons, de càrrega negativa, són al voltant del nucli.
Exercici 2
Segons quin criteri s'ordenen els elements a la taula periòdica?
Mostra la solució
Per nombre atòmic creixent, és a dir, pel nombre de protons de cada element (1, 2, 3...). Aquest ordre fa que els elements semblants quedin en la mateixa columna (grup).
Exercici 3
Per què els gasos nobles gairebé no formen enllaços?
Mostra la solució
Perquè ja són estables tal com estan: no necessiten guanyar, cedir ni compartir electrons. La resta d'àtoms s'uneixen justament per assemblar-se als gasos nobles, però aquests ja hi estan, així que gairebé no reaccionen.
Exercici 4
Quina partícula de l'àtom té càrrega negativa i on es troba? Quina càrrega té el neutró?
Mostra la solució
L'electró té càrrega negativa i es mou a l'escorça, al voltant del nucli.
El neutró no té càrrega elèctrica (és neutre) i es troba al nucli, al costat dels protons.
Exercici 5
Associa cada model atòmic amb la seva idea principal: Thomson, Rutherford i Bohr. Idees: (1) els electrons giren en òrbites o capes amb energia determinada; (2) l'àtom és una esfera positiva amb els electrons incrustats; (3) l'àtom té un nucli petit i positiu i els electrons giren al voltant.
Mostra la solució
Thomson: (2), l'àtom és una esfera positiva amb electrons incrustats (el «pastís de panses»).
Rutherford: (3), nucli petit i positiu amb els electrons a l'exterior.
Bohr: (1), electrons en òrbites o capes amb energies determinades.
Exercici 6
Quants electrons caben com a màxim a la primera capa i a la segona capa d'un àtom?
Mostra la solució
A la primera capa hi caben com a màxim 2 electrons i a la segona, 8 electrons.
Exercici 7
Què és un ió? Quina diferència hi ha entre un catió i un anió?
Mostra la solució
Un ió és un àtom (o grup d'àtoms) que ha guanyat o ha perdut electrons i per tant té càrrega elèctrica.
Un catió té càrrega positiva (ha perdut electrons) i un anió té càrrega negativa (ha guanyat electrons).
Exercici 8
Escriu el nom dels grups següents de la taula periòdica: el grup 1 (sense l'hidrogen), el grup 17 i el grup 18.
Mostra la solució
Grup 1: metalls alcalins (Li, Na, K...).
Grup 17: halògens (F, Cl, Br...).
Grup 18: gasos nobles (He, Ne, Ar...).
Exercici 9
Escriu el símbol químic d'aquests elements: sodi, potassi, calci, carboni, nitrogen i ferro.
Mostra la solució
Sodi: Na; potassi: K; calci: Ca; carboni: C; nitrogen: N; ferro: Fe.
Compte: Na, K i Fe provenen del nom antic de l'element (natrium, kalium, ferrum) i no coincideixen amb la inicial del nom català.
Exercici 10
Quin nombre indica quin element és un àtom: el nombre atòmic (Z) o el nombre màssic (A)? Què representa cadascun?
Mostra la solució
Z identifica l'element: és el nombre de protons del nucli.
A és el nombre màssic: la suma de protons i neutrons (A = Z + nombre de neutrons).
Nivell intermedi
Exercici 11
Un àtom de clor té Z = 17 i A = 35. Quants protons, neutrons i electrons té (neutre)?
Mostra la solució
Protons = 17. Electrons = 17 (neutre). Neutrons = A - Z = 35 - 17 = 18.
Té 17 protons, 17 electrons i 18 neutrons.
Exercici 12
Un àtom neutre té 8 protons i 8 neutrons. Digues el seu nombre atòmic (Z) i el seu nombre màssic (A).
Mostra la solució
El nombre atòmic és el nombre de protons: Z = 8.
El nombre màssic és protons + neutrons: A = 8 + 8 = 16.
(És l'oxigen.)
Exercici 13
Classifica en metall o no-metall: el ferro, l'oxigen, l'or, el clor.
Mostra la solució
Metalls: el ferro i l'or (brillen, condueixen, s'estiren). No-metalls: l'oxigen i el clor (no brillen ni condueixen bé). Els metalls són a l'esquerra i el centre de la taula; els no-metalls, a la dreta.
Exercici 14
Digues quin tipus d'enllaç es forma: (a) entre un metall i un no-metall; (b) entre dos no-metalls.
