Lista 2 Estrutura Atomica IC348

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UFRRJ – Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química 
Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 
Professor: Gustavo Bezerra da Silva 
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2ª Lista de Exercícios 
Estrutura Atômica 
 
1 – Faça um resumo indicando a evolução das Teorias e modelos atômicos desde Dalton até Rutherford, 
indicando as principais contribuições e descobertas sobre a estrutura dos átomos. 
 
2 – Organize os seguintes tipos de radiação na ordem de energia crescente de energia: (a) luz amarela de 
uma lâmpada de sódio; (b) Raios X de um aparelho de dentista; (c) Micro-ondas de um forno; (d) Onda de 
estação de FM 102,1 MHz; (e) Sinais de radar; (f) Raios  de uma reação nuclear; (g) luz vermelha de um sinal 
de neônio; (h) radiação ultravioleta de lâmpada solar. 
 
3 – Os sinais de trânsito são frequentemente feitos com LED (light emitting diodes = diodos emissores de luz). 
Os sinais amarelo e verdes são mostrados aqui: 
a) a luz de um sinal amarelo tem um comprimento de onda de 595 nm e a de um sinal verde tem 500 nm. 
Qual tem a frequência mais alta? Justifique. 
b) Calcule a frequência da luz amarela. 
 
4 – A luz verde tem um comprimento de onda de 5,0 x 102 nm. Qual é a energia em joules de um fóton de 
luz verde? Qual é a energia em joules de 1,0 mol de fótons de luz verde? 
 
5 – O cobalto-60 é um isótopo radioativo usado na medicina para o tratamento de certos tipos de câncer. Ele 
produz partícula  e raios , sendo que esse último tem energias de 1,173 e 1,332 MeV. Quais são as 
freqüência e o comprimento de onda de um fóton de raio  com uma energia de 1,173 MeV? 
 
6 – Os drivers de disco ótico no Playstation®2 continham um laser incomum que podiam produzir dois 
comprimentos de onda de luz diferentes (650 e 780 nm) a partir de um único aparelho, e é devido aos dois 
comprimentos de onda que era possível que o driver leia tanto mídia de CD quanto de DVD. Qual é a energia 
de um único fóton em cada um desses comprimentos de onda? 
 
7 – A reação fotoquímica que inicia a produção de smog envolve a decomposição de moléculas de NO, e a 
energia necessária para quebrar a ligação N-O é de 1,04 x 10-18 J. 
a) Qual é o comprimento de onda da luz necessário? 
b) Quantos fótons são necessários para decompor 0,32 mg de NO?
 
8 – Uma energia de 2,0 x 102 kJ.mol-1 é necessária para fazer com que um átomo de césio em uma superfície 
metálica perca um elétron. Calcule o comprimento de onda mais longo possível da luz que pode ionizar um 
átomo de césio. Em que região do espectro eletromagnético essa radiação é encontrada? 
 
9 – Quando uma radiação de 58,4 nm de uma lâmpada de descarga de hélio é dirigida para uma amostra de 
criptônio, elétrons são expulsos com uma velocidade de 1,59 x 106 m.s-1. A mesma radiação expulsa elétrons 
de átomos de rubídio com uma velocidade de 2,45 x 106 m.s-1. Quais são as energias de ionização (em eV) 
dos dois elementos? 
 
 
 
 
 
 
10 – Sabe-se que uma amostra metálica é bário, césio, lítio ou prata. As energias de ligação dos elétrons com 
esses metais são listados a seguir: 
 
 
Metal Energia de ligação do elétron (J) 
Bário 4,30 x 10-19 
Césio 3,11 x 10-19 
Lítio 3,94 x 10-19 
Prata 7,59 x 10-19 
 
Uma maneira de identificar o elemento poderia ser por meio de um experimento de efeito fotoelétrico. O 
experimento foi realizado três vezes, e em cada situação utilizou-se um laser diferente como a fonte de luz. 
Os resultados estão resumidos a seguir. 
 
