Estrutura Eletronica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)
Corcovado
Corcovado12 de Março de 2013

Estrutura Eletronica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Universidade Estadual do Oeste do Paraná (UNIOESTE)

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Apostilas e exercicios de Química sobre o estudo da Estrutura Eletronica.
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(Microsoft Word - Exerc\355cios QG Estrutura Eletr\364nica)

EXERCÍCIOS

ESTRUTURA ELETRONICA

Questão 1

O molibdênio metálico tem de absorver radiação com frequência mínima de

1,09 x 10 15

s -1

antes que ele emita um elétron de sua superfície via efeito fotoelétrico.

a) Calcule a energia mínima para retirar 1 mol de elétrons de uma placa de

molibdênio metálico.

b) Calcule o comprimento de onda associado a radiação. Em que região do espectro

eletromagnético esta radiação é encontrada?

Questão 2

Quando uma radiação de 1,02 x 10 15

Hz é direcionada sobre uma amostra de rubídio

(Rb), elétrons são ejetados, ou seja, ocorre a ionização do Rb.

a) Calcule a energia de ionização, em kJ mol -1

, do Rb.

b) Calcule o comprimento de onda associado a radiação. Em que região do espectro

eletromagnético esta radiação é encontrada?

Questão 3

O comprimento de onda de um fóton que remove um elétron de uma superfície de

rubídio (Rd) é de 500 nm, enquanto que para a prata (Ag) é de 261 nm.

a) Calcule a energia requerida para remover um mol de elétrons de cada superfície.

b) Qual superfície requer maior energia?

c) Qual metal poderia ser utilizado numa fotocélula quando se faz incidir luz na

região do visível sobre a sua superfície? Justifique.

Questão 4

Lâmpadas de vapor de sódio, usadas na iluminação publica, emitem luz amarela de

589 nm.

a) Calcule a energia emitida por um átomo de sódio excitado quando ele gera um

fóton.

b) Calcule a energia emitida por 1,00 g de átomos de sódio emitindo luz a esse

comprimento de onda.

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Questão 5

Considere as seguintes afirmações e determine se são verdadeiras ou falsas. Justifique

sua resposta.

a) Fótons de radiação ultravioleta têm energia menor que fótons de radiação

infravermelha.

b) A energia cinética de um elétron ejetado de uma superfície metálica quando o

metal é irradiado com radiação ultravioleta é independente da frequência da

radiação.

Questão 6

Considere o átomo de hidrogênio no estado excitado, com um elétron no orbital 5p.

a) Liste todos os conjuntos possíveis de números quânticos para esse elétron.

n = ℓ= mℓ= ms =

b) No diagrama abaixo, represente todas as transições de emissão possíveis para

esse elétron, considerando apenas a serie de Balmer. Calcule o comprimento de

onda da radiação emitida de menor energia.

Questão 7

a) Complete a tabela abaixo:

Valor de ℓ Tipo de orbital Número de orbitais

em determinada

subcamada

Número de

superfícies nodais

0

1

d

7

b) Utilizando diagramas de superfície limite, faça o desenho do orbital 2pz, indicando

os eixos cartesianos envolvidos e os sinais das funções de onda.

c) Dê o número máximo de orbitais que pode ser associado ao conjunto de números

quânticos: n = 3, ℓ = 2, mℓ = -2. Justifique.

n = 6

n = 5

n = 4

n = 3

n = 2

n = 1

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Questão 8

a) Calcule o comprimento de onda da radiação emitida por um átomo de hidrogênio

quando um elétron faz uma transição entre os níveis n2=3 e n1 = 2. Identifique na

figura abaixo a linha espectral produzida por essa transição.

b) No espectro do hidrogênio atômico, muitas linhas são agrupadas juntas como

pertencendo a uma serie (série de Balmer, série de Lyman, série de Paschen). O

que as linhas de uma série têm em comum que torna lógico juntá-las em um

grupo?