Mostra la solució
(a) Entre un metall i un no-metall es forma enllaç iònic (el metall cedeix electrons al no-metall). (b) Entre dos no-metalls es forma enllaç covalent (comparteixen electrons).
Exercici 15
L'aigua () està formada per hidrogen i oxigen, tots dos no-metalls. Quin tipus d'enllaç hi ha?
Mostra la solució
Covalent. Com que tots dos són no-metalls, cap cedeix electrons a l'altre: els comparteixen. L'enllaç entre no-metalls és covalent.
Exercici 16
Un àtom de magnesi té Z = 12 i A = 24. Calcula els protons, neutrons i electrons de l'àtom neutre i de l'ió Mg2+.
Mostra la solució
Àtom neutre: 12 protons, 24 - 12 = 12 neutrons i 12 electrons.
L'ió Mg2+ ha perdut 2 electrons: 12 protons, 12 neutrons i 12 - 2 = 10 electrons.
Exercici 17
Escriu la distribució electrònica per capes (per exemple, 2, 8, 1) dels àtoms amb Z = 11, Z = 16 i Z = 18, i digues quin és de cada un el nombre d'electrons de l'última capa.
Mostra la solució
Z = 11: 2, 8, 1 (1 electró a l'última capa).
Z = 16: 2, 8, 6 (6 electrons a l'última capa).
Z = 18: 2, 8, 8 (8 electrons a l'última capa; és un gas noble, l'argó).
Exercici 18
El carboni-12 i el carboni-14 són dos isòtops del carboni (Z = 6). Calcula'n els protons, neutrons i electrons (àtoms neutres) i explica en què es diferencien.
Mostra la solució
Carboni-12: 6 protons, 12 - 6 = 6 neutrons i 6 electrons.
Carboni-14: 6 protons, 14 - 6 = 8 neutrons i 6 electrons.
Els isòtops tenen el mateix nombre de protons (mateix element) però diferent nombre de neutrons, i per tant diferent nombre màssic.
Exercici 19
L'àtom de sofre té Z = 16. En formar l'ió , ha guanyat o ha perdut electrons? Quants electrons té aquest ió i quina és la seva distribució per capes?
Mostra la solució
Una càrrega 2- vol dir que ha guanyat 2 electrons.
Té 16 + 2 = 18 electrons.
Distribució: 2, 8, 8, la mateixa que un gas noble (l'argó), per això és un ió estable.
Exercici 20
Calcula la massa molecular relativa de l'aigua (H2O), del diòxid de carboni (CO2) i de l'amoníac (NH3). Masses atòmiques: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16.
Mostra la solució
H2O: 2 · 1 + 16 = 18.
CO2: 12 + 2 · 16 = 44.
NH3: 14 + 3 · 1 = 17.
Cal multiplicar la massa de cada àtom pel seu subíndex abans de sumar.
Exercici 21
Una substància sòlida és brillant, es pot estirar en fils i condueix bé l'electricitat. Quin tipus d'enllaç té? Explica per què condueix el corrent.
Mostra la solució
Té enllaç metàl·lic.
Els àtoms metàl·lics cedeixen electrons de l'última capa, que formen un «mar d'electrons» que es mou lliurement entre els ions positius; aquests electrons lliures transporten el corrent.
Nivell avançat
Exercici 22
Un àtom X té Z = 19 i A = 39 i forma l'ió . Calcula protons, neutrons i electrons de l'àtom neutre i de l'ió, escriu la distribució per capes de l'ió i digues de quin element es tracta.
Mostra la solució
Àtom neutre: 19 protons, 39 - 19 = 20 neutrons i 19 electrons (2, 8, 8, 1).
L'ió ha perdut 1 electró: 19 protons, 20 neutrons i 18 electrons, amb distribució 2, 8, 8.
Z = 19 és el potassi (K), un metall alcalí.
Exercici 23
Explica, a partir de la distribució electrònica (Na: 2, 8, 1; Cl: 2, 8, 7), per què el sodi forma l'ió Na+, el clor forma l'ió Cl- i el compost resultant té fórmula NaCl.
Mostra la solució
El sodi té 1 electró a l'última capa; en perdre'l queda amb 2, 8 (com el neó) i es converteix en Na+.
El clor té 7 electrons a l'última capa; en guanyar-ne un en té 8 (2, 8, 8, com l'argó) i es converteix en Cl-.
Els ions de signe contrari s'atreuen (enllaç iònic). Com que les càrregues +1 i -1 es compensen, la proporció és 1 a 1: NaCl.