Comprimento de onda do laser Fotoelétrons vistos? 
532 nm Não 
488 nm Sim 
308 nm Sim 
 
Sabendo que a energia cinética dos fotoelétrons ejetados não foi medida, quais conclusões podem ser tiradas 
sobre a identidade do metal? 
 
11 – Se for absorvida energia por um átomo de hidrogênio no estado fundamental, o átomo fica excitado 
num estado de energia mais alto. Por exemplo, a excitação de um elétron do nível com n = 1 para o nível n = 
3 exige radiação com comprimento de onda de 102,6 nm. Quais, dentre as transições seguintes, exigem 
radiação de comprimento de onda maior do que este? 
a) n = 2 para n = 4; 
b) n = 1 para n = 4; 
c) n = 1 para n = 5; 
d) n = 3 para n = 5
 
12 – Calcule o comprimento de onda e a frequência da luz emitida quando um elétron muda de n = 3 para n 
= 1 no átomo de H. Em que região do espectro essa radiação é encontrada? 
 
13 – A exposição a doses elevadas de micro-ondas pode provocar lesões. Estimar quantos fótons com  = 12 
cm, devem ser absorvidos para elevar a temperatura de 3,0 °C a temperatura da vista. Admita que a massa 
do globo ocular seja 10 g e que a capacidade calorífica seja 4,0 J/gK. 
 
14 – A linha mais proeminente no espectro de linhas do alumínio é encontrada em 396,15 nm. 
a) Qual é a frequência dessa linha? 
b) Qual é a energia de um fóton com esse comprimento de onda? 
c) E de 1,00 mol desses fótons? 
 
15 – A cor vermelha nos fogos de artifício é o resultado de sais com estrôncio presentes na bomba desses 
dispositivos. De maneira semelhante, as cores verde/azul, algumas vezes vistas em fogos de artifício, surgem 
dos sais de cobre. Com base em seu conhecimento sobre as cores dos fogos de artifício, descreva qual átomo, 
o cobre ou o estrôncio, tem níveis de energia mais amplamente separados. Justifique sua resposta. 
 
16 – Se todas as partículas possuem características ondulatórias, por que não observamos a difração em 
balas de revólver e bolas de ping-pong? 
 
17 – Um elétron viaja numa velocidade de 2,5 x 108 cm.s-1. Qual é o seu comprimento de onda? 
 
 
18 – Calcule o comprimento de onda (em nm) associado a uma bola de golfe de 1,0 x 102 g viajando a uma 
velocidade de 30,0 m.s-1. A que velocidade essa bola deve viajar para que tenha um comprimento de onda 
de 5,6 x 10-3 nm? 
 
19 – Como a observação da difração de elétrons afeta o desenvolvimento do modelo do átomo da mecânica 
quântica? 
 
20 – O modelo de Bohr admitia que os elétrons do átomo estivessem em órbitas definidas em torno do 
núcleo, como os planetas em torno do Sol. Critique este modelo à luz da Mecânica Quântica. 
 
21 – O que é a dualidade onda-partícula? Quais as consequências no modelo moderno da estrutura atômica? 
 
22 – Os sinais das funções de onda () são comumente representados em gráficos como funções de onda 
quadráticas (2). Porque é comum esse tipo de representação? 
23 – De que maneira os número quânticos indicam a forma, a energia e a orientação dos orbitais? 
 
24 – Responda às seguintes questões: 
a) Quando n = 4, quais os valores possíveis de l? 
b) Quando l = 2, quais os valores possíveis de ml? 
c) Dado um orbital 4s, quais os valores possíveis de n, l e ml? 
d) Dado um orbital 4f, quais os valores possíveis de n, l e ml? 
 
