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Lista de exercícios

                           Estrutura Atômica

1. A radiação ultravioleta provoca vários efeitos prejudiciais aos habitantes
   da Terra. Entretanto, a camada de ozônio funciona como uma barreira
   para essa radiação. Sabendo que a frequência dessa luz é 1,02 x 1015
   Hz, determine o seu comprimento de onda.



2. Os sinais de radar são radiações eletromagnéticas na região de micro-
   ondas do espectro de luz. A partir do sinal de um radar qualquer com
   comprimento de onda de 4 cm e frequência de 7,5 x 109 Hz, determine o
   valor da velocidade da luz em m s-1.



3. Considere uma estação de rádio cujo sinal FM tenha frequência de 109
   megahertz (MHz). Determine o comprimento de onda desse sinal em
   metros.



4. Qual será a frequência e o número de onda de um raio-X com
   comprimento de onda de 200 pm?



5. Determine a energia em joules de um fóton de luz vermelha que tem um
   comprimento de onda de 700 nm.



6. No espectro do hidrogênio há uma linha com comprimento de onda de
   450 nm. Determine:

      a. A cor da linha.

      b. A frequência e o número de onda

      c. A energia de cada um de seus fótons



7. Para ionizar átomos de sódio é necessário a energia de 118,5 kcal/mol.
   Calcular a maior freqüência de luz possível que possa ionizar um átomo
   de sódio e o seu respectivo comprimento de onda. Um kcal/mol
   corresponde a 6,95 x 10-14 erg/átomo e a constante de Planck h é igual a
   6,62 x 10-27 erg-seg.
8. Para formar uma ligação química entre átomos de cloro é necessário,
   aproximadamente, 330 KJ por mol de Cl2 formado. Determine o
   comprimento de onda da luz que seria necessária para quebrar ligações
   químicas entre átomos de Cl.



9. A energia necessária para remover um elétron da Pt é 4,43 eV. Qual é o
   máximo comprimento de onda permitido à luz incidente para que haja a
   remoção do fotoelétron da Pt?

10. Calcule o comprimento de onde de uma moto Harley Davidson cuja
   massa é de aproximadamente 330 Kg (moto + piloto) viajando a 230
   km/h.



11. Um laser semicondutor em um aparelho de CD tem comprimento de
   onda igual a 780 nm e nível de potência 0,10 mW. Quantos fótons
   incidem em sua superfície durante a execução de um CD de 1h50min de
   duração? (1W = 1 J/s).



12. Um elétron é acelerado por um potencial elétrico para uma energia
   cinética 82,4 keV. Qual é o seu comprimento de onda característico. (1
   keV = 1,60217646 x 10-16J).



13. Quantos fótons uma fonte monocromática no infravermelho, de potência
   1 mW e comprimento de onda de 1000 nm, emite em 1s?



14. Quantos fótons possui uma lâmpada que produz 4,5 x 102 J de energia
   cujo comprimento de onda á de 434 nm.



15. A energia mínima necessária para se remover um elétron da superfície
   do Césio metálico é igual a 3,14 x 10-19J. Determine a comprimento de
   onda máximo da luz capaz de produzir uma corrente de fotoelétrons do
   Cs metálico.
16. Um elétron é acelerado a partir do repouso por uma diferença de
   potencial de 40 kV e no final da aceleração, toda a energia adquirida
   está na forma:

                                         1
                                  Ek =     me v 2 = p 2 / 2me
                                         2



   onde

      •   Ek - energia cinética

      •   me - massa do elétron

      •   v - velocidade do elétron

      •   p - momento linear



   Calcule o comprimento de onda do elétron, sabendo que a energia
   adquirida por um elétron acelerado por uma diferença de potencial V, é
   igual a eV.



   Dados:

      •   eV = e - carga elementar (1,602176 x 10-19C);

               V - diferença de potencial

      •   1 V.C = 1J

      •   1J = 1kg m2 s-2.

