Lista 5 - Primeiro semestre 2014, Professor Fábio

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Lista 5. 
 
 
1. Quando um fóton de comprimento de onda  = 400 nm atinge uma amostra de Césio, um 
elétron é ejetado. Calcule a energia cinética do elétron se o comprimento de onda máximo para 
obter um fotoelétron do Cs é 660 nm. 
 
2. a) Qual o comprimento de onda de de Broglie um próton movendo-se a velocidade de 2.5x10
7
 
m/s? (massa do próton é 2.5x10
-24
 g). b) Qual é o comprimento de onda de de Broglie de uma 
esfera de 30 g movendo-se a velocidade de 2x10
3
 m/s ? Compare o comprimento de onda do 
item a com o raio típico de um átomo (1-10 Å) e comprimento de onda do item b com o 
diâmetro da esfera (3 cm). 
 
3. A configuração eletrônica para um elemento é dada abaixo: 
 
 
 
 
 
(a) Quantos elétrons desemparelhados deve ter o íon com carga -1 ? (b) Escreva o conjunto de 
números quânticos (n, l, ml e ms) para o elétron desemparelhado apresentado na configuração. 
 
4. Átomos de hidrogênio absorvem energia de modo que os elétrons podem ser excitados até o 
nível de energia n = 5. Considere o diagrama de níveis de energia do átomo de hidrogênio e as 
transições 1, 2 e 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) Considerando apenas as três transições apresentadas, indique aquela que produz o fóton com 
a menor energia. Calcule essa energia. 
b) Indique, dentre as transições apresentadas, aquela que produz o fóton com menor 
comprimento de onda. Calcule o valor desse comprimento de onda em nm. 
 
5. Césio é freqüentemente usado em “olhos eletrônicos” para portas de abertura automática em 
uma aplicação do efeito fotoelétrico. A quantidade de energia necessária para ionizar (remover 
um elétron de) um átomo de césio é 3.89 elétron volts (1 eV = 1.60x10
-19
 J). Mostre através de 
cálculos se um feixe de luz amarela com comprimento de onda de 5830 Å poderia ionizar um 
átomo de césio. 
 
6. Classifique cada uma das configurações eletrônicas como (i) estado fundamental, (ii) estado 
excitado ou (iii) estado proibido: (a) 1s
2
2s
2
2p
5
3s
1
 ; (b) [Kr]4d
10
5s
3
 ; (c) 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
8
4s
2
 
(d) 1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
1
 ; (e) 1s
2
2s
2
2p
10
3s
2
3p
5
 
 
 
Níveis
5
3
4
2
1
E(10
-19
 J)
-0,9
-1,4
-2,4
-5,5
-27,0
transição 1 - n = 5 para n = 1
transição 2 - n = 5 para n = 3
transição 3 - n = 2 para n = 1
He
2s 2p 
7. Quais números atômicos fornecem informação sobre: 
a) forma 
b) energia 
c) orientação 
d) “tamanho” 
 
8. O olho humano é mais sensível nos comprimentos de onda em torno de 500 nm. Qual é a 
frequência correspondente? 
 
9. Calcule a energia em Joules de um fóton de luz vermelha com frequência de 4,0.10
14
Hz. Faça 
o mesmo para um fóton de luz verde com comprimento de onda de 550 nm. Qual fóton tem 
maior energia, o da luz verde ou da luz vermelha? 
 
10. Um experimento de espectroscopia de fotoelétrons de Raios-X com um elemento não 
identificado X, mostra o espectro de emissão com quatro energias cinéticas distintas: 5,90x10
-17
 
J; 2,53x10
-18 
J; 2,59x10
-20
 ; 2,67x10
-20
 J (Assuma que a radiação incidente tenha energia 
suficiente para ejetar qualquer elétron do átomo). 
 
a) De o símbolo de todos os possíveis átomos que no seu estado fundamental que poderiam 
resultar nesse espectro. 
 
b) Calcule a energia de ligação de um elétron no orbital 2p do elemento X se o Raio-X usado 
para o experimento de espectroscopia possui uma energia de 2,68 x 10
-16
 
J. 
 
11. Considere os possíveis arranjos eletrônicos para uma configuração p
3
. As três quadrículas 
para os orbitais p indicam os possíveis valores para o número quântico magnético, ml. Os 
elétrons são indicados por setas cuja direção indica o valor do número quântico spin (ms). 
 
a) Para cada uma das configurações escolha a palavra correta: excitado, se a configuração 
representa um possível estado excitado; fundamental, se a configuração representa o estado 
fundamental; proibido; se a configuração não pode existir. 
 
 
 
 
 
b) Justifique sua escolha no iten c). 
 
12. A primeira, segunda e terceira energia de ionização do nitrogênio são 1400 kJ.mol
-1
, 2860 
kJ.mol
-1
 e 4580 kJ.mol
-1
, respectivamente 
 
a) Calcule a carga nuclear efetiva (Zef) experimentada por um elétron em um orbital 2p do 
nitrogênio. 
 
b) Esboce em um mesmo gráfico a distribuição radial de probabilidade para elétrons nos 
orbitais 2s e 2p do nitrogênio. Indique o rmp (raio mais provável) em cada caso e coloque as 
unidades adequadas nos eixos. (Nota: Não é necessário atribuir valores para rmp , mas as 
posições relativas e o número de nós devem estar corretos). 
 
 
 
A B C D
13. Observe o gráfico abaixo, o qual representa da distribuição radial de probabilidade (DRP) 
em relação à distância do núcleo. 
 
 
 
 
 
a) Indique, no gráfico, quais orbitais possuem estas curvas de DRP e o raio mais provável 
(rmp) de cada um. 
b) Utilize este gráfico para justificar a ordem de energia relativa dos dois orbitais. 
 
14. Julgue as afirmativas abaixo como falsas (F) ou verdadeiras (V). 
a. ( ) o segundo estado excitado possui o valor do número quântico principal igual a 2. 
b. ( ) para remover um elétron presente no segundo estado excitado é necessário mais 
energia que para remover um elétron do estado fundamental. 
c. ( ) o elétron no segundo estado excitado esta mais distante (em média) do núcleo que o 
elétron no estado fundamental. 
d. ( ) o comprimento de onda da radiação eletromagnética emitida quando o elétron decai do 
segundo estado excitado para o estado fundamental é maior que quando este decai do primeiro 
estado excitado para o estado fundamental. 
e. ( ) a energia da radiação eletromagnética emitida na transição eletrônica entre o segundo 
estado excitado e o estado fundamental é idêntica à diferença de energia entre estes estados. 
 
15. Um feixe de luz com intensidade de 15 W incide em uma placa de cobre ( = 7,43 x 10-19 J) 
por segundo. Elétrons com uma energia mínima 1,714x10
-18
 J são ejetados. 
 
a) Calcule a energia do feixe de luz incidente e sua freqüência (). 
 
b) O que acontecerá com a energia cinética dos elétrons ejetados (Ec) se a freqüência da 
radiação incidente calculada no item (a) for duplicada? E com a quantidade de elétrons (n)? 
Esboce a variação da Ec e de n em função de  utilizando os gráficos adequados para cada um 
dos casos. 
 
c) Considerando os estudos sobre o efeito fotoelétrico e suas respostas no item (b), qual a 
implicação destes fatos para a natureza da radiação eletromagnética?