Brady Chimica Soluzioni esercizi 0187 PDF

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Soluzioni degli esercizi

Idee per insegnare la chimica con James E. Brady, Fred Senese CHIMICA © Zanichelli 2012

109

CAPIT OLO

1

CAPITOLO 1 DALLA MASSA DEGLI ATOMI ALLA MOLE NOME

Soluzioni capitolo 1 1 2

3

4

5 6

SOLUZIONI DEGLI ESERCIZI

7

8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

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12

C; 12 u Dividendo la massa in grammi per la massa atomica relativa e moltiplicando per il numero di Avogadro. Una mole di qualsiasi sostanza contiene lo stesso numero di unità formula, pari al numero di atomi contenuti in 12 g esatti di carbonio-12; tale numero è detto costante di Avogadro. Perché, mentre la massa di una mole varia da una sostanza all’altra, il numero di particelle presenti in una mole è lo stesso per tutte le sostanze. Il numero di molecole è lo stesso. Due moli di atomi di ferro; 2N atomi di ferro (N = numero di Avogadro) SO2: S: 1 mol S/32,07 g S; O: 2 mol O/16,00 g O; As2O3: As: 2 mol As/74,92 g As; O: 3 mol O/16,00 g O; Al2Cl6: Al: 2 mol Al/26,98 g Al; Cl: 6 mol Cl/35,45 g Cl; PbO2: Pb: 1 mol Pb/207,2 g Pb; 2 mol O/16,00 gO Dobbiamo conoscere la massa molare. Con «1 mol di ossigeno» potremmo intendere sia una mole di atomi di O, sia una mole di molecole di O2, e quindi indicare masse diverse; con «64 g di ossigeno» ci riferiamo, invece, in modo univoco a una determinata massa di ossigeno. m = 26,98 g/mol · n The mass percentage of each element in the compound. Dobbiamo conoscere la formula della sostanza e la sua massa molare. 1,992 6482 × 10–23 g — 1,0079 u 2,0158 u 108,90 u 63 5526 u 24,3050 u

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CLASSE

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DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 4,32 mol 21 12,8 mol 22 2,59 × 10–3 mol 23 2,99 mol 24 3,01 × 1023 25 9,03 × 1023 atomi; 18 g 26 a) 23,0 g; b) 32,1 g; c) 35,5 g 27 a) 14,0 g; b) 55,9 g; c) 24,3 g 28 a) 75,4 g; b) 392 g; c) 35,1 g 29 a) 17,5 g; b) 46,1 g; c) 219 g 30 1,30 × 10–10 g 31 1,53 × 10–5 g 32 0,302 mol 33 1,65 mol 34 NaHCO3: 84,0 g/mol; (NH4)2CO3: 96,1 g/mol;

35

36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

50 51

CuSO4 · 5H2O: 249,7 g/mol; K2Cr2O7: 294,2 g/mol Ca(NO3)2: 164,1 g/mol; Fe4[Fe(CN)6]3: 859,3 g/mol; Pb(C2H5)4: 323,4 g/mol; Na2SO4 · 10H2O: 322,2 g/mol; Mg3(PO4)2: 262,9 g/mol a) 388 g; b) 34,9 g; c) 151 g; d) 139 g ZnCl2: 103 g; POCl3: 49,4 g; KIO3: 41,5 g; (NH4)2HPO4: 569 g CaCO3: 0,215 mol; Sr(NO3)2: 0,0794 mol; NH3: 0,0916 mol; Na2CrO4: 4,31 × 10–5 mol Ca(OH)2: 0,126 mol; H2O2: 0,126 mol; PbSO4: 0,126 mol; NaAuCl4: 1,28 × 10–5 mol 26,98 g/mol: si tratta dell’alluminio. Devono avere la stessa massa molare. Assumerebbe lo stesso valore. SO2 35,45 19,98 u; sì, il valore corrisponde (nella tavola periodica è 20,18). 88 u CCl4 1 × 1025 15,0 × 101 g di N in (NH4)3PO4; 98 g di N in NH4NO3. Il fosfato di ammonio contiene più azoto del nitrato di ammonio. 12 × 1023 atomi di C e 33 × 1023 atomi di H 97,5 g/mol

La riproduzione di questa pagina tramite fotocopia è autorizzata ai soli fini dell’utilizzo nell’attività didattica degli alunni delle classi che hanno adottato il testo

CAPITOLO 2 LA COMPOSIZIONE DELLE SOSTANZE E I CALCOLI STECHIOMETRICI ...........................................................................................................................