17. Calcular a energia em joules, o comprimento de onda em metros e o
   número de onda em metros-1 de uma linha espectral produzida no
   espectro de hidrogênio quando um elétron decai da 4ª órbita de Bohr
   para a 1ª. Indique ainda a qual região do espectro eletromagnético
   pertence esta linha.
18. Usando a equação de Rydberg, calcule para 3 algarismos significativos
   o comprimento de onda das linhas nas séries de Lyman (n1=1) para n2=2
   até 8. À medida que n2 se aproxima do infinito, de que valor-limite o
   comprimento de onda se aproxima?




19. Quando luz de comprimento de onda de 4500 Å incide numa superfície
   limpa de sódio metálico, são expelidos elétrons cuja energia máxima é
   2,1 eV ou 3,36 x 10-12 erg. Qual será o comprimento de onda máximo da
   luz que expele elétrons do sódio metálico? Qual a energia de ligação de
   um elétron a um cristal de sódio?



20. Em uma amostra de átomos de hidrogênio no estado fundamental
   mede-se uma linha de absorção à 0,48 u.a. Entre quais níveis ocorreu a
   transição?



21. Prediga as configurações eletrônicas de: (a) P   (b) As   (c) K   (d) Cl
   (e) Ni (f) S



22. Determine o valor de n para a camada de valência de: (a) Bi (b) K (c)
   Sn (d) Br



23. (a) Quantos valores do número quântico l são possíveis quando n=6?
   (b) Quantos valores de ml são permitidos para um elétron na subcamada
   4f? (c) Quantos valores de ml são permitidos para um elétron na
   subcamada 2p? (d) Quantas subcamadas existem na camada com n=5?



24. Indique a notação da subcamada (4s, por exemplo) e o número de
   elétrons que podem ter os seguintes números quânticos, se todos os
   orbitais da subcamada estão preenchidos: (a) n=4, l=2; (b) n=7, l=0; (c)
   n=5, l=2; (d) n=6, l=1; (e) n=4, l=3.
25. Quais dos seguintes conjuntos de números quânticos (citados na ordem
   n, l, ml e ms) são possíveis para um elétron num átomo. Explique.

   a) 3, 2,-2,-1/2

   b) 3, 4, +3, -1/2

   c) 3, 0, -1, -1/2

   d) 3, 0, 0, +1/2



26. Calcule as diferenças de energia entre os estados: a) 1s a 2p; b) 2p a
   3s; c) 3s e 4p do átomo de H. Faça uma tabela expressando seus
   resultados nas unidades seguintes: i) unidades atômicas; ii) eV.



27. Escreva a configuração eletrônica dos seguintes íons: S2+, S4+, S6+, S2-.
   Escreva a configuração eletrônica de dois estados mono-excitados do
   átomo de enxofre.



28. Escrever as configurações eletrônicas das seguintes espécies e indique
   aquelas que tenham o mesmo número de elétrons (isoeletrônicas): Ne,
   A, O=, C-, K+, Ti, Ar.



29. Os níveis de energia calculados para o átomo de Na são (u.a.): 1s
   -39,7; 2s -2,6; 2p -1,4; 3s -0,189.

 a) Qual é o valor do primeiro potencial de ionização?

 b) Qual é a energia de excitação para o processo: 1s2 2s2 2p6 3s → 1s2 2s2
2p5 3s2?

30. Com a fórmula de Bohr para os níveis de energia, calcule a energia de
   ionização do átomo de hidrogênio.



31. Dados os postulados de Bohr:
1. No átomo, somente é permitido ao elétron estar em certos estados
   estacionários, sendo que cada um deles possui uma energia fixa e
   definida.

   2. Quando um átomo estiver em um desses estados, ele não pode emitir
   luz. No entanto, quando o átomo passar de um estado de alta energia
   para um estado de menor energia há emissão de um quantum de
   radiação, cuja energia    hν
                                  é igual à diferença de energia entre os dois
   estados.

   3. Se o átomo estiver em qualquer um dos estados estacionários, o
   elétron se movimenta descrevendo uma órbita circular em volta do
   núcleo.

   4. Os estados eletrônicos permitidos são aqueles nos quais o momento
                                                         h
                                                        2π
   angular do elétron é quantizado em múltiplos de           .



