AD2 Quimica Geral I 2017 2 gabarito

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CENTRO DE EDUCAÇÃO SUPERIOR A DISTÂNCIA DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE 
CURSO: LICENCIATURA EM QUÍMICA - POLOS: Nova Friburgo, Paracambi, Piraí, São 
Fidélis e São Francisco de Itabapoana 
DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL I- PERÍODO:2017-2 - PROF. SERGIO LUIS CARDOSO 
 
SEGUNDA AVALIAÇÃO A DISTÂNCIA – AD2 – data: 22/09/2017 
data máxima entrega: 07/10/2017 
 
NOME: MAT.: 
 
 
QUESTÕES VALOR NOTA 
1 1,00 
2 0,50 
3 0,50 
4 1,00 
5 - 
6 1,00 
7 0,50 
8 0,50 
9 0,50 
10 0,60 
11 1,40 
12 1,00 
13 0,50 
14 1,00 
TOTAL 10,00 
 
INDIQUE TODOS OS CÁLCULOS UTILIZADOS PARA A 
 OBTENÇÃO DA SOLUÇÃO 
 
 
1) (1,00 ponto) Descreva o modelo do átomo de Bohr. Porque sua teoria foi abandonada? Que evidência 
inicial indicava que a teoria de Bohr poderia estar correta? Qual é o modelo atômico aceito atualmente? 
Resposta: 
Bohr utilizou as teorias de Max Planck e Albert Eisnstein sobre as propriedades de partícula e onda 
da luz e a relação Efóton = h para postular que: “como os átomos não sofrem colapso e a luz emitida 
por um átomo possuí somente certas frequências então o elétron em um átomo pode possuir apenas 
certas quantidades de energia” - A ENERGIA DO ELÉTRON É QUANTIZADA - o elétron está restrito 
a níveis de energia específicos no atomo. 
Modelo: o elétron move-se ao redor do núcleo em órbitas de tamanho e energia fixos cuja energia: 
 E = -A(1/n2) onde A = 2,18 x 10-18 J e n = número quântico (somente inteiros iguais a 1,2,3......∞) 
o número quântico serve para identificar a órbita do elétron e a energia do elétron em uma órbita 
particular depende do valor de n. 
A teoria de Bohr obteve sucesso na explicação do espectro de emissão e absorção do átomo de 
hidrogênio (evidência inicial de que poderia estar correta). Para átomos com mais de 1 elétron 
a teoria falhava. 
O modelo atômico atualmente aceito está baseado na Teoria da Mecânica Ondulatória (ou 
Mecânica Quântica) 
 
 
 
2) (0,50 ponto) Utilizando a equação abaixo, calcule as energias associadas aos estados de n = 2 e n = 4 
do átomo de hidrogênio. 
En = - (Rhc/n2) 
 
En = energia potencial do elétron no enésimo nível 
R = constante de Rydberg = 1,097 x 107 m-1 
h = constante de planck = 6,626 x 10-34 J.s 
c = velocidade da luz = 2,998 x 108 m/s 
n = número quântico principal 
Resposta: 
 
E2 = - (Rhc/n2) = - 1,097 x 107 m-1 x 6,626 x 10-34 J s x 2,998 x 108 m.s-1 / 22 
 
E2= - 5,448 x 10-19 J (4 algarismos significativos conforme regra da multiplicação/divisão) 
 
E4 = - (Rhc/n2) = - 1,097 x 107 m-1 x 6,626 x 10-34 J s x 2,998 x 108 m.s-1 / 42 
E4= - 1,362 x 10-19 J (4 algarismos significativos conforme regra da multiplicação/divisão)
 
3) (0,50 ponto) Calcule a quantidade de energia em joules que deve ser absorvida para que um elétron passe 
da segunda para a terceira órbita de Bohr. 
Resposta: 
E = -A (1/n2) – sendo que A = Rhc = aproximadamente 2,18 x 10-18 J 
ΔE = 2,18 x 10-18 J (1/22 – 1/32) 
ΔE = 3,03 x 10-19J 
 
4) (1,00 ponto) O modelo de Niels Bohr do átomo de hidrogênio era poderoso porque poderia reproduzir os 
espectros de linhas observados experimentalmente. Se o elétron do átomo de hidrogênio for movido do estado 
fundamental, onde n = 1, ao nível de energia onde n = ∞, dizemos que o átomo de hidrogênio foi ionizado: 
 
 H (g) H+ (g) + e- 
 
5) Item da questão 4 Qual a variação de energia (E) para a ionização de 1 mol de átomos de hidrogênio (em joules 
e em quilojoules)? 
Resposta: 
E = Efinal – Einicial = - Rhc (1/n2final – 1/n2inicial) = -Rhc (1/∞2 – 1/12) = + Rhc 
 