CLASSE

Soluzioni capitolo 2 1

2 3 4 5

6 7

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

23

24 25 26

Gli indici delle formule esprimono il rapporto con cui sono combinati gli atomi, nei reagenti e nei prodotti di reazione. B; NaCl2 non esiste. c) e d) weren’t needed. Dobbiamo conoscere la formula del prodotto che S e As formano. a) Il numero di moli di Mg e Cl2; b) un atomo di Mg reagisce con una molecola di Cl2 (quindi l’equazione bilanciata). 2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g) Conoscendo l’equazione bilanciata: 2 NH4NO3 → 2 N2 + O2 + 4 H2O; si produrranno 12,49 mol di N2. Un atomo di azoto per due atomi di ossigeno; 1 mol di N2 per 2 mol di O2. Un atomo di carbonio per 4 atomi di idrogeno; 1 mol di C per 4 mol di H. c) b) 29,3 g 1,81 g 5,54 g 55,4 g 2,28 g 1,194 g Cl per 1,000 g Sn Eroina Carbamazepina C 2H3Cl2F CCl2F2 NaH2PO4: Na = 19,16%; H = 1,68%; P = 25,8%; O = 53,34%; NH4H2PO4: N = 12,18%; H = 5,26%; P = 26,86%; O = 55,64%; (CH3)2CO: C = 62,04%; H = 10,41%; O = 27,55%; CaSO4: Ca = 29,45%; S = 23,56%; O = 47,02%; CaSO4·2H2O: Ca = 23,28%; S = 18,63%; H = 2,34%; O = 55,76% (CH3)2N2H2: C = 39,96%; H = 13,42%; N = 46,62%; CaCO3: Ca = 40,04%; C = 12,00%; O = 47,96%; Fe(NO3)3: Fe = 23,09%; N = 17,38%; O = 59,70%; C3H8: C = 81,71%; H = 18,29%; Al2(SO4)3: Al = 15,77%; S = 28,12%; O = 56,11% 22,9% P; 77,0% Cl 25,9% N; 74,1% O Sì

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DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27 7,99%; no 28 SCl; CH2O; NH3; AsO3; HO

2

29 CH3O; HSO4; C2H5; BH3; C2H6O 30 NaTcO4 31 CCl2F2 32 CCl2 33 HgC2H3O2 34 Na2B4O7 35 C 3H3O 36 Na2S4O6; C6H4Cl2; C6H3Cl3 37 Na12Si6O18; Na3P3O9; C2H6O2 38 HgBr; Hg2Br2 39 Sb2S5; Sb2S5 40 CHNO; C3H3N3O3 41 C 21H22N2O2; C21H22N2O2 42 36 43 24 44 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 45 2NO + O2 → 2NO2 46 a) Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O

47

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b) 2AgNO3 + CaCl2 → Ca(NO3)2 + 2AgCl c) 2Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3CO2 d) 2NaHCO3 + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O + + 2CO2 e) 2C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O a) 2SO2 + O2 → 2SO3 b) P4O10 + 6H2O → 4H3PO4 c) Pb(NO3)2 + Na2SO4 → PbSO4 + 2NaNO3 d) Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O e) 2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2 a) Mg(OH)2 + 2HBr → MgBr2 + H2O b) 2HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2H2O c) Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O d) 2KHCO3 + H3PO4 → K2HPO4 + 2H2O + + 2CO2 e) C9H20 + 14O2 → 9CO2 + 10H2O a) CaO + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O b) Na2CO3 + Mg(NO3)2 → MgCO3 + 2NaNO3 c) (NH4)3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + 3NH3 + + 3H2O d) 2LiHCO3 + H2SO4 → Li2SO4 + 2H2O + + 2CO2 e) C4H10O + 6O2 → 4CO2 + 5H2O a) 0,03 mol; b) 0,24 mol; c) 0,15 mol; d) 0,15 mol a) 75 mol; b) 4 mol; c) 72 mol; d) 9,38 mol O2; 0,667 mol ottano a) 3,6 g; b) 22 g; c) 55 g a) 5 × 102 g; b) 1 × 101 g; c) 3 × 102 g a) P4 + 5O2 → P4O10; b) 8,85 g; c) 14,2 g; d) 3,25 g a) C4H10 + 13O2 → 8CO2 + 10H2O; b) 0,974 g; c) 3,49 g; d) 2,95 g