   Identifique e explique o porquê de alguns destes postulados não terem
   sido incorporados à mecânica quântica moderna.



32. Calcule a energia de ionização do íon Li2+, em kJ.mol-1 (esta é a terceira
   energia de ionização do Li).

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Lista de Exercícios Estrutura Atômica

  • 1. Lista de exercícios Estrutura Atômica 1. A radiação ultravioleta provoca vários efeitos prejudiciais aos habitantes da Terra. Entretanto, a camada de ozônio funciona como uma barreira para essa radiação. Sabendo que a frequência dessa luz é 1,02 x 1015 Hz, determine o seu comprimento de onda. 2. Os sinais de radar são radiações eletromagnéticas na região de micro- ondas do espectro de luz. A partir do sinal de um radar qualquer com comprimento de onda de 4 cm e frequência de 7,5 x 109 Hz, determine o valor da velocidade da luz em m s-1. 3. Considere uma estação de rádio cujo sinal FM tenha frequência de 109 megahertz (MHz). Determine o comprimento de onda desse sinal em metros. 4. Qual será a frequência e o número de onda de um raio-X com comprimento de onda de 200 pm? 5. Determine a energia em joules de um fóton de luz vermelha que tem um comprimento de onda de 700 nm. 6. No espectro do hidrogênio há uma linha com comprimento de onda de 450 nm. Determine: a. A cor da linha. b. A frequência e o número de onda c. A energia de cada um de seus fótons 7. Para ionizar átomos de sódio é necessário a energia de 118,5 kcal/mol. Calcular a maior freqüência de luz possível que possa ionizar um átomo de sódio e o seu respectivo comprimento de onda. Um kcal/mol corresponde a 6,95 x 10-14 erg/átomo e a constante de Planck h é igual a 6,62 x 10-27 erg-seg.
  • 2. 8. Para formar uma ligação química entre átomos de cloro é necessário, aproximadamente, 330 KJ por mol de Cl2 formado. Determine o comprimento de onda da luz que seria necessária para quebrar ligações químicas entre átomos de Cl. 9. A energia necessária para remover um elétron da Pt é 4,43 eV. Qual é o máximo comprimento de onda permitido à luz incidente para que haja a remoção do fotoelétron da Pt? 10. Calcule o comprimento de onde de uma moto Harley Davidson cuja massa é de aproximadamente 330 Kg (moto + piloto) viajando a 230 km/h. 11. Um laser semicondutor em um aparelho de CD tem comprimento de onda igual a 780 nm e nível de potência 0,10 mW. Quantos fótons incidem em sua superfície durante a execução de um CD de 1h50min de duração? (1W = 1 J/s). 12. Um elétron é acelerado por um potencial elétrico para uma energia cinética 82,4 keV. Qual é o seu comprimento de onda característico. (1 keV = 1,60217646 x 10-16J). 13. Quantos fótons uma fonte monocromática no infravermelho, de potência 1 mW e comprimento de onda de 1000 nm, emite em 1s? 14. Quantos fótons possui uma lâmpada que produz 4,5 x 102 J de energia cujo comprimento de onda á de 434 nm. 15. A energia mínima necessária para se remover um elétron da superfície do Césio metálico é igual a 3,14 x 10-19J. Determine a comprimento de onda máximo da luz capaz de produzir uma corrente de fotoelétrons do Cs metálico.
  • 3. 16. Um elétron é acelerado a partir do repouso por uma diferença de potencial de 40 kV e no final da aceleração, toda a energia adquirida está na forma: 1 Ek = me v 2 = p 2 / 2me 2 onde • Ek - energia cinética • me - massa do elétron • v - velocidade do elétron • p - momento linear Calcule o comprimento de onda do elétron, sabendo que a energia adquirida por um elétron acelerado por uma diferença de potencial V, é igual a eV. Dados: • eV = e - carga elementar (1,602176 x 10-19C); V - diferença de potencial • 1 V.C = 1J • 1J = 1kg m2 s-2. 17. Calcular a energia em joules, o comprimento de onda em metros e o número de onda em metros-1 de uma linha espectral produzida no espectro de hidrogênio quando um elétron decai da 4ª órbita de Bohr para a 1ª. Indique ainda a qual região do espectro eletromagnético pertence esta linha.
