FICHA E1.3-P03
Energía de primera ionización y espectro de emisión del hidrógeno
Prerrequisitos
- La energía de primera ionización generalmente aumenta al avanzar en un periodo por el aumento de carga nuclear sin más apantallamiento
- El modelo de niveles de energía del hidrógeno representa las órbitas/estados permitidos del electrón alrededor del núcleo
- Una transición electrónica hacia niveles de menor energía (n mayor a n menor) libera energía como luz; el salto hasta n=infinito representa la ionización
Los electrones se distribuyen en niveles energéticos alrededor del núcleo de un átomo. El diagrama representa los niveles energéticos posibles en un átomo de hidrógeno: n=1, n=2, n=3, n=4, n=5, n=6, n=infinito (de menor a mayor energía).
a
Explique por qué la energía de primera ionización del calcio es mayor que la del potasio.
[2]
b.i
Todos los modelos tienen limitaciones. Sugiera dos limitaciones de este modelo de niveles energéticos de los electrones.
[2]
b.ii
Indique qué transición electrónica representarias con una flecha para la ionización de un átomo de hidrógeno en el estado fundamental.
[1]
b.iii
Indique cuál es la transición electrónica de menor energía que cae dentro del espectro visible.
[1]
Pistas progresivas
- 1General - el apartado a) es de tendencia periódica (mismo razonamiento que otras fichas de este subtema); el b) trata sobre el modelo de niveles de energía del hidrógeno y sus limitaciones/transiciones.
- 2Apartado a) - compara carga nuclear, número de niveles energéticos y apantallamiento entre Ca y K, que son vecinos en la tabla periódica (mismo periodo).
- 3Apartado b.i) - piensa en qué simplificaciones hace este diagrama de líneas: no representa subniveles/orbitales, solo es exacto para un átomo de UN electrón (hidrógeno), y no considera interacciones entre átomos.
- 4Apartado b.ii) - la ionización corresponde al salto MÁS GRANDE posible: desde el estado fundamental (n=1) hasta n=infinito (el electrón se libera del átomo).
- 5Apartado b.iii) - la serie de Balmer (transiciones que terminan en n=2, viniendo de n=3, n=4...) es la que cae en el espectro visible; la de menor energía de esa serie es la transición más corta, de n=3 a n=2.
Teoría básica
- La energía de primera ionización generalmente aumenta al avanzar en un periodo por el aumento de carga nuclear sin mayor apantallamiento.
- El modelo de niveles de energía del hidrógeno: cada línea horizontal representa un nivel de energía permitido; una transición entre niveles libera o absorbe una cantidad fija de energía como luz.
- La serie de Balmer (transiciones que terminan en n=2) es la única que cae en el rango visible del espectro electromagnético; la ionización es la transición hasta n=infinito.
Refuerzo
Libro — Chemistry 2023 Oxford - Estructura 1.3, espectro de emisión del hidrógeno.
Cuadernillo — Examen: EXAMENES AÑOS ANTERIORES/2022/MAYO/Chemistry_paper_2__SL_Spanish.pdf, pregunta 2; mark scheme en la misma carpeta.
Vídeo —
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Apartado a) —
El calcio tiene mayor carga nuclear/número de protones que el potasio, y ambos tienen el mismo número de niveles energéticos con un apantallamiento similar por parte de los electrones internos - el electrón exterior del calcio está más atraído, así que su primera energía de ionización es mayor.
Apartado b.i) —
Dos limitaciones cualesquiera: no representa subniveles/orbitales; solo es exacto para átomos con un único electrón (como el hidrógeno); no explica por qué solo ciertos niveles energéticos están permitidos; no tiene en cuenta interacciones entre átomos/moléculas/campos externos.
Apartado b.ii) —
Una flecha hacia arriba comenzando en n=1 y extendiéndose hasta n=infinito.
Apartado b.iii) —
La transición entre n=3 y n=2 (la de menor energía de la serie que cae en el espectro visible).