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SOLUZIONI DEGLI ESERCIZI

NOME

CAPIT OLO

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CAPIT OLO

2

CAPITOLO 2 LA COMPOSIZIONE DELLE SOSTANZE E I CALCOLI STECHIOMETRICI NOME

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56 30,28 g 57 6,33 × 103 g 58 0,5 kg 59 0,4 kg 60 Fe2O3; 195 g Fe 61 0,03 kg 62 26,7 g FeCl3 63 19,0 g H2O 64 0,91 mg 65 PCl5; 0,32 g 66 66,98 g; 96,23% 67 109 g; 78,5% 68 88,7% 69 Dai primi dati ricaviamo la formula minima

SOLUZIONI DEGLI ESERCIZI

70 71

72 73

112

dell’ossido, che è Al2O3. Dalla seconda coppia di dati determiniamo che l’ossigeno è il reagente limitante e calcoliamo su questa base la massa di ossido di alluminio che si forma. Fe/O = 0,75 (Fe3O4) Calcoliamo le moli di fosforo, moltiplichiamo per 3 e otteniamo le moli di atomi di cloro presenti nel composto. Moltiplichiamo per la massa atomica di Cl per conoscere quanti grammi di cloro reagiscono. 17,3% Determiniamo la percentuale in peso nei tre sali proposti, e verifichiamo che si tratta di Na2HPO4. Calcoliamo la percentuale di Na in questo sale (32,43%).

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CLASSE

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DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

74 Siano x i grammi di NaCl e 1 – x quelli di CaCl2.

Calcoliamo le moli di atomi di Cl conoscendo le loro masse molecolari. Sappiamo quanti grammi di Cl precipitano come AgCl e ricaviamo il valore di x che poi moltiplichiamo per 100. NaCl = 46,4%. 75 12,9 g 76 CaS2C2N2; Ca(SCN)2 77 Ci sono tre diverse formule empiriche: AB3, A3B8 e AB2. 78

1)

2)

79 3.92 g 80 1,5 × 102 g; 98 g; il fosfato di ammonio 81 8,0 × 1021 82 35% 83 In FeSO4 la percentuale di ferro è maggiore. 84 CuO; 7,94:1; sì 85 Sn(OH)2; 29,7:16,0:1,0; 3,9 g Sn(OH)2; 4,7 g

Sn(OH)4

86 154 g 87 C 21H22N2O2 88 HgBr; Hg2Br2

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NOME

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CLASSE

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24 Nel fatto che le particelle in movimento si com-

Soluzioni capitolo 3

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Perché si propaga nello spazio per mezzo di onde elettromagnetiche. 2 Il numero di oscillazioni compiute in un secondo; υ; Hz 3 La distanza tra due massimi o due minimi consecutivi; λ 4 A λ 1

26 27 28 29

A

λ

30 31

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

16 17 18

19 20

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23

L’intensità della radiazione; λ e υ Gamma rays, X-rays, ultraviolet, visible, infrared, microwave, radio Da 400 nm a 700 nm Violetto, blu, verde, giallo, arancione, rosso λ×υ=c E = h × υ; E = energia; h = costante di Planck; υ = frequenza Un pacchetto o quanto di energia E = h × υ; υ = c/λ ; E = h × c/λ a) Infrarosso; b) luce visibile; c) raggi X; d) luce ultravioletta L’energia di un fotone L’emissione di luce da parte di un atomo, con lunghezze d’onda specifiche (nello spettro continuo sono invece presenti tutte le lunghezze d’onda). Con il modello atomico di Bohr. — L’elettrone eccitato emette radiazioni di lunghezza d’onda caratteristica, ritornando nello stato fondamentale; ovvero l’elettrone è vincolato ad alcuni livelli energetici, e la sua energia è quantizzata: ecco perché nello spettro di emissione compaiono soltanto alcune frequenze specifiche. Stato fondamentale Perché riuscì a spiegare lo spettro dell’atomo di idrogeno, ma non quello degli atomi polielettronici. Perché hanno masse differenti: il comportamento ondulatorio è percepibile solo per corpi di piccola massa come le particelle. Quando un’onda attraversa una coppia di fenditure ravvicinate, si formano frange di interferenza (costruttiva o distruttiva). Anche le particelle subiscono diffrazione, il che conferma la loro natura ondulatoria. La diffrazione attraverso due fenditure ravvicinate.