E = + Rhc = + 1,097 x 107 m-1 x 6,626 x 10-34 J s x 2,998 x 108 m.s-1 = + 2,179 x 10-18 J para um átomo de 
hidrogênio 
 
1átomo------------------2,179 x 10-18 J 
6,02 x 1023-------------------x x = + 1311758 J = + 1312 kJ/mol 
 
 
6) (1,00 ponto) Utilizando a equação experimental de Rydberg e a relação E = h = hc/, calcule o potencial de 
ionização do átomo de hidrogênio (variação da energia para levar o elétron de n= 1 até n =  . Compare os resultados 
utilizando a equação teórica de Bohr para a energia do elétron para calcular a energia necessária para remover um 
elétron do nível de energia mais baixo do átomo de hidrogênio para produzir o íon H+. Faça suas considerações sobre 
a diferença encontrada. 
Resposta: o potencial de ionização do átomo de hidrogênio (variação da energia para levar o elétron de n= 1 até n 
= . Pela Equação de Rydberg dada: 
 1/ = 109678 cm-1 (1/n12 – 1/n22) onde n1 e n2 = (1,2,3........,∞) e n2>n1 
 ionizar 1 átomo de hidrogênio pode ser entendido como levar o elétron de n = 1 até n = infinito. 
 o potencial de ionização é igual a diferença de energia entre n= infinito e n =1 = E = h = hc/
 
 1/ = 109678 cm-1 (1/12 – 1/2) - podemos considerar que 1/2  0 então: 
 1/  109678 cm-1 (1/12) = 109678 cm-1 
 E = h = hc x 1/6,63 x 10-34 (J.s) x 2,998 x 108 (m/s) x 109678 (1/cm) 
 é necessário convertermos as unidades de m para cm ou de cm para m 
E = 6,63 x 10-34 (J.s) x 2,998 x 108 (m/s) x ((100 cm)/(1m)) x 109678 (1/cm) 
 E = 6,63 x 10-34 (J.s) x 2,998 x 1010 (cm/s) x 109678 (1/cm) 
 E = 2,1800 x 10-18 J 
 
Energia Elétron (Bohr): En=(-RHhc) (1/n2) como estamos ionizando de n= 1 para n = ∞ 
 E = E∞ - E1 = [(-RHhc) (1/∞2) - (-RHhc) (1/12)] onde: (-RHhc) (1/∞2)  0 
 E = (RHhc)(1/12) = RHhc = 109730 (cm-1) x 6,63 x 10-34 (J.s) x 2,998 x 108 (m/s) 
 é necessário convertermos as unidades de m para cm ou de cm para m 
 E = 109730 (cm-1) x 6,63 x 10-34 (J.s) x 2,998 x 108 (m/s) x ((100 cm)/(1m)) 
 E = 2,1811 x 10-18 J 
 
Comentário: Os valores obtidos são praticamente idênticos. A equação de Rydberg foi obtida de forma experimental 
e ajustada matematicamente pela constante 109678 cm-1. A Equação de Bohr foi deduzida teoricamente sendo a 
constante obtida = 109730 cm-1. Esta correspondência entre resultados experimentais e a teoria proposta indicou que 
Bohr estava no caminho certo em direção a uma proposta de modelo atômico. 
 
 
7) (0,50 ponto) O microscópio eletrônico é muito utilizado para a obtenção de imagens altamente ampliadas. 
Quando um elétron é acelerado por um campo potencial específico, ele atinge uma velocidade de 5,93 x 106 
m.s-1. Qual é o comprimento de onda característico desse elétron? Obs. Consulte em uma tabela apropriada a 
massa de um elétron. 
Resposta: 
ʎ = h / m.v 
ʎ = 6,626 x 10-34 kg m2 s-1 / 9,109 x 10-31 kg x 5,93 x 106 m s-1 
ʎ = 1,23 x 10-10 m (3 algarismos significativos conforme regra da multiplicação/divisão) 
 
 
8) (0,50 pontos) Classifique cada uma das seguintes afirmativas como falsas ou verdadeiras. Corrija as afirmativas 
que são falsas justificando a sua correção. 
a) A luz visível é uma forma de radiação eletromagnética. 
 
Resposta: verdadeiro 
 
b) A frequência de radiação aumenta à medida que o comprimento de onda aumenta. 
Resposta: Falsa. A frequência de radiação diminuí à medida que o comprimento de onda aumenta. Pela relação 
matemática c vemos que a relação é inversamente proporcional opu seja, quanto maior o comprimento de 
onda menor será a frequência. 
 