Questão 9

a) Os três números quânticos de um elétron em um átomo de hidrogênio em um

determinado estado são n = 3, ℓ= 1 e mℓ = -1. Em que tipo de orbital esse elétron

está localizado?

b) Utilizando os eixos cartesianos próprios, faça um diagrama de superfície limite que

ilustre o tipo de orbital descrito no item ‘a’. Indique o número de planos nodais e

o número de nós radiais presentes.

Questão 10

a) Qual das seguintes transições eletrônicas em um átomo de hidrogênio poderia

emitir fótons de maior energia? Justifique.Não é necessário fazer nenhum cálculo.

i) n = 3 para n = 2 ii) n = 2 para n = 1 iii) n = 3 para n = 1 iv) n = 1 para n =

3

b) Descreva como o modelo de átomo proposto por Bohr explica o espectro do

átomo de hidrogênio.

c) A energia de ionização de um mol de átomos de hidrogênio que estão no estado

fundamental (n =1) é de 1312 kJ mol -1

. O valor da energia de ionização de um mol

de átomos que estão no primeiro estado excitado (n = 2) deve ser maior ou menor

que 1312 kJ mol -1

? Justifique sua resposta.

d) Confirme sua resposta do item (c), calculando a energia de ionização de um mol

de átomos de hidrogênio que estão no primeiro estado excitado (n = 2).

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EXERCÍCIOS

ESTRUTURA ELETRONICA RESOLVIDOS

Questão 1

O molibdênio metálico tem de absorver radiação com frequência mínima de

1,09 x 10 15

s -1

antes que ele emita um elétron de sua superfície via efeito fotoelétrico.

a) Calcule a energia mínima para retirar 1 mol de elétrons de uma placa de

molibdênio metálico.

E = hν

E = 6,63 x 10 -34

Js x 1,09 x 10 15

s -1

= 7,23 x 10 -19

J (1 elétron)

E = 7,23 x 10 -19

J x 6,02 x 10 23

mol -1

= 435047 J mol -1

ou 435 kJ mol -1

(1 mol de

elétrons)

b) Calcule o comprimento de onda associado a radiação. Em que região do

espectro eletromagnético esta radiação é encontrada?

νλ = c → λ = c/ν

λ = 3,0 x 108 m s-1 / 1,09 x 1015 s-1 = 2,75 x 10-7 m ou 275 nm

Região do espectro: ultravioleta

Questão 2

Quando uma radiação de 1,02 x 10 15

Hz é direcionada sobre uma amostra de rubídio

(Rb), elétrons são ejetados, ou seja, ocorre a ionização do Rb.

a) Calcule a energia de ionização, em kJ mol -1

, do Rb.

E = hν

E = 6,63 x 10 -34

Js x 1,02 x 10 15

s -1

= 6,76 x 10 -19

J (1 elétron)

E = 6,76 x 10 -19

J x 6,02 x 10 23

mol -1

= 407108 J mol -1

ou 407 kJ mol -1

(1 mol de

elétrons)

b) Calcule o comprimento de onda associado a radiação. Em que região do

espectro eletromagnético esta radiação é encontrada?

νλ = c → λ = c/ν

λ = 3,0 x 108 m s-1 / 1,02 x 1015 s-1 = 2,94 x 10-7 m ou 294 nm

Região do espectro: ultravioleta

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Questão 3

O comprimento de onda de um fóton que remove um elétron de uma superfície de

rubídio (Rb) é de 500 nm, enquanto que para a prata (Ag) é de 261 nm.

a) Calcule a energia requerida para remover um mol de elétrons de cada

superfície.

