SERIE DE PROBLEMAS PARA EL PRIMER EXAMEN PARCIAL
QUÍMICA INORGÁNICA
I.-
CONCEPTOS TEÓRICOS. 1. Explique el efecto fotoeléctrico. 2. Describir la influencia de la frecuencia y la longitud de onda de la radiación electromagnética sobre la corriente eléctrica en el efecto fotoeléctrico. 3. Cuando incide luz verde sobre la superficie de un metal se emiten electrones. Si incidiera una luz azul ¿también expulsará electrones de esa superficie? Explique porqué. 4. Mencione 3 diferencias entre un espectro de absorción y un espectro de emisión. 5. Elabore un cuadro de los números cuánticos, su significado físico y sus propiedades. 6. Escriba los nombres y símbolos de los elementos de los grupos IA al VIIIA. 7. Defina los siguientes términos: a) Radio atómico, b) Radio iónico, c) Afinidad electrónica, d) Electronegatividad, f) Potencial de ionización. 8. Indique cómo varía el radio atómico y el radio iónico en la tabla periódica. 9. Indique cómo varía la energía de la primera ionización, la afinidad electrónica y electronegatividad en la tabla periódica. 10. Ordene en forma creciente, las siguientes especies químicas de acuerdo a la propiedad indicada: a) Potencial de la primera ionización: Na, Cl, S. b) Electronegatividad: O, Ba, Li. + + 2+ 3+ c) Radio iónico: Na , Cs , Be , Ga . d) Radio atómico: Be, F, Na, I, Te. e) Afinidad electrónica: Li, K, C, F, I.
II.- PROBLEMAS. Radiación electromagnética. 1.- Considerando las señales de un semáforo, la luz ámbar tiene una longitud de onda de 595 nm, mientras que la luz de verde su longitud de onda es de 500 nm, Calcular la frecuencia de las luces ámbar y verde. ¿Cuál de ellas tiene mayor frecuencia? 2.- Algunos diamantes son amarillos porque contienen compuestos de nitrógeno, que absorben la luz violeta de frecuencia 7.23x10 14 s-1. Calcule la longitud de onda de la luz absorbida en nm (nanómetros) y Å (angstrom). 3.- En los Estados Unidos, la policía frecuentemente supervisa el tránsito con pistolas de radar de “banda K”, que operan en la región de microondas con 22.235 GHz (1GHz= 1x10 9 Hz). Determinar la longitud de onda en nm y Å de esta radiación. Radiación electromagnética y ecuación de Planck. 4.- ¿Cuál es la frecuencia y la energía por cuanto de: a) luz roja con una longitud de onda de 700 nm. b) luz violeta con una longitud de onda de 400 nm? 5.- Las lámparas de sodio utilizadas en la iluminación de calles y avenidas tiene un color amarillo característico. La longitud de onda de esta radiación es de 588 nm. Calcule la frecuencia y la energía (en eV) de esta radiación. 6.- La línea azul de la emisión del átomo de estroncio tiene una longitud de onda de 460 nm. ¿Cuál es la frecuencia y cual es la energía de un fotón de esta luz? 7.- ¿Cuál es la longitud de onda y la energía por cuanto de: a) una onda de radio con una frecuencia de 9x105 s-1? b) una radiación X con frecuencia de 1.5x1018 s-1? 8.- El primer paso en la formación del ozono en la atmósfera superior ocurre cuando las moléculas de oxígeno absorben radiación UV de =242 nm. Calcular la frecuencia y energía (en ergios) de esta radiación. 1 J = 1x10 7 erg. 1
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9.- Además de la radiación continua, las lámparas fluorescentes emiten líneas precisas en la región visible a partir de una descarga de mercurio en el interior del tubo. La mayor parte de esa luz tiene una =436 nm. Calcular la frecuencia y la energía de esta radiación. 10.- El ozono de la atmósfera superior absorbe la radiación ultravioleta, lo cual produce la siguiente reacción: O3 → O2 + O ¿Cuál es la energía del fotón de 3420Å que se absorbe? 11.- Un fotón de luz ultravioleta tiene una longitud de onda de 4.26x10 -7 m. Calcúlese su energía en a) Joule, b) eV (1 eV= 1.6022 x 10 -19 J). Efecto Fotoeléctrico. 12.- La energía de umbral (W) de un metal es de 7.8x10 -11 erg. Si incide sobre el metal una luz con una de 530 Å, provocará fotoemisión? 13.- El cesio a menudo se usa en los “ojos electrónicos” para la apertura automática de puertas como una aplicación del efecto fotoeléctrico. La energía de umbral es de 3.89 eV. Demostrar si un haz de luz amarilla con longitud de onda de 5830 Å es capaz de producir una respuesta. 14.- Un láser de rubí produce pulsos de radiación con una longitud de 633 nm. Si el láser produce 0.376 J de energía por pulso ¿cuántos fotones se generan en cada pulso? 15.- La W del rubidio es de 6.88x10 -13 erg. Calcular la E máx de los fotoelectrones emitidos desde la placa que está siendo irradiada con una luz de =4200 Å. 16.- Una radiación de luz ultravioleta de 3500 Å de longitud de onda incide sobre una placa metálica, y se emiten fotoelectrones con una velocidad de 6.75 X 10 5 m/s. Calcular: a) la frecuencia de umbral, b) la longitud de onda de umbral, c) la función de trabajo en electronvolts (eV). 