 
9) (0,50 ponto) Uma certa estação de rádio transmite seu sinal na frequência de 95,7 megahertz (MHz).Qual o 
comprimento de onda e a energia associados a este sinal?Resposta: 
ʎ = c/ʋ 
c = velocidade da luz = 2,998 x 108 m/s 
ʎ = 2,998 x 108 m.s-1 / 95,7 x 106 s-1 
ʎ = 3,12 m (3 algarismos significativos conforme regra da multiplicação/divisão) 
 
E = h . ʋ = 6,626 x 10-34 J s x 95,7 x 106 s-1 
E = 6,34 x 10-26 J (3 algarismos significativos conforme regra da multiplicação/divisão) 
 
10) (0,60 ponto) A luz de sódio amarela, das lâmpadas de vapor de sódio que iluminam o Campus da UENF tem o 
comprimento de onda de 589 nm. 
a) Qual a freqüência desta radiação? 
b) Qual a energia de um quantum (fóton) desta radiação? 
c) O calor específico da água é 4,184 J/gK (esta é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1g 
de água em 1 0C. A quantidade de calor necessária para levar 1 litro de água de 25 0C a 100 0C é de 104,6 kJ. 
Quantos fótons emitidos por uma lâmpada de sódio seriam necessários para fornecer o mesmo equivalente em energia 
(104,6 kJ)? 
 
Resposta: 
 
a) c como c = 3,0 x 108 m/s e  = 589 nm = 589 x 109 m 
= 3,0 x 108 / 589 x 10-9 = 5,09 x 1014 s-1 
b) E = h= 6,63 x 10-34 J s x 5,09 x 1014 s-1 = 3,37 x 10-19 J 
c) T = 75 0C 
1 foton --------- 3,37 x 10-19 J 
x ---------------- 104600 J X = 3,10 x 1023 fótons 
 
11) (1,40 pontos) A principal fonte natural de radiação eletromagnética que atinge a terra é proveniente da radiação 
solar. Os raios de maior energia (raios gama, raios X e parte da radiação ultravioleta) são absorvidos antes de 
atingirem a superfície da Terra. A região do ultravioleta pode ser dividida em: UV-C (200-280 nm), UV-B (280-320) e 
UV-A (320-400 nm). Nos últimos anos, em decorrência da formação do buraco na camada de ozônio da Terra, 
observa-se um aumento na intensidade de radiação nas regiões no UV-B e até mesmo do UV-C que tem atingido a 
superfície do planeta. A absorção destas faixas de radiação pelo corpo humano pode causar sérios danos ao nosso 
organismo, como por exemplo, o cancer de pele. No caso da radiação UV-A, esta não é filtrada pela camada de 
ozônio porém, exposição a esta radiação em horários de alta incidência e com certa frequência também pode levar 
ao surgimento de cancer de pele. Um tipo de queimadura de sol (vermelhidão) ocorre com a exposição à luz UV de 
comprimento de onda na vizinhança de 325 nm. Responda: 
a) Qual a frequência (em Hz) de um fóton com este comprimento de onda? 
Resposta: 
 = c/ pelos dados c = 2,998 x 108 m/s 
 = 325 nm = 325 x 10-9 m 
  = 2,998 x 108 (m/s)/325 x 10-9 (m) = 9,22 x 1014 s-1 = Hz 
 
b) Qual a energia ( em joules) de um fóton com este comprimento de onda? 
Resposta: 
E = h pelos dados h = 6,63 x 10-34 J.s e é obtido no item a 
 E = 6,63 x 10-34 J.s x 9,22 x 1014 (1/s) = 6,11 x 10-19 J 
c) Quantos fótons existem em uma feixe de 1 mJ desta radiação UV? 
Resposta: 
1 mJ = 10-3 J 
1 fóton-----------------------6,11 x 10-19 J 
 X-------------------------------1 x 10-3 J X = 1,64 x 1015 fótons 
 
d) Quantos fótons existem em 1 mol de fótons? 
Resposta: 
1 mol de fótons = 6,02 x 1023 fótons 
 
12) (1,00 pontos) Um tipo de queimadura de sol ocorre com exposição á luz UV de comprimento de onda na 
vizinhança de 325 nm. Responda: 
 
a) Qual a frequência (n) desta radiação? 
 c como c = 2,998 x 108 m/s e  = 325 nm = 325 x 10-9 m
= 3,0 x 108 / 325 x 10-9 = 9,22 x 1014 s-1 
b) Qual é a energia de um fóton com esse comprimento de onda? 
 
E = h= 6,63 x 10-34 J s x 9,22 x 1014 s-1 = 6,12 x 10-19 J 
 
c) Qual é a energia de um mol desses fótons? 
 