E (Rb) = hc/λ

E (Rb) = 6,63 x 10 -34

Js x 3,0 x 10 8 m s

-1 /500 x 10

-9 m = 3,98 x 10

-19 J

E (Rb) = 3,98 x 10 -19

J x 6,02 x 10 23

mol -1

= 239 kJ mol-1

E (Ag) = 6,63 x 10 -34

Js x 3,0 x 10 8 m s

-1 /261 x 10

-9 m = 7,62 x 10

-19 J

E (Ag) = 3,98 x 10 -19

J x 6,02 x 10 23

mol -1

= 458 kJ mol-1

b) Qual superfície requer maior energia?

A superfície que requer maior energia é a superfície de prata.

c) Qual metal poderia ser utilizado numa fotocélula quando se faz incidir luz na

região do visível sobre a sua superfície? Justifique.

O rubídio uma vez que para remover elétrons de sua superfície o fóton deve ter

comprimento de onda de 500 nm, que corresponde a região do visível.

Questão 4

Lâmpadas de vapor de sódio, usadas na iluminação publica, emitem luz amarela de

589 nm.

a) Calcule a energia emitida por um átomo de sódio excitado quando ele gera um

fóton.

E = hc/λ

E = 6,63 x 10 -34

Js x 3,0 x 10 8 m s

-1 /589 x 10

-9 m = 3,38 x 10

-19 J

b) Calcule a energia emitida por 1,00 g de átomos de sódio emitindo luz a esse

comprimento de onda.

MM (Na) = 23 g mol -1

n(Na) = 1,00 g/23 g mol -1

= 0,0435 mol

E = 3,38 x 10 -19

J x 6,02 x 10 23

mol -1

= 203,5 kJ mol -1

E = 203,5 kJ mol -1

x 0,0435 mol = 8,85 kJ

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Questão 5

Considere as seguintes afirmações e determine se são verdadeiras ou falsas. Justifique

sua resposta.

a) Fótons de radiação ultravioleta têm energia menor que fótons de radiação

infravermelha.

Falso. A energia é proporcional a frequência e inversamente proporcional ao

comprimento de onda. Portanto, fótons de radiação ultravioleta terão energia maior

que fótons de radiação infravermelha.

b) A energia cinética de um elétron ejetado de uma superfície metálica quando o

metal é irradiado com radiação ultravioleta é independente da frequência da

radiação.

Falso. A Energia cinética independe da intensidade da radiação, mas é diretamente

proporcional a frequência da radiação. Ecinética = hν - energia necessária para remover

o elétron.

Questão 6

Considere o átomo de hidrogênio no estado excitado, com um elétron no orbital 5p.

a) Liste todos os conjuntos possíveis de números quânticos para esse elétron.

n = 5 ℓ = 1 mℓ = -1, 0, 1 ms = +1/2, -1/2

b) No diagrama abaixo, represente todas as transições de emissão possíveis para

esse elétron, considerando apenas a serie de Balmer. Calcule o comprimento

de onda da radiação emitida de menor energia.

n = 6

n = 5

n = 4

n = 3

n = 2

n = 1

Como mostra a figura, a transição que envolve menor energia é

a de n = 3 para n = 2.

 

  

 −=∆

2

2

2

1

11

nn RE H

= 2,18 x 10 -18

 

 

 −

22 3

1

2

1 = 3,03 x 10

-19 J

λ = E

hc = 6,63 x 10

-34 J s x 3,0 x 10

8 m s

-1 / 3,03 x 10

-19 J

λ = 6,56 x 10-7 m ou 656 nm

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Questão 7

a) Complete a tabela abaixo:

Valor de ℓ Tipo de orbital Número de orbitais

em determinada

subcamada

Número de

superfícies nodais

0 s 1 0

1 p 3 1

2 d 5 2

3 f 7 3

b) Utilizando diagramas de superfície limite, faça o desenho do orbital 2pz,

indicando os eixos cartesianos envolvidos e os sinais das funções de onda.

y

z +-

c) Dê o número máximo de orbitais que pode ser associado ao conjunto de

números quânticos: n = 3, ℓ = 2, mℓ = -2. Justifique.