Exercici 24
Dos compostos tenen aquestes propietats. A: punt de fusió 801 °C; sòlid no condueix el corrent, però fos o dissolt en aigua sí que el condueix. B: punt de fusió -97 °C; no condueix el corrent en cap estat. Raona quin és iònic i quin covalent molecular.
Mostra la solució
A és iònic: té un punt de fusió alt perquè les atraccions entre ions són forts i només condueix quan els ions es poden moure (fos o dissolt).
B és covalent molecular: les forces entre molècules són febles (punt de fusió baix) i no té ions ni electrons lliures, així que no condueix.
Exercici 25
Explica què va observar Rutherford quan va bombardejar una làmina d'or molt fina amb partícules positives i quines conclusions en va treure sobre l'estructura de l'àtom.
Mostra la solució
La majoria de les partícules travessaven la làmina sense desviar-se, unes quantes es desviaven i molt poques rebotaven.
Conclusions: l'àtom és gairebé buit (per això passen la majoria); té un nucli molt petit, dens i amb càrrega positiva (les que reboten o es desvien són repel·lides per ell), i els electrons giren al voltant, a l'escorça.
Exercici 26
Corregeix l'error de l'afirmació següent: «Els isòtops d'un mateix element tenen diferent nombre de protons i el mateix nombre de neutrons.» Posa un exemple.
Mostra la solució
L'afirmació és falsa: és al revés. Els isòtops d'un mateix element tenen el mateix nombre de protons (el mateix Z, perquè són el mateix element) i diferent nombre de neutrons (diferent A).
Exemple: el clor-35 i el clor-37 tenen 17 protons, però 18 i 20 neutrons respectivament.
Exercici 27
Una partícula té 13 protons, 14 neutrons i 10 electrons. Calcula'n Z, A i la càrrega, i digues si és un àtom neutre, un catió o un anió. Quin símbol tindria si fos l'alumini?
Mostra la solució
Z = nombre de protons = 13.
A = protons + neutrons = 13 + 14 = 27.
Càrrega = 13 - 10 = +3, per tant és un catió.
És l'ió alumini, Al3+ (amb 10 electrons, distribució 2, 8).
Exercici 28
El clor natural és una barreja de dos isòtops: el clor-35 (75 %) i el clor-37 (25 %). Calcula la massa atòmica mitjana del clor.
Mostra la solució
La massa atòmica mitjana és la mitjana ponderada segons l'abundància:
M = 0,75 · 35 + 0,25 · 37 = 26,25 + 9,25 = 35,5.
Per això la massa del clor a la taula periòdica és 35,5 i no un nombre enter.
Exercici 29
Un element té la distribució electrònica 2, 8, 2. Determina el seu nombre atòmic, el període i el grup, si és metall o no-metall, quin ió formarà i quina serà la fórmula del compost que formi amb el clor (Z = 17).
Mostra la solució
Nombre d'electrons = 2 + 8 + 2 = 12, per tant Z = 12 (magnesi).
Té 3 capes, per tant és al període 3, i 2 electrons a l'última capa, per tant és al grup 2. És un metall.
Cedirà 2 electrons i formarà l'ió Mg2+. El clor (2, 8, 7) forma Cl-, per tant calen 2 Cl- per cada Mg2+: MgCl2.
Exercici 30
Classifica segons el tipus d'enllaç (iònic, covalent o metàl·lic) aquestes substàncies: KBr, CH4, Fe, O2 i CaO. Justifica la resposta indicant entre quins tipus d'elements s'estableix l'enllaç.
Mostra la solució
KBr: iònic (metall + no-metall).
CH4: covalent (dos no-metalls que comparteixen electrons).
Fe: metàl·lic (àtoms d'un mateix metall).
O2: covalent (dos àtoms de no-metall que comparteixen electrons).
CaO: iònic (metall + no-metall).
T'encalles amb aquest tema?
A L'Acadèmia de Vic t'ajudem amb classes individuals. Escriu-nos per WhatsApp.
Escriu-nos per WhatsApp (604 95 79 95)Més informació: Reforç d'ESO a Vic · Classes particulars
Preguntes freqüents
Quin enllaç es forma entre un metall i un no-metall?
Un enllaç iònic: el metall cedeix electrons i el no-metall els capta, i es formen ions de càrrega oposada que s'atrauen, com al clorur de sodi.
Per què els gasos nobles gairebé no formen enllaços?
Perquè ja tenen l'última capa d'electrons completa i són molt estables, així que no necessiten guanyar, perdre ni compartir electrons.