 1 fóton..........................E = 6,12 x 10-19 J/mol 
6,02 x 1023 fótons.....................X X = 3,68 x 105 J = energia 1 mol de fótons 
 
 
 
13) (0,50 ponto) Coloque os seguintes tipos de radiação em ordem crescente de energia por fóton 
(a) Luz amarela de uma lâmpada de sódio 
(b) Raios X de um instrumento no consultório de um dentista 
(c) Microondas em um forno de microondas 
(d) Sua estação FM favorita 
 
 
Resposta: d<c<b<a 
 
14) (1,00 ponto) Em 1926, Erwin Schrodinger aplicou a matemática para investigar as ondas estacionárias como 
equivalentes ao elétron particular no átomo de hidrogênio. Este modelo ficou conhecido como modelo atômico da 
mecânica ondulatória ou mecânica quântica. Ao resolver uma equação chamada de equação de onda, ele obteve um 
conjunto de funções matemáticas chamadas de funções de onda (que descrevem as formas e as energias das ondas 
eletrônicas). Cada uma destas possíveis ondas é chamada de um orbital. Cada orbital em um átomo possuí uma 
energia característica e é interpretado como uma descrição da região em torno do núcleo onde se espera poder 
encontrar o elétron. As funções de onda que descrevem os orbitais são caracterizadas por um conjunto de valores 
chamados de números quânticos (n – número quântico principal), l (número quântico azimutal), m (número quântico 
magnético). 
 
a) (0,25 ponto) Em no máximo 5 linhas, descreva o número quântico n (principal) e as características que sua 
interpretação matemática confere ao átomo. 
 
Resposta: 
 
Esta relacionado aos níveis de energia principais do átomo (camadas). Quanto maior o valor de n maior a energia 
média dos níveis pertencentes à camada. N pode assumir valores de 1,2,3.....∞. e historicamente letras 
correspondentes K,L,M.....O valor de n esta relacionado ao raio e volume atômico – como regra geral, quando o valor 
de n cresce, o valor do raio e do volume atômico crescem. 
 
b) (0,25 ponto) Em no máximo 5 linhas, descreva o número quântico l (azimutal) e as características 
que sua interpretação matemática confere ao átomo. 
Resposta: 
 
Determinam as subcamadas ou subníveis de energia do átomo. Está relacionado com a geometria 
espacial de distribuição da energia do orbital. l pode assumir valores de 0,1,2,3.....n-1 e 
historicamente letras correspondentes s,p,d,f,g.....O valor de l esta relacionado a geometria espacial 
do átomo 
 
c) (0,25 ponto) Em no máximo 5 linhas, descreva o número quântico m (magnético) e as 
características que sua interpretação matemática confere ao átomo. 
Resposta: 
 
Uma subcamada poderá ter um ou mais de um orbital. Por exemplo, a subcamada s possuí somente 
um tipo de orbital enquanto a subcamada p possuí 3 orbitais. Está relacionado com a direção 
espacial de distribuição da energia do orbital (em coordenadas cartesianas as direções x, y e z). m 
pode assumir valores de -l..,0....+l – Quando l = 2 – subcamada p temos m = -1,0 ou +1 (direções x, 
y ,x). Está relacionado a direção de interação entre os átomos e a previsão de geometria molecular. 
 
d) (0,25 ponto) Podemos interpretar que o termo “o elétron ocupa o orbital...” refere-se a uma região 
do espaço e uma forma particular de onda correspondente a energia e distribuição da densidade 
de carga do elétron. Como as soluções da Equação de Onda foram determinadas para sistemas 
de um elétron (forças 1 núcleo x 1elétron),o modelo foi adaptado com certas limitações para 
sistemas polieletrônicos. Wolfgang Pauli, em 1924, ao tentar explicar a ausência de certas linhas 
no espectro do átomo de hélio, sugeriu o que hoje é conhecido como princípio da exclusão de 
Pauli. Na obtenção da função de onda completa deve-se incluir os spins dos elétrons. Neste 
caso, ao permutarmos o índice dos dois elétrons, a função de onda trocará de sinal. Em no 
máximo 5 linhas o que você pode dizer sobre este princípio e sobre o número quântico de spin 
(s)? 
Resposta: 
 
Um certo orbital não pode ser ocupado por mais do que dois elétrons, e no caso de estar com dois 
elétrons, os spins destes elétronsdevem estar emparelhados. O número quântico de spin (s) é uma 
forma de diferenciação de dois elétrons que “ocupam” um mesmo orbital. Se um elétron 
tiver m = ½ o outro necessariamente deverá ter m = -1/2.