Apenas um orbital atômico pode estar associado a esse conjunto de números

quânticos, pois cada valor de mℓ, corresponde a um único orbital.

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Questão 8

a) Calcule o comprimento de onda da radiação emitida por um átomo de

hidrogênio quando um elétron faz uma transição entre os níveis n2=3 e n1 = 2.

Identifique na figura abaixo a linha espectral produzida por essa transição.

 

  

 −=∆

2

2

2

1

11

nn RE H

= 2,18 x 10 -18

 

 

 −

22 3

1

2

1 = 3,03 x 10

-19 J

λ = E

hc = 6,63 x 10

-34 J s x 3,0 x 10

8 m s

-1 / 3,03 x 10

-19 J

λ = 6,56 x 10-7 m ou 656 nm

A linha espectral produzida por essa transição é Hα.

b) No espectro do hidrogênio atômico, muitas linhas são agrupadas juntas como

pertencendo a uma serie (série de Balmer, série de Lyman, série de Paschen). O

que as linhas de uma série têm em comum que torna lógico juntá-las em um

grupo?

Cada série corresponde a uma região do espectro eletromagnético. As transições da

série de Balmer ocorrem na região do visível, a série de Lyman corresponde a

transições na região do ultravioleta enquanto que a série de Paschen corresponde a

transições na região do infravermelho.

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Questão 9

a) Os três números quânticos de um elétron em um átomo de hidrogênio em um

determinado estado são n = 3, ℓ= 1 e mℓ = -1. Em que tipo de orbital esse

elétron está localizado?

Esse elétron está localizado em um orbital p.

b) Utilizando os eixos cartesianos próprios, faça um diagrama de superfície limite

que ilustre o tipo de orbital descrito no item ‘a’. Indique o número de planos

nodais e o número de nós radiais presentes.

Os orbitais p possuem um plano nodal. Como se trata de um orbital 3p, teremos

também um nó radial que pode ser obtido através da fórmula ‘n – ℓ – 1’.

y

x +-

z

x

+

-

y

z

+

-

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Questão 10

a) Qual das seguintes transições eletrônicas em um átomo de hidrogênio poderia

emitir fótons de maior energia? Justifique.Não é necessário fazer nenhum

cálculo.

i) n = 3 para n = 2 ii) n = 2 para n = 1 iii) n = 3 para n = 1 iv) n = 1 para n = 3

Dentre as transições i, ii e iii a que irá emitir fótons de maior energia é a iii, como

mostra a figura acima. A transição representada em iv não irá emitir fótons e sim

absorver.

b) Descreva como o modelo de átomo proposto por Bohr explica o espectro do

átomo de hidrogênio.

De acordo com Bohr as linhas nos espectros de gases excitados surgem devido ao

movimento dos elétrons entre os estados de energia no átomo. Já que os estados de

energia são quantizados, a luz emitida por átomos excitados deve ser quantizada e

aparecer como espectro de linhas.

c) A energia de ionização de um mol de átomos de hidrogênio que estão no

estado fundamental (n =1) é de 1312 kJ mol -1

. O valor da energia de ionização

de um mol de átomos que estão no primeiro estado excitado (n = 2) deve ser

maior ou menor que 1312 kJ mol -1

? Justifique sua resposta.

Menor. Uma vez que a transição entre n = 1 e n = ∞ é maior do que a transição entre n

= 2 e n = ∞.

d) Confirme sua resposta do item (c), calculando a energia de ionização de um

mol de átomos de hidrogênio que estão no primeiro estado excitado (n = 2).

 

  

 −=∆

2

2

2

1

11

nn RE H

= 2,18 x 10 -18

 

 

∞ −

22

1

2

1 = 5,45 x 10

-19 J

∆E = 5,45 x 10-19 J x 6,02 x 1023 mol-1 = 328 kJ mol-1

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

n = 6

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