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DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32 33 34

35 36

portano come onde. Le onde propaganti trasferiscono la loro energia in senso orizzontale (come le onde del mare); le onde stazionarie possiedono dei nodi fissi (come le corde della chitarra). Il livello energetico e la forma, perché forniscono indicazioni sulle dimensioni atomiche. Valori interi, da 1 a ∞ K: n = 1; M: n = 3 Perché corrisponde al valore l = 0, che è sempre presente. a) 1; b) 3; c) 5; d) 7 Sì Il fatto che esso generi un debole campo magnetico suggerisce che sia in movimento. Si comportano come piccoli magneti (paramagnetismo). Nello stesso atomo non possono esistere 2 elettroni che abbiano gli stessi valori dei quattro numeri quantici; ogni orbitale contiene al massimo 2 elettroni, con spin antiparallelo. ±1/2 Perché il principio di indeterminazione stabilisce l’impossibilità di determinare con precisione la posizione dell’elettrone.

37

CAPIT OLO

3

SOLUZIONI DEGLI ESERCIZI

CAPITOLO 3 LA STRUTTURA DELL’ATOMO

38 Crescono all’aumentare di n. 39 Sono orientati perpendicolarmente l’uno ri-

spetto all’altro.

40 7,0 × 1014 Hz 41 1,1 × 1015 Hz 42 1,0 × 1015 Hz 43 5 × 106 m; 5000 km 44 2,6 × 10–1 J; 1,6 × 105 J/mol 45 3,5 × 10–19 J 46 a) viola; b) 7,3 × 1014 Hz; c) 4,8 × 10–19 J 47 a) giallo-arancione; b) 5,1 × 1014 Hz; c) 3,4 ×

× 10–19 J

48 p; f 49 3; 2 50 3s: n = 3 e l = 0; 5d: n = 5 e l = 2 51 4p: n = 4 e l = 1; 6f : n = 6 e l = 3 52 0, 1, 2, 3, 4, 5 53 8 54 l = 1: ml = –1, 0, 1; l = 3: ml = –3, –2, –1, 0, 1,

2, 3 55 –5, –4, –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4, 5 La riproduzione di questa pagina tramite fotocopia è autorizzata ai soli fini dell’utilizzo nell’attività didattica degli alunni delle classi che hanno adottato il testo

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CAPIT OLO

3

CAPITOLO 3 LA STRUTTURA DELL’ATOMO NOME

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56 l = 4; n = 5 57 11; ml = –5, –4, –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3, 4, 5 58 n = 2; l = 1; ml = –1, 0, 1; ms = +1/2, –1/2 59 n = 3; l = 2; ml = –2, –1, 0, 1, 2; ms = +1/2, –1/2 60 7s 6p 6s

Energia

5s

4s

3s

5p

4p

6d

5f

5d

4f

4d

CLASSE

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DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61 1,3 × 10–18 J; di 13 ordini di grandezza 62 2,9 × 105 J/2 mol; 924 g 63 6,3 × 1022 64 5,1 × 1014 Hz; 2,0 × 105 J 65 Che è molto elevata; livello 3, orbitale 3p (con-

figurazione elettronica dell’Al) 66 9,5 × 10–25 J; onde radio 67 3,0 × 10–19 J; banda visibile, colore rosso; da

n=1an=3

3d

3p n = 2, l = 1, ml = 1 n = 2, l = 1, ml = 0

2s

2p

1s

n = 2, l = 1, ml = –1 n = 2, l = 0, ml = 0 n = 1, l = 0, ml = 0

SOLUZIONI DEGLI ESERCIZI

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NOME

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CLASSE

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Soluzioni capitolo 4 16 1 2 3

4 5 6 7 8 9

10 11 12 13

14 15

La distribuzione degli elettroni all’interno degli orbitali di un atomo. Es < Ep < Ed < Ef La configurazione elettronica di un atomo nel suo stato fondamentale corrisponde sempre alla minima energia possibile. Tutti gli orbitali di un dato sottolivello possiedono la stessa energia. Be: 1s22s2; B: 1s22s22p1; C: 1s22s22p2; N: 1s22s22p3; O: 1s22s22p4; F: 1s22s22p5; Ne: 1s22s22p6 Cr: 1s22s22p63s23p63d54s1; Cu: 1s22s22p63s23p63d104s1 Ag: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 Perché contengono lo stesso numero di elettroni nello spesso orbitale: ns2np4. Livello di valenza: il livello occupato con il più alto valore di n; elettroni di valenza: gli elettroni che occupano il livello di valenza. La carica positiva netta percepita dagli elettroni di valenza. Left, down; right, up Perché si aggiungono elettroni in un livello interno e non in quello di valenza. L’energia necessaria per allontanare un elettrone da un atomo o da uno ione gassoso nel suo stato fondamentale; perché sono energie che devono essere fornite al sistema. O(g) → O+(g) + e– con EI = 1314 kJ/mol; O2+(g) → O 3+(g) + e– con EI = 5296 kJ/mol Aumenta da sinistra a destra lungo i periodi perché aumenta la carica nucleare effettiva; diminuisce dall’alto verso il basso lungo i grup-

