1a. Lista de Exercícios de Química Inorgânica I - IC-614 Prof. Antonio Gerson Bernardo da Cruz email:
[email protected] 1.1. Descreva brevemente o modelo de Bohr e como este explicou o espectro de emissão do hidrogênio. Como o modelo de Bohr difere da física clássica? 1.2. Como a hipótese de De Broglie justifica o fato de que as energias do elétron no átomo de hidrogênio são quantizadas? 1.3. Qual o significado físico de ! 2 para um dado ponto em orbital atômico? 1.4. Considere a seguinte afirmação: o átomo de hidrogênio não possui orbitais 3s. Esta afirmação é correta? Discuta. 1.5. Com cada um dos orbitais 2p se difere um do outro? O que há de errado em se escrever os orbitais atômicos 1p, 1d, 2d, 1f, 2f e 3f? Explique o que significa dizer que os orbitais 4s são mais penetrantes do que os orbitais 3d? 1.6. Suponha que a incerteza na determinação da posição de um elétron em órbita circular em um átomo seja 0,4 Å. Qual é a incerteza na sua velocidade? 1.7. Uma pessoa que pesa 77 kg corre a 1,5 m s !1 . (a) Calcule o momento e o comprimento de onda dessa pessoa. (b) Qual é a incerteza na determinação de sua posição em qualquer instante se for possível medir seu momento dentro de ±0,05%? (c) Preveja as variações que ocorreriam se neste problema a constante de Planck fosse 1 J s. 1.8. A energia de ligação do magnésio metálico é de 5,86 x 10 -19 J. Calcule a frequência mínima da luz necessária para liberar os elétrons do metal. Qual a energia cinética dos elétrons ejetados se uma luz de frequência 2,0 x 10 15 s -1 é usada para irradiar o magnésio metálico? 1.9. Nêutrons térmicos são nêutrons se movendo a velocidades comparáveis à de partículas no ar em temperatura ambiente. Estes nêutrons são efetivos na inicialização de reações nucleares em cadeia entre isótopos do 235 U. Calcule o comprimento de onda (em nm) associado com um feixe de nêutrons se movendo a 7,0x 10 2 m/s (massa do nêutron = 1,67 x 10 -27 kg). 1.10. Calcule o comprimento de onda de de Broglie para cada um dos seguintes casos: a. Um elétron se movendo com 10% da velocidade da luz. b. Um disco de 400 g arremessado com velocidade de 10 km/h. c. Uma bola de boliche de 3,7 kg rolando em uma rampa a 2,0 m/s. d. Um colibri de 13,7 g voando a uma velocidade de 30 mi/h (1 mi = 1,61 km). 1.11. Um átomo de um elemento desconhecido viaja com 15% da velocidade da luz. O comprimento de onda de De Broglie deste átomo é de 1,06 x 10 -16 m. Identifique o elemento. 1.12. Calcule o comprimento de onda emitido por cada uma das seguintes transições espectrais no átomo de hidrogênio. Que tipo de radiação eletromagnética é emitida em cada caso? a. n = 3 ! n = 2 b. n = 4 ! n = 2 c. n = 2 ! n = 1 d. n = 4 ! n = 3 1.13. Quando um elétron do átomo hélio é removido forma-se a espécie He + . O íon He + tem apenas um elétron e é considerado um átomo hidrogenóide. Calcule os comprimentos de onda em ordem crescente das primeiras quatro transições na série de Balmer para o íon He + . Compare esse resultado com os observados para o átomo de H. (constante de Rydberg para o He, R H = 4,39 x 10 7 m -1 ). 1.14. Considere um elétron do átomo de hidrogênio no estado excitado. O comprimento de onda máximo que pode remover completamente este elétron (ionizar) é 1460 nm. Determine o estado eletrônico inicial para o elétron. 1.15. Qual dos seguintes conjuntos de números quânticos não são permitidos no átomo de hidrogênio? Para o conjunto que estiver incorreto, aponte a inconsistência. a. n = 3, l = 2 ml = +2; b. n = 4, l = 3, ml = +4; c. n = 0, l = 0, ml = 0; d. n = 2; l = -1, ml = +1; e. n = 3, l = 3 ml = 0; ms = -! f. n = 4, l = 3, ml = +2, ms = -!; g. n = 4, l = 1, ml = +1, ms = +!; h. n = 2; l = 1, ml = -1, ms = -1; i. n = 5, l = -4, ml = +2, ms = +!; j. n = 3, l = 1, ml = +2, ms = -! 1.16. Qual o número máximo de elétrons em um átomo que tem os seguintes números quânticos? a. n = 5, ml = +1 b. n = 5, ms = +! c. n = 3; l = 2 d. n = 2, l = 1 e. n = 0, l = 0, ml = 0 f. n = 2, l = 1, ml = -1, ms = -!; g. n = 3; ms = +! h. n = 2, l = 2 i. n = 1, l = 0, ml = 0 1 a. Lista de Exercícios de Química Inorgânica I - IC-614 Prof. Antonio Gerson Bernardo da Cruz email:
[email protected] 1.17. Quando um elétron faz uma transição entre níveis de energia de um átomo de hidrogênio, não há restrições nos valores inicial e final do número quântico principal n. No entanto, há uma regra mecânico-quântica que restringe os valores inicial e final do número quântico de momento angular l . Esta regra de seleção, a qual afirma que !l = ± 1; Em uma transição o valor de l pode aumentar ou diminuir por uma unidade. Com base nessa regra, qual das seguintes transições são permitidas: a. 1s !2s b. 2p !1s c. 1s !3d d. 3d !4f e. 4d !3s 1.18. Para os orbitais 3p z , 4d xz , 4s, 4d z 2 e 5d x 2 !y 2 de um átomo hidrogenóide, desenhe o que se pede: a. O gráfico da função radial R(r); b. O gráfico da função de probabilidade radial R 2 (r). 1.19. Escreva a configuração eletrônica para os seguintes íons: a. V 2+ b. Cr 3+ c. Fe 3+ d. Zn 2+ e. Ag + f. Pt 2+ 1.20. Qual das seguintes configurações é a mais favorável? Justifique em termos das energias coulômbica, " c , e de troca, " e , para cada caso. a. ou b. ou c. ---- ou ---- d. ou 1.21. Quais são os possíveis estados para a configuração d 3 ? Determine as energias coulômbica, " c , e de troca, " e , para cada caso. Classifique os estados em ordem crescente de energia. 1.22. Os gráficos de probabilidade radial fornecem uma visão sobre as questões de blindagem e carga nuclear efetiva. Interprete as funções de probabilidade radial na Figura abaixo e explique por que a ordem geral de preenchimento dos orbitais é n = 1, seguido de n = 2, seguido de n = 3. Interprete os gráficos para 3s, 3p, e 3d racionalizando a ordem de preenchimento para esses orbitais. 1.23. Explique brevemente cada caso em termos da configuração eletrônica. a. O íon mais comum formado pela prata tem carga +1; b. Cm tem configuração eletrônica com final s 2 d 1 f 7 ao invés de s 2 f 8 ; c. Sn normalmente forma um íon com carga +2; 1 a. Lista de Exercícios de Química Inorgânica I - IC-614 Prof. Antonio Gerson Bernardo da Cruz email:
[email protected] 1.24. Explique os seguintes fenômenos: a. A configuração eletrônica do Cr é [Ar] 4s 1 3d 5 ao invés de [Ar] 4s 2 3d 4 . b. A configuração eletrônica do Ti [Ar] 4s 2 3d 2 , porém a do Cr 2+ é [Ar] 3d 4 . 1.25. Usando a regra de Slater, determine Z ef para: a. um elétron 3p no P, S, Cl e Ar. Os valores obtidos são concordantes com os tamanhos relativos desses átomos? b. Um elétron 2p no O 2- , F - , Na + e Mg 2+ . Os valores obtidos são concordantes com os tamanhos relativos desses íons? c. Um elétron 4s e 3d do Cu. Qual elétron é mais provável de ser perdido quando o cobre forma um íon positivo? d. Um elétron 4f do Ce, Pr e Nd. Existe um diminuição do tamanho, conhecida como contração lantanídea, como o aumento do número atômico? Os valores de Z ef são consistentes com esta tendência? 1.26. Use a regra de Slater para calcular Z ef sobre o elétron de valência do np do Al, Ga, In e Tl. Comente os resultados com base na energia de ionização para estes elementos. 1.27. Nos elementos da primeira série de transição do Sc ao Zn, há uma pequena queda no raio atômico do Sc passando pelo Ti até o V, daí então os valores flutuam na faixa de 0,124 a 0,133 pelo resto da série. Explique por que os raios atômicos se mantém razoavelmente constante ao logo dos elementos do bloco d. 1.28. Um dos fatores que afetam a primeira energia de ionização é a carga nuclear. Li tem um próton a mais do que o hélio (maior Z), e mesmo assim tem energia de ionização (519 kJ/mol) muito menor do que o He (2370 kJ/mol). Explique. 1.29. Explique porque a primeira energia de ionização do Al (577 kJ/mol) é menor do que para o Mg (736 kJ/mol). 1.30. Na primeira série de transição os elementos o Sc ao Zn, exceto do Zn, todos os elementos tem energias de ionização muito similares apesar do aumento da carga nuclear. Explique porque os elementos do Sc ao Cu tem primeira energias de ionização muito semelhantes. 1.31. De acordo com a configuração eletrônica, explique porque: a. o enxofre tem um afinidade eletrônica menor do que o cloro. b. O iodo tem uma afinidade eletrônica mais baixa do que o bromo. c. O boro tem uma energia de ionização mais baixa do que o berílio. d. O enxofre tem energia de ionização menor do que o fósforo. 1.32. A segunda energia de ionização do He é quase exatamente 4x a energia de ionização do H, a terceira energia de ionização do Li é quase 9x a energia de ionização do H: EI(MJ.mol -1 ) H (g) H + (g) + e- He + (g) He 2+ (g) + e- Li 2+ (g) Li 3+ (g) + e- 1, 3120 5,2504 11,8149 Explique esta tendência com base na equação de Bohr para a energia dos níveis para sistemas monoeletrônicos. 1.33. O tamanho dos átomos de metal de transição diminuem ligeiramente da esquerda para direita na tabela periódica. Quais fatores devem ser considerados para explicar essa diminuição? Por que o raio diminui e por que essa diminuição é gradual?