Lista 1 - Estrutura Atômica da Matéria - 2024-1

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS – ICEx Departamento de Química – Setor de Química Inorgânica Estrutura atômica da matéria – Lista 1 Questão 1. Leia cada uma das afirmativas apresentadas abaixo e indique as que são verdadeiras e falsas. Justifique todas as afirmativas que considerar falsas. ( ) A experiência de Rutherford evidenciou, de forma inequívoca, que as partículas alfa, ao atravessarem o núcleo, são desviadas bruscamente. ( ) Admitindo-se como verdadeiro o modelo atômico de Thomson, era de se esperar que os desvios sofridos pelas partículas alfa, ao atravessarem uma lâmina metálica, seriam sempre maiores que 90° e menores que 180°. ( ) Um elétron, quando se movimenta ao longo de uma órbita quanticamente permitida, não irradia energia, encontrando-se, conforme Bohr, em estado estacionário. ( ) A concepção teórica de uma órbita definida para um elétron é aceitável, após o conhecimento do modelo de Rutherford. ( ) A luz branca é essencialmente monocromática, isto é, formada por um só tipo de radiação, de comprimento e frequência bem definidos. ( ) Em conformidade com o modelo atômico de Bohr, a energia do elétron em um átomo é quantizada, isto é, restrita a certos e determinados valores. ( ) Os elétrons, segundo o modelo atômico de Bohr, estão continuamente mudando de órbitas ao redor do núcleo, exceto para os elétrons externos que descrevem órbitas elípticas. ( ) A energia do elétron no átomo de hidrogênio, em uma órbita permitida no n-ésimo nível, depende do valor de n de acordo com o modelo atômico proposto por Bohr. Questão 2. Os diversos modelos para o átomo diferem quanto às suas potencialidades para explicar fenômenos e resultados experimentais. Leia as afirmativas abaixo e indique aquelas que são verdadeiras e aquela que é falsa. ( ) O modelo de Rutherford explica por que algumas partículas alfa não conseguem atravessar uma lâmina metálica fina e sofrem fortes desvios. ( ) O modelo de Thomson explica por que a dissolução de cloreto de sódio em água produz uma solução que conduz eletricidade. ( ) O modelo de Dalton explica por que um gás, submetido a uma grande diferença de potencial elétrico, se torna condutor de eletricidade. ( ) O modelo de Dalton explica por que a proporção em massa dos elementos de um composto é definida. Questão 3. Experimentalmente encontrou-se que quando é feita a ligação entre átomos de hidrogênio e flúor para gerar a molécula HF, são liberados 569,9 kJ de energia por mol de HF formado. Determine o comprimento de onda (em nm) da radiação para romper a ligação química entre os átomos de uma molécula de ácido fluorídrico. ( = 209,9 nm) Questão 4. A análise espectral cuidadosa mostra que a luz vermelho-carmim emitida pelo lítio é composta de fótons de comprimento de onda igual a 670,8 nm. Qual é a energia (em kJ mol-1) de 1 mol dos fótons que possuem esse comprimento de onda? (E = 178,3 kJ mol-1) Questão 5. Quais são a energia e o comprimento de onda de um fóton emitido por um átomo de hidrogênio ao sofrer uma transição direta de um estado excitado com n = 10 para o estado fundamental? Localize essa radiação no espectro eletromagnético. (E = 2,16 × 10-18 J e  = 92,0 nm) Questão 6. Lâmpadas de vapor de sódio, usadas na iluminação pública, emitem luz amarela de 589,0 nm. a) Calcule a energia emitida por um átomo de sódio excitado quando ele gera um fóton. (E = 3,373 × 10-19 J) b) Calcule a energia (em kJ) emitida por 1,00 g de átomos de sódio emitindo luz com esse comprimento de onda. (8,835 kJ) Questão 7. Quais são a energia e o comprimento de onda de um fóton emitido por um átomo de hidrogênio ao sofrer uma transição direta de um estado excitado com n = 10 para o estado fundamental? Localize essa radiação no espectro eletromagnético. (E = 2,16 × 10-18 J e  = 92,0 nm) Questão 8. O molibdênio metálico tem de absorver radiação com frequência mínima de 1,09  1015 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 = 434,9 kJ mol-1) b) Calcule o comprimento de onda (em nm) associado a radiação. Em que região do espectro eletromagnético esta radiação é encontrada? (275,1 nm) Questão 9. O comprimento de onda de um fóton que remove um elétron de uma superfície de rubídio (Rb) é de 500,0 nm, enquanto para a prata (Ag) é de 261,0 nm. a) Calcule a energia requerida para remover um mol de elétrons de cada superfície. (ERb = 239,3 kJ mol-1 e EAg = 458,3 kJ mol-1) 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 10. 