17 18 19 20

21 22

23 24

25

26 27 28 29 30 31

DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

pi perché gli orbitali hanno dimensioni maggiori e gli elettroni sono più lontani dal nucleo. Perché è l’energia che occorre fornire a uno ione già positivo per sottrargli un altro elettrone. Perché corrisponde all’allontanamento di un elettrone del core interno. Perché si estrae l’elettrone da un orbitale p e non dall’orbitale s più interno. Perché l’elettrone che si rimuove dallo zolfo è antiparallelo a un altro. La variazione di energia potenziale dovuta all’aggiunta di un elettrone a un atomo o a uno ione gassoso nel suo stato fondamentale. S(g) + e– → S–(g); S–(g) + e– → S2–(g) Perché è energeticamente svantaggiosa la cattura di un elettrone da parte di uno ione già negativo. Maggiore è la carica nucleare efficace e maggiore è l’affinità elettronica. S: 1s22s22p63s23p4; K: 1s22s22p63s23p64s1; Ti: 1s22s22p63s23p63d24s2; Sn: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p2 As: 1s22s22p63s23p63d104s24p3; Cl: 1s22s22p63s23p5; Ni: 1s22s22p63s23p63d84s2; Si: 1s22s22p63s23p2 Mg: 0; P: 3; V: 3 Cs: 1; S: 2; Ni: 2 Mn, As, S Ba, Zn Ni: [Ar]3d84s2; Cs: [Xe]6s1; Ge: [Ar]3d104s24p1; Br: [Ar]3d104s24p5; Bi: [Xe]4f 145d106s26p3 Al: [Ne]3s23p1; Se: [Ar]3d104s24p4; Ba: [Xe]6s2; Sb: [Kr]4d105s25p3; Gd: [Xe]4f 75d16s2

CAPIT OLO

4

SOLUZIONI DEGLI ESERCIZI

CAPITOLO 4 DALLA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA ALLE PROPRIETÀ PERIODICHE DEGLI ELEMENTI

32 Mg 3s

2s

2p

1s Ti 4s 3s

3p

2s

2p

3d

1s 33 As 4s

4p

3s

3p

2s

2p

3d

1s Idee per insegnare la chimica con James E. Brady, Fred Senese CHIMICA © Zanichelli 2012

La riproduzione di questa pagina tramite fotocopia è autorizzata ai soli fini dell’utilizzo nell’attività didattica degli alunni delle classi che hanno adottato il testo

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CAPIT OLO

4

CAPITOLO 4 DALLA CONFIGURAZIONE ELETTRONICA ALLE PROPRIETÀ PERIODICHE DEGLI ELEMENTI NOME

CLASSE

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DATA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ni 4s 3s

3p

2s

2p

3d

1s 34 Ni

4s

43 Mg 3s

[Ar] 3d Cs 6s [Xe] Ge 4s

4p [Ar] 3d

Br 4s

4p

SOLUZIONI DEGLI ESERCIZI

[Ar] 3d 35 Al

3s

3p [Ne]

Se 4s

4p [Ar] 3d

4p

Pb 6s

6p

44 Na: +1; S: +6; Cl: +7 45 Mg: +2; Si: +4; Br: +7 46 Na; Sb 47 Al; In 48 Sb 49 Na+, Mg2+, Ne, F–, O2–, N3– 50 Na; Co2+; Cl– 51 S2–; Al; Au+ 52 C; O; Cl 53 Li; Si; F 54 Mg

57 P; Si

5p [Kr] 4s

36 Sn: 5; K: 4; Br: 4; Bi: 6 37 Al: 3; Se: 4; Ba: 6; Sb: 5 38 21; 20 39 12; 12 40 Na: 3s1; Al: 3s23p1; Ge: 4s24p2; P: 3s23p3 41 Mg: 3s2; Br: 4s24p5; Ga: 4s24p1; Pb: 6s26p2

58 a) L’orbitale 2s si riempie prima dei 2p e i 2p,

per convenzione, si riempiono a partire da sinistra; b) il secondo elettrone si posiziona nell...