17.- Una radiación de luz violeta visible de 4150 Å de longitud de onda incide sobre una placa metálica que emite fotoelectrones con una velocidad d e 2.75 X 10 5 m/s. Calcúlese: a) la frecuencia de umbral fotoeléctrico. b) la longitud de onda de umbral. c) el trabajo de extracción en eV. 18.- Una radiación luminosa incide sobre una placa metálica que emite electrones con una velocidad de 6.25 x 105 m/s. Si el umbral fotoeléctrico corresponde una longitud de onda igual a 4250 Å, calcúlese: a) la frecuencia de la luz incidente, b) la longitud de onda de la luz incidente, c) el trabajo de extracción en eV. 19.- Una radiación ultravioleta extrema de muy corta longitud de onda incide sobre una placa metálica que emite fotoelectrones a una velocidad de 2.55 x10 6 m/s. Si el trabajo de extracción es de 2.68 eV, calcule: a) la frecuencia de la radiación incidente, b) la longitud de onda de la radiación incidente, c) la frecuencia de umbral, d) la longitud de onda de umbral. 20.- Sobre un metal cuya función de trabajo es 2.45 eV incide una radiación ultravioleta de 3650 Å de longitud de onda. Calcular la velocidad de la emisión fotoelectrónica.
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21.- Una superficie metálica cuya función de trabajo equivale a 3.62 eV, emite electrones con una velocidad de 5.76 x 105 m/s. Calcúlese: a) la frecuencia y b) la longitud de onda del umbral, c) la frecuencia y d) la longitud de onda de la radiación incidente. 22.- Si una luz con una longitud de onda de 400 nm incide sobre una superficie de potasio metálico, se liberan electrones con energía cinética de 1.38x10 –19J. a) ¿Cuál es la energía del fotón incidente?, b)¿Cuánta energía que se requiere para liberar el electrón del metal?, c) ¿Cuáles son la frecuencia de umbral, y la correspondiente longitud de onda? 23.- La cantidad de energía requerida para ionizar el cesio es 3.89 eV. Demostrar mediante cálculo si un haz de luz amarilla con longitud de onda 5830 Å ionizaría un átomo de cesio. 24.- La función de trabajo para el calcio es igual a 2.147 eV ¿Cuál es la frecuencia mínima de la luz para el efecto fotoeléctrico? 25.- La función de trabajo del potasio es 3.52x10 -19 J, ¿Cuál será la energía cinética de los electrones fotoemitidos de ese metal, si se incide luz con una longitud de onda de 30 nm? Series Espectrales. 26.- En el espectro del hidrógeno se detecta una línea a 1880 nm ¿Es una línea de serie de Balmer? Justifíquelo. 27.- Calcular la frecuencia, la longitud de onda y la energía de las líneas alfa, beta, gamma y delta del espectro de emisión del átomo de hidrógeno, de la región visible. 28.- Calcular la frecuencia, la , y E de la línea 3 de la serie espectral de Brackett para el átomo de hidrógeno. 29.- Calcular la , y E para la transición electrónica desde el nivel energético 7 hasta el 5 en el espectro de emisión del hidrógeno. Indique a qué serie y cuál es la línea correspondiente. 30.- ¿Cuál es la longitud de onda de la línea espectral que corresponde a una transición electrónica del nivel n=4 al nivel n=1? 31.- Las líneas espectrales del hidrógeno en la región visible corresponden a transiciones electrónicas desde niveles superiores hasta el nivel basal n 1=2. ¿Cuál es la transición electrónica que corresponde a la línea del espectral de 410.2 nm? 32.- La serie de Pfund del espectro del átomo de hidrógeno tiene como componente de longitud de onda más larga una línea de 7400 nm. Calcule la transición electrónica involucrada. 33.- La primera línea de la serie de Balmer aparece a una longitud de onda de 656.3nm ¿Cuál es la diferencia de energía entre los dos niveles de energía implicados en la emisión que da lugar a esta línea espectral? Naturaleza dual del electrón. 34.- ¿Cuál es la longitud de onda de De Broglie de: a) un electrón que se mueve a un décimo de la velocidad de la luz, b) una persona de 68 Kg corriendo a una velocidad de 4 m/s?, c) un colibrí de 1.62x104 mg que vuela a 1.3 x10 2 m/h? 35.- Cuál debe ser la velocidad en metros por segundo, de un haz de electrones si poseen una longitud de onda de De Broglie de 2 micrómetros? 36.- ¿Cuál es la longitud de onda de De Broglie de una pelota de béisbol de 150 g que viaja a 25 m/s? 3
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Números Cuánticos. 37.- Escriba los valores de los cuatro números cuánticos para cada uno de los electrones de los siguientes elementos: a) 1H, b) 7N, c) 10Ne 38.- Escriba el valor de los números cuánticos para cada uno de los electrones de valencia del fósforo (Z=15). 39.- Un electrón de un cierto átomo está en el nivel cuántico, n = 2. Refiera los valores posibles de y m que pueden tener.