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 11. Responda a cada um dos itens a seguir. 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). (EI = 656,4 kJ mol-1) Questão 12. Um laser usado para cirurgia de olhos, para reparar retinas descoladas, produz radiação com comprimento de onda de 640,00 nm. a) Calcule a frequência dessa radiação e indique em qual região do espectro eletromagnético ela está localizada. ( = 4,684 × 1014 Hz) b) Calcule a energia de 1 mol de fótons dessa radiação. (E = 186,9 kJ mol-1) Questão 13. Responda a cada um dos itens a seguir. 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. ( = 656 nm) 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 14. Os raios do sol que causam o bronzeamento e as queimaduras estão na porção ultravioleta do espectro eletromagnético. Esses raios são categorizados por comprimento de onda: a chamada radiação UV-A tem comprimentos de onda na faixa de 320-380 nm, enquanto a radiação UV-B tem comprimentos de onda na faixa de 290-320 nm. a) Calcule a frequência de luz que tem comprimento de onda de 305 nm. ( = 9,83 × 1014 Hz) b) Calcule a energia de 1 mol de fótons de 305 nm. (E = 392,2 kJ mol-1) c) “A radiação UV-B do sol é considerada maior causadora de queimaduras em humanos do que a radiação UV-A.” Você concorda com essa afirmação? Justifique sua resposta fazendo uma análise qualitativa da equação que relaciona o comprimento de onda () com a energia da radiação. Questão 15. A velocidade de um elétron emitido pela superfície de um metal iluminada por um fóton é de 6,60 × 105 m s-1. a) Determine o comprimento de onda (em nm) do elétron emitido. ( = 1,10 nm) b) A superfície desse metal não emite elétrons até que a radiação tenha frequência de 7,00 × 1014 Hz. Calcule a energia de ligação (, em kJ mol-1) para esse metal. ( = 279,3 kJ mol-1) c) Calcule o comprimento de onda da radiação (em nm) que causa a fotoemissão de um elétron do metal. Indique o tipo de radiação eletromagnética que causa o efeito fotoelétrico. ( = 300 nm) Questão 16. A velocidade de um elétron emitido pela superfície de um metal iluminada por um fóton é de 3,600  107 m s-1. a) Determine o comprimento de onda do elétron emitido. ( = 2,021 × 10-11 m) b) A superfície desse metal não emite elétrons até que a radiação tenha frequência de 2,500  1016 Hz. Calcule a energia, em kJ, necessária para retirar 1 mol de elétrons do metal. (E = 9.975 kJ) c) Calcule o comprimento de onda da radiação que causa a fotoemissão de um elétron do metal. Indique o tipo de radiação eletromagnética que causa o efeito fotoelétrico. ( = 1,199 × 10-8 m) Questão 17. Átomos de hidrogênio absorvem energia de modo que os elétrons podem ser excitados até o quinto nível de energia. Considere no diagrama de níveis de energia do átomo de hidrogênio abaixo as transições 1, 2 e 3: Transição 1 → n = 5 para n = 1 Transição 2 → n = 5 para n = 3 Transição 3 → n = 2 para n = 1 E (10-19 J) 1 2 3 4 5 - 21,8 - 5,45 - 2,42 - 1,36 - 0,872 0,0 oo Níveis a) Considerando apenas as três transições apresentadas, indique aquela que produz o fóton com o menor comprimento de onda. Calcule o valor desse comprimento de onda em nm. (Transiçao 1,  = 94,92 nm) b) Considerando apenas as três transições apresentadas, indique aquela que produz o fóton com a menor energia. Calcule a energia de 1 mol desses fótons. (Transição 2, E = 275,7 kJ mol-1) c) Para o item anterior, indique em que região do espectro eletromagnético esta transição está situada. Questão 18. A linha mais proeminente no espectro de emissão do mercúrio tem frequência de 7,567 × 1014 Hz. a) Qual é o comprimento de onda (em nm) dessa radiação? Indique em qual região do espectro eletromagnético essa radiação está localizada. ( = 396,2 nm) b) Calcule a energia (em kJ) de 1 mol de fótons dessa radiação. (E = 301,9 kJ) Bons estudos!