UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE -UFS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA- CCET DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - DQI PROF.: ANTONIO REINALDO CESTARI

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE -UFS CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA- CCET DEPARTAMENTO DE QUÍMICA - DQI PROF.: ANTONIO REINALDO CESTARI Teoria atômica - Exemplos numéricos 1) A freqüência da radiação usada em todos os fornos de micro-ondas vendidos nos Estados Unidos é 2,45 GHz. (A unidade GHz significa gigahertz; 1GHz é um bilhão de ciclos por segundo, ou 10 9 s -1.) Qual é o comprimento de onda (em metros) dessa radiação? Compare o comprimento de onda da radiação de micro-ondas com o comprimento de onda da luz visível laranja, com λ = 625 nm. A radiação de microondas é mais longa ou curta do que a radiação da luz laranja? Cálculo da frequência da luz laranja, que tem λ = 625 nm: O comprimento de onda da radiação do micro-ondas em metros pode ser calculado diretamente da equação Deve-se converter 625 nm para a unidade em metros para que a unidades sejam comparáveis. 625nmX 9 1x10 m 1nm = 6,25X10 7 m

2 O comprimento de onda da radiação em micro-ondas é aproximadamente vezes mais longo que o da luz laranja. 2) Os aparelhos que tocam CDs utilizam lasers que emitem luz vermelha com um comprimento de onda de 685 nm. Qual é a energia de um fóton dessa luz?

3 A energia de um mol de fótons de luz vermelha é equivalente a 175 kj. 3) Calcule as energias dos estados n=1 e n=2 do átomo de hidrogênio em joules por átomo e em kj/mol. Qual é a diferença de energia destes dois estados? Use Quando n=1, a energia de um elétron em um único átomo de H é: Em unidades de quilo joules por mol, temos:

4 Quando n = 2, a energia é: Finalmente, uma vez que E 2 = E 1 /4, calculamos E 2 como - 328,1 kj/mol. A diferença de energia, E, entre os dois primeiros estados de energia do átomo de H é Observe que as energias calculadas são negativas para um elétron em n=1 ou n=2, sendo E 1 mais negativo do que E 2. 4) Calcule o comprimento de onda da linha verde no espectro visível de átomos excitados do H usando a teoria de Bohr. A linha verde é a segunda linha mais energética no espectro visível do hidrogênio e origina-se dos elétrons que se movem de n = 4 para n = 2. Usando a equação seguir, onde n final = 2 e n inicial = 4, temos:

5 Sendo Rhc igual a kj/mol, de forma que a transição de n = 4 para n = 2 envolve uma variação de energia de: O comprimento de onda pode agora ser calculado. Primeiro, a energia do fóton, E fóton, é expressa como J/fóton: Agora, aplica-se a equação de Planck, onde E fóton = hv = hc/, e portanto

6 O valor experimental é 486,1 nm. Isso representa um excelente acordo entre experimento e teoria. 5) Calcule o comprimento de onda associado com um elétron de massa que viaja a 40,0 % da velocidade da luz. Massa do elétron = = 1, m.s -1 Substituindo esses valores na equação e de Broglie, temos: Em nanometros, o comprimento de onda é 6) Dê a configuração eletrônica do enxofre usando as notações spdf do gás nobre e de orbitais em caixas.

7 O enxofre, número atômico 16, é o sexto elemento do terceiro período (n=3), e está no bloco p. Os últimos seis elétrons atribuídos ao átomo têm consequentemente a configuração 3s 2 3p 4. Esses são precedidos pelas camadas completas n=1 e n=2, o arranjo eletrônico para o Ne. A configuração eletrônica do enxofre é: Notação spdf completa: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 Notação spdf do gás nobre: [Ne] 3s 2 3p 4 Notação de orbitais em caixa: [Ne] 3s 3p 7) Coloque os elementos 13 Al, 6 C e 14 Si em ordem crescente de raio atômico. O raio atômico diminui ao longo do período; portanto, o Si deve possuir um raio atômico menor do que o Al. Porém, o raio aumenta grupo abaixo. Como o C e o Si estão no mesmo grupo (Grupo 14), o Si deve ser maior que o C. Em ordem crescente de raio, a tendência é, portanto, C < Si < Al. 8) Comparar os elementos 6 C, 8 O e 14 Si. a) Coloque-os em ordem crescente de raio atômico. b) Qual deles tem a maior energia de ionização? c) Qual deles tem a afinidade eletrônica mais negativa: O ou C?

8 a) O raio atômico diminui ao percorrermos o período; portanto, o oxigênio deve possuir um raio atômico menor do que o carbono. Porém o raio aumenta grupo abaixo. Como o C e o Si estão no mesmo grupo (Grupo 14), o Si deve ser maior que o C. Em ordem crescente de raio, a tendência é, portanto, O < C < Si. b) A energia de ionização (EI) geralmente aumenta ao longo de um período e diminui grupo abaixo; uma grande diminuição em EI ocorre entre os elementos do segundo e do terceiro períodos. Portanto, a tendência das energias de ionização deve ser Si < C < O. c) Os valores de afinidade eletrônica (AE) geralmente tornam-se mais negativos ao longo de um período e menos negativos grupo abaixo. Portanto, a AE do O deveria ser mais negativa do que a AE para o C. Ou seja, o O (AE = -141,0 kj/mol) tem uma afinidade maior por um elétron do que o C (AE = -121,9 kj/mol).