l
40.- Dé los valores de los cuatro números cuánticos de cada uno de los electrones de valencia del átomo de azufre (Z=16). 41.- De la siguiente serie de números cuánticos = (n, l , m, s), establezca cuáles serían posibles y no posibles para un electrón en un átomo. En este último caso señale el valor del número cuántico incorrecto. a) = (0, 0, 0, ½) d) = (2, 1, -2, ½) g) = (4, 3, -2, ½) b) = (1, 1, 0, ½) e) = (2, 1, -1, ½) c) = (1, 0, 0, -½) f) = (3, 0, 0, ½) 42.- Anote la configuración electrónica de la capa de valencia, junto con los valores correspondientes de los números cuánticos para un elemento químico perteneciente a la familia 6A y del cuarto periodo. Configuraciones electrónicas. 43.- Escriba las configuraciones electrónicas de los siguientes iones y elementos. No usar Kernel: a) 11Na, b) 11Na+, c) 8O2-, d)35Br, e) 35Br -, f) 48Cd, g)78Pt 44.- Usando diagramas de cuadros escriba las configuraciones electrónicas de: a) 79 Au. Diga si son diamagnéticos, paramagnéticos y sí presentan o no anomalía.
29Cu,
b) 42Mo, c)
45.- El calcio es un elemento del grupo IIA y se encuentra en el cuarto periodo de la tabla periódica ¿Cuál es la configuración de su capa de valencia? 46.- Escriba las configuraciones electrónicas de los siguientes átomos e indique si son paramagnéticos o diamagnéticos a) 26Fe, b) 47 Ag, c) 52Te 47.- Escriba las configuraciones electrónicas de los siguientes iones isoelectrónicos. Establezca si son paramagnéticos o diamagnéticos a) 20Ca2+, b) 17Cl-, c) 16S248.- Describa cómo se comparan entre sí las configuraciones electrónicas de los elementos en su estado fundamental en un periodo y en un grupo. Defecto de masa. 49.- Calcule la energía de enlace nuclear. a) Yodo-127 cuyo número atómico es 53, y tiene una masa atómica de 126.9004 uma. b) Bismuto 209 cuyo número atómico es 83, y tiene una masa atómica de 208.9804 uma. c) Helio 4 cuyo número atómico es 2, y tiene una masa atómica de 4.0026 uma. d) Cloro 35 cuyo número atómico es 17, y tiene una masa atómica de 34.9592 uma.
