Lista de química

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1.
(a) O que significa dizer que a energia de um elétron é quantizada?
Significa dizer que a energia não pode ter qualquer valor. Ela tem que ter
valores múltiplos de um valor determinado, isto é, o elétron está restrito a
uma série de valores discretos denominados níveis de energia. Por exemplo,
a menor energia que um elétron pode possuir ao orbitar em torno de um
núcleo de hidrogênio é -13,6eV. Se este elétron for "aquecido" ele poderá
saltar para o nível seguinte (-3,4eV), mas jamais possuirá uma energia
intermediária.
(b) Por que não notamos a quantização nas atividades cotidianas?
Em atividades cotidianas, objetos macroscópicos como nossos corpos
ganham e perdem quantidades totais de energia bem maiores do que um
único quantum hv. a separação entre os níveis é tão pequena para partículas
de tamanhos comuns em recipientes de tamanhos comuns que não é
detectada. Na verdade, pode-se ignorar completamente a quantização do
movimento dos átomos de um gás em um balão de laboratório de tamanho
comum. Contudo, em sistemas muito pequenos, como átomos ou mesmo
nanopartículas, a quantização é importante.
(c) Explique como a existência do espectro de linhas é consistente com
a teoria de Bohr sobre energias quantizadas para o elétron no átomo de
hidrogênio.
Quando aplicada a átomos, a ideia de energias quantizadas significa que
apenas certos valores de E são permitidos. Esses níveis de energia são
representados pelas linhas no espectro de emissão de átomos excitados.
(d) Um átomo de hidrogênio se “expande” ou se “contrai” quando passa
de seu estado fundamental para um estado excitado?
tenderá a se expandir, pois o elétron ao absorver energia ( estado excitado )
irá saltar para uma camada mais externa e mais energética, concedendo
assim um breve momento de expansão.
(e) Descreva algumas das diferenças entre as órbitas do átomo de Bohr
e os orbitais do átomo descritos pela mecânica quântica. Existem
semelhanças?
O modelo de Bohr afirma com 100% de certeza que o elétron no hidrogênio
pode ser encontrado a 0,53Å do núcleo. O modelo da mecânica quântica é
um modelo estatístico que afirma a probabilidade de se encontrar o elétron
em certas regiões em volta do núcleo. Enquanto 0,53 Å é o raio com a maior
probabilidade, essa probabilidade é sempre menor do que 100%
2. 540 nm = 5,4 x 10^-7 m
O interruptor não irá funcionar pois a energia transportada na luz de 540 nm
que incide no metal tem uma energia inferior a aquela que é necessária para
ejetar um elétron.
3.
Transição 1: n = 7 n = 1 menor comprimento de onda, maior frequencia
Transição 2: n = 7 n = 6
Transição 3: n = 2 n = 1 menor energia
4. A linha que apresenta comprimento de onda igual a 410 nm, pois a partir da
formula de energia é possivel deduzir que quanto menor o comprimento de
onda maior será a energia, nesse caso, a energia referente a uma transição
eletrônica de niveis mais distantes.
Questão 5 (1,0)
Complete a seguinte tabela:
n l ml Nome do
orbital
Número de
orbitais
2 1 1, 0, -1 2p 3
3 2 -2, -1, 0, 1, 2 3d 5
4 0 0 4s 1
4 3 +3, +2, ..., -3 4f 7
Questão 6- Qual o número máximo de elétrons que pode ser identificado com cada
um dos seguintes conjuntos de números quânticos? Justifique sua resposta.
(a) n = 3 18 elétrons, seguindo a formula E=2n^2
(b) n = 3, l = 2 10 elétrons, uma fez que o orbital d comporta 10 eletrons
(c) n = 4, l = 1, ml = -1, ms = + 1⁄2 1 elétron. Pelo fato do l ser igual a 1, orbital p, é possível
ter 3 números quânticos magnéticos.Dentro do espaço ml = -1 só é possível ter um elétron
com spin negativo e outro com spin positivo. O ms = + 1⁄2 representa apenas um elétron
ocupando esta posição, nesta orientação.
(d) n = 5, l = 0, ml = -1, ms = + 1⁄2 nenhum elétron. Pelo fato do azimutal (l) ser igual a
zero, orbital S, ele só comporta o número quântico magnético igual a zero. Por isso, não
seria possível ter elétrons com o ml = -1.
Questão 7 (0,5) - Qual é a diferença entre a carga nuclear de um átomo e sua carga
nuclear efetiva? Para um determinado átomo, essas quantidades são variáveis ou
constantes?
A carga nuclear de um átomo é dada pelo número de prótons (também conhecido por
número atômico Z) presente no núcleo desse átomo. Desta forma:
Z = carga nuclear = número de prótons
Já a carga nuclear efetiva Zef considera além da carga nuclear, o efeito de repulsão entre os
elétrons, já que eles possuem as mesmas cargas. Deste modo os elétrons “blindam” uns
aos outros, principalmente aqueles presentes nos níveis mais internos do átomo. Deste
modo Zef é resultante da relação:
Zef = Z - S.
Onde S é a constante de blindagem.
Essas quantidades são variáveis devido ao efeito de blindagem Quando aumenta o número
médio de elétrons protetores (S), a carga nuclear efetiva (Zef) diminui.