  • 4. 18. Usando a equação de Rydberg, calcule para 3 algarismos significativos o comprimento de onda das linhas nas séries de Lyman (n1=1) para n2=2 até 8. À medida que n2 se aproxima do infinito, de que valor-limite o comprimento de onda se aproxima? 19. Quando luz de comprimento de onda de 4500 Å incide numa superfície limpa de sódio metálico, são expelidos elétrons cuja energia máxima é 2,1 eV ou 3,36 x 10-12 erg. Qual será o comprimento de onda máximo da luz que expele elétrons do sódio metálico? Qual a energia de ligação de um elétron a um cristal de sódio? 20. Em uma amostra de átomos de hidrogênio no estado fundamental mede-se uma linha de absorção à 0,48 u.a. Entre quais níveis ocorreu a transição? 21. Prediga as configurações eletrônicas de: (a) P (b) As (c) K (d) Cl (e) Ni (f) S 22. Determine o valor de n para a camada de valência de: (a) Bi (b) K (c) Sn (d) Br 23. (a) Quantos valores do número quântico l são possíveis quando n=6? (b) Quantos valores de ml são permitidos para um elétron na subcamada 4f? (c) Quantos valores de ml são permitidos para um elétron na subcamada 2p? (d) Quantas subcamadas existem na camada com n=5? 24. Indique a notação da subcamada (4s, por exemplo) e o número de elétrons que podem ter os seguintes números quânticos, se todos os orbitais da subcamada estão preenchidos: (a) n=4, l=2; (b) n=7, l=0; (c) n=5, l=2; (d) n=6, l=1; (e) n=4, l=3.
  • 5. 25. Quais dos seguintes conjuntos de números quânticos (citados na ordem n, l, ml e ms) são possíveis para um elétron num átomo. Explique. a) 3, 2,-2,-1/2 b) 3, 4, +3, -1/2 c) 3, 0, -1, -1/2 d) 3, 0, 0, +1/2 26. Calcule as diferenças de energia entre os estados: a) 1s a 2p; b) 2p a 3s; c) 3s e 4p do átomo de H. Faça uma tabela expressando seus resultados nas unidades seguintes: i) unidades atômicas; ii) eV. 27. Escreva a configuração eletrônica dos seguintes íons: S2+, S4+, S6+, S2-. Escreva a configuração eletrônica de dois estados mono-excitados do átomo de enxofre. 28. Escrever as configurações eletrônicas das seguintes espécies e indique aquelas que tenham o mesmo número de elétrons (isoeletrônicas): Ne, A, O=, C-, K+, Ti, Ar. 29. Os níveis de energia calculados para o átomo de Na são (u.a.): 1s -39,7; 2s -2,6; 2p -1,4; 3s -0,189. a) Qual é o valor do primeiro potencial de ionização? b) Qual é a energia de excitação para o processo: 1s2 2s2 2p6 3s → 1s2 2s2 2p5 3s2? 30. Com a fórmula de Bohr para os níveis de energia, calcule a energia de ionização do átomo de hidrogênio. 31. Dados os postulados de Bohr:
  • 6. 1. No átomo, somente é permitido ao elétron estar em certos estados estacionários, sendo que cada um deles possui uma energia fixa e definida. 2. Quando um átomo estiver em um desses estados, ele não pode emitir luz. No entanto, quando o átomo passar de um estado de alta energia para um estado de menor energia há emissão de um quantum de radiação, cuja energia hν é igual à diferença de energia entre os dois estados. 3. Se o átomo estiver em qualquer um dos estados estacionários, o elétron se movimenta descrevendo uma órbita circular em volta do núcleo. 4. Os estados eletrônicos permitidos são aqueles nos quais o momento h 2π angular do elétron é quantizado em múltiplos de . Identifique e explique o porquê de alguns destes postulados não terem sido incorporados à mecânica quântica moderna. 32. Calcule a energia de ionização do íon Li2+, em kJ.mol-1 (esta é a terceira energia de ionização do Li).