III.- RESPUESTAS. 1.- 5.04x1014 s-1, 6.00x1014 s-1, respectivamente. La luz verde. 2.- 4.149x102 nm, 4.149x103 Å. 4
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3.4.- a) 4.28x1014 s-1, 2.84x10-19 J; b) 7.5x10 14 s-1, 4.97x10 –19J. 5.- 5.102x1014 s-1, 2.11 eV. 6.- 6.52x1014 s-1, 4.32x10-19 J. 7.- a) 333.3 m, 5.96x10 -28 J; b) 2.0x10 –10 m, 9.94x10 –16J. 8.- 1.239x1015 s-1, 8.206x10-12 erg. 9.- 6.881x1014 s-1, 4.555x10-12 erg. 10.-5.81 x10 –19J. 11.-a) 4.67x10-19 J, b) 2.91 eV 12.-3.747x10-11 erg, no provoca efecto. 13.-2.128 eV, no provoca efecto. 14.-1.197x1018 fotones por pulso. 15.-4.045x10-12 erg. 16.-a) 5.43x1014 Hz; b) 5513 Å; c) 2.247 eV. 17.-a) 6.71x1014 s –1, b) 4.47x10 –7 m, c) 2.776 eV. 18.-a) 9.72x1014 Hz, b) 3.08x10 –7 m, c) 2.921 eV. 19.-a) 5.12x1015 Hz; b) 586 Å; c) 6.48x10 14 Hz; d) 4632.2 Å. 20.-5.785 x 105 m/s 21.-a) 8.75x1014 Hz, b) 3.43x10 -7 m c) 1.103x1015 Hz, d) 2.72x10 -7 m. 22.- a) 4.97x10-19 J, b) 3.59x10-19 J, c) 5.42x10 14 Hz, 5.54x10-7 m. 23.-El valor calculado de la energía de la luz amarilla es 2.13 eV por lo tanto no es capaz de ionizar al cesio cuya energía potencial es 3.89 eV. 24.-5.19x1014 s-1. 25.-6.62775 x10-18 J. 26.-No, porque la serie de Balmer corresponde a la región visible que se localiza en el intervalo de 400 a 700 nm, y esa línea es la 1 de la serie Paschen. 27.Línea Hα Hβ Hγ H –19 –19 –19 Energía (J) 3.029x10 4.09x10 4.57x10 4.84x10 –19 -1 Frecuencia (s ) 4.56x1014 6.17x1014 6.91x1014 7.31x1014 Longitud de onda (nm) 657 486 434 410 14 -1 -4 -13 28.-1.385x10 s , 2.166x10 cm, 9.167x10 erg. 29.-4.654x10-4 cm, 4.267x10-13 erg. 30.-9.72x10 –8 m. 31.-n2 = 6 32.-n1 = 5, n2 = 6 33.-3.03 x10 –19J 34.-a) 2.42 x10-11 m, b) 2.44x10 -36 m), c) 1.13x10 -30 m. 35.-363.7 m/s. 36.-1.77x10-34 m. 37.a) Hidrógeno b) Nitrógeno c) Neón n 1 1 1 2 2 2 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 l 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 m 0 0 0 0 0 -1 0 1 0 0 0 0 -1 0 1 -1 0 1 s ±½ ½ -½ ½ -½ ±½ ±½ ±½ ½ -½ ½ -½ ½ ½ ½ -½ -½ -½ 38.-3s23p3 Electrones de valencia # cuántico 1 2 3 4 5 n 3 3 3 3 3 l 0 0 1 1 1 m 0 0 -1 0 1 s ½ -½ ±½ ±½ ±½ 39.n 2 2 2 2 2 2 2 2 l 0 0 1 1 1 1 1 1 1.349x107 nm,
1.349x108 Å.
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QUÍMICA INORGÁNICA m s 2 40.- 3s 3p4
0 ½
0 -½
-1 ½
0 ½
1 ½
-1 -½
0 -½
1 -½
Electrones de valencia 1 2 3 4 5 6 n 3 3 3 3 3 3 l 0 0 1 1 1 1 m 0 0 -1 0 1 -1 s ½ -½ ½ ±½ ±½ -½ 41.- c, e, f, g son posibles; a, b, d son imposibles. 42.- 4s24p4 Electrones de valencia No cuántico 1 2 3 4 5 6 n 4 4 4 4 4 4 l 0 0 1 1 1 1 m 0 0 -1 0 1 -1 s ½ -½ ½ ±½ ±½ -½ 43.a) 1s22s22p63s1 e) 1s22s22p63s23p64s23d104p6 b) 1s22s22p6 f) 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d10 2 2 6 c) 1s 2s 2p g) 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s14f 145d9 d) 1s22s22p63s23p64s23d104p5 44.a) 1s22s22p63s23p64s13d10. Paramagnético, presenta anomalía. b) 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d5. Paramagnético, presenta anomalía. c) 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s14f 145d10. Paramagnético, presenta anomalía. 45.- 4s2 46.a) 1s22s22p63s23p64s23d6. Paramagnético de bajo espín. b) 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d10. Paramagnético de bajo espín. c) 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p4 Paramagnético de alto espín. 47.a) 1s22s22p63s23p6 b) 1s22s22p63s23p6 c) 1s22s22p63s23p6 48.- En un periodo el último nivel es constante, mientras que en un grupo, el nivel va aumentando de arriba hacia abajo. 49.a) 1.72x10-10 J. b) 2.03x10-10 J. c) 4.55x10-12J. d) 4.90x10 –11 J. No cuántico
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