A carga nuclear pode variar de acordo com a distância (raio) entre o elétron e o núcleo.
Já a carga efetiva, além dessas condições, pode variar de acordo com a quantidade de
elétrons nas camadas mais internas e/ou na mesma camada.
8 ): Responda a cada uma das seguintes perguntas com as respectivas justificativas:
(a) O Bário, uma vez que, por apresentar maior número atômico e maior quantidade de
camadas eletrônicas, os elétrons das camadas mais internas diminui a intensidade da
atração nuclear sob os elétrons das últimas camadas.
(b) Qual dos seguintes elementos possui a afinidade eletrônica mais negativa: As, B,
Cl, K, Mg ou S?
O Magnésio, pois de acordo com a sua distribuição eletrônica ( 1s2, 2s2, 2p6, 3s2) Um
elétron teria de ser adicionado ao subnível 3p, cuja energia é mais elevada do que a
dos elétrons de valência (3s). Nesse caso, a afinidade eletrônica torna-se negativa.
(c) Qual das seguintes espécies possui maior número de elétrons desemparelhados:
F, N, S2-,Sc3+ ou Ti3+?
F(2p5)= 1
N(2p3)=3 O nitrogênio pois apresenta o orbital p com 3 elétrons desemparelhados
S-2(3p4)= 0
Sc+3(3p6)= 2
Ti+3 (3d1)= 1
(d) Dentre as espécies apresentadas (átomo ou íon), indique a que possui menor raio e a
que apresenta maior raio: Al, F, As, N, Cs+, I-
.
menor: O flúor, pois dentre todos é o que apresenta menor numero de camadas e
maior número atômico, o que possibilita uma maior atração nuclear.
maior: o Iodeto, pois em comparação com o Cs+ ambos apresentam o mesmo
número de elétrons ( mesma distribuição eletrônica ) mas o Iodeto tem menor
número atômico. logo, a atração do núcleo sobre os elétrons é menor e, portanto,
ele tem o maior raio.
Cs+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4 s2 3 d10 4 p6 5 s2 4 d10 5 p6
I- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4 s2 3 d10 4 p6 5 s2 4 d10 5 p6
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a) Explique por que a primeira energia de ionização do Ca é maior que a do
K, ao passo que a segunda energia de ionização do Ca é menor que a
segunda energia de ionização do K.
A primeira energia de ionização do Cálcio é maior pois apresenta uma carga nuclear
efetiva ligeiramente maior do que a do Potássio, logo, o núcleo do Ca atrai com
maior intensidade os elétrons de valência, sendo necessário uma maior quantidade
de energia para retirá-lo. Já na segunda energia de ionização ocorre o inverso, pois
o elétron a ser retirado no Potássio pertence a uma camada mais próxima ao núcleo
( 3p) ao passo que o elétron do Ca será retirado de uma camada mais externa (4s).
Logo, a energia necessária para retirar o elétron numa camada mais interna é muito
maior devida a intensa atração que o núcleo exerce.
Ca20: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2
K19: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1
(b) Qual dos seguintes elementos possui a maior diferença entre a primeira e
segunda energia de ionização: C, Li, N, Be? Justifique sua resposta.
● Carbono: 1s2 2s2 2p2
● Lítio: 1s² 2s¹.
● Nitrogênio: 1s2 2s2 2p3
● Berílio: 1s2 2s2
A maior diferença entre a primeira e a segunda energia de ionização acontece no
Lítio, O Li possui apenas uma elétron na camada 2s1, ao perder um ele elétron, seu
raio atômico diminui e consequentemente, temos uma maior necessidade de
energia que possibilite a remoção do segundo elétron desse átomo. O que não
acontece com o C, N e o Be.
(c) Quais íons na seguinte listaprovavelmente não são encontrados nos
compostos químicos: K2+, Cs+, Al4+, F2- e Se2-? Justifique sua resposta.
K2+, Al4+ e F2- . Pelo fato do K2+ possuir apenas uma elétron em sua subcamada 4s
(1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1), ele não tem como perder mais dois elétrons e assim
formar o cátion K2+. No caso do Al4+ é bem parecido. Ele só pode perder 3 desses
elétrons da camada de valência (1s2 2s2 2p6 3s2 3p1), chegando a uma
configuração de Al+3.
O oposto acontece no caso do F2- por ter apenas 5 elétrons na camada 2p. Desta
maneira, desta maneira ele só pode receber mais um elétron, assumindo a
configuração F1- (o fluoreto)
10- Quando se coloca em um gráfico as energias envolvidas no processo de
formação de íons de um elemento, como o oxigênio, em função da carga do
íon, obtemos uma parábola como ilustrado a seguir. Explique o porquê desta
tendência de comportamento e o valor negativo
e energia (energia liberada) associado ao íon O- (carga -1).
A adição de dois elétrons no oxigênio permite a formação de uma espécie aniônica
de alta energia. Isso ocorre pois os elétrons que são adicionados ocupam o orbital p
gerando um sistema energético instável por causa da repulsão provocada pelos
elétrons. logo, a retirada de um elétron, diminui a instabilidade e consequentemente
a energia do sistema também diminui, o valor de energia negativo associado ao íon
O- acontece pois a liberação de um elétron é termodinamicamente favorável (
entalpia negativa ).