25 – Diga, entre os seguintes conjuntos de números quânticos, quais os possíveis e quais os impossíveis para 
um elétron num átomo. 
a) n = 0; l = 0; ml = 0; ms = +1/2 
b) n = 1; l = 0; ml = 0; ms = -1/2 
c) n = 2; l = 1; ml = -1; ms = +1/2 
d) n = 1; l = 1; ml = 0; ms = +1/2 
e) n = 2; l = 1; ml = -2; ms = +1/2 
 
26 – Um determinado orbital particular tem n = 4 e l = 2. Esse orbital tem de ser: (a) 3p; (b) 4p; (c) 5d ou (d) 
4d. 
 
27 – Mostre qual(ais) dos seguintes orbitais não pode(m) existir de acordo com a teoria quântica: 2s, 2d, 3p, 
3f, 4f e 5s. Explique de maneira simples a sua resposta. 
 
28 – Quantas superfícies nodais são associadas a cada um dos seguintes orbitais? 
a) 2s; b) 5d; c) 5f. 
 
29 – Que conjunto de orbitais é definido por n = 4 e l = 1? Quantos orbitais fazem parte desse conjunto? 
 
30 – Que conjunto de orbitais é definido por n = 3 e l = 2? Quantos orbitais fazem parte desse conjunto? 
 
31 – Quantos nós radiais apresentam os orbitais 3s, 4p, 3d e 5f? E quantos nós angulares? 
 
32 – Explique através das funções de onda ()por que alguns orbitais atômicos possuem superfícies nodais. 
 
33 – Use esboços dos orbitais 2s e 2p para mostrar a diferença entre: a função de onda radial, a função 
distribuição radial e a função de onda angular. Qual desses orbitais permite ao elétron ter a maior 
probabilidade de ser encontrado próximo ao núcleo? 
 
 
 
Fórmulas e constantes: 
 
 x  = c 
E = h = hc / 
Efóton =  + Ec 
Ec = -mv2 / 2 
En = -Rhc x (1/n2) 
1 /  = RH [(1/n12) - (1/n22)] 
 = h / mv 
xmv > h / 4 
h = 6,626 x 10-34 J.s 
c = 2,998 x 108 J.s 
me = 9,109 x 10-28 g 
R = 1,097 x 107 m-1 
1 eV = 9,6485 x 104 J.mol-1 
 
 
Respostas: 
 
2 – sinais de radar < estação de FM < micro-ondas 
< luz vermelha < luz amarela < radiação 
ultravioleta < raios X < raios  
3 – a) a luz verde (de maior ) possui maior 
frequência, uma vez que,  é inversamente 
proporcional a  
b) 5,039 x 1014 Hz. 
4 – a) 3,97 x 10-19 J.fóton-1; b) 2,39 x 105 J.mol-1 
5 –  = 2,837 x 1020 Hz e  = 1,057 x 10-12 m 
6 – 3,06 x 10-19 J e 2,55 x 10-19 J 
7 – a) 191 nm; b) 6,4 x 1018 fótons 
8 – 6,0 x 102 nm 
9 – Kr: 14,0 eV e Rb: 4,18 eV. 
10 – o metal analisado é o lítio. 
11 – transições (a) e (d) 
12 –  = 102,6 nm (luz ultraviovela) 
13 – 7,2 x 1025 fótons 
14 – a)  = 7,5678 x 1014 Hz; E = 5,014 x 10-19 
J.fóton-1; E = 301,9 kJ.mol-1 
15 – O cobre 
17 – 2,9 x 10-10 m ou 0,29 nm. 
18 –  = 2,21 x 10-34 m ou 2,21 x 10-25 nm; v = 1,2 x 
10-21 m.s-1 
24 – a) l = 0, 1, 2, 3; b) ml = -2, -1, 0, +1, +2; c) n = 
4, l = 0; d) n = 4, l = 3, ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 
25 – a) impossível; b) impossível; c) possível; d) 
impossível; e) possível 
26 – 4d 
27 – 2d e 3f não podem existir 
28 – a) 0; b) 2; c) 3 
29 – 4p (3 orbitais) 
30 – 3d (5 orbitais) 
31 – Nós radiais: 3s  2; 4p  2; 3d  0; 5f  1 
Nós angulares: 3s  0; 4p  1; 3d  2; 5f  3