Serie No. 2“Estructura Atomica y Enlace Quımico”

Eduardo Hernandez Huerta

eduardohrzh@gmail.com

21 de septiembre de 2016

Objetivo General

Comprender la constitucion de los atomos, los experimentos que dieron origen almodelo de la estructura electronica de los atomos. Y establecer las reglas que permitandescribir la distribucion de Z electrones en el atomo.

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Problema 1. Un quımico encuentra que 30.82 g de nitrogeno reaccionan con 17.60 g, 35.20g, 70.40 g o 88.00 g de oxıgeno para formar cuatro compuestos diferentes. (a) Calcularla masa de oxıgeno por gramo de nitrogeno en cada compuesto. (b) ¿Como apoyan losnumeros del inciso (a) la teroıa atomica de Dalton?

Problema 2.1. Para cada una de las siguientes figuras, indique ¿El nombre del experimento y quien lorealizo?

2. Figura A: en que consisten los rayos emitidos por el catodo. Figura B: ¿Que tipode material es empleado en el experimento? Indique el tipo de rayos derivador de emplearun campo electrico a la radiacion proveniente del material W. Figura C: ¿A que tipo departıculas corresponde X? N y M representan dos elementos del atomo, mencione cualesson. Figura D: ¿Que tipo de partıculas son expulsadas? y ¿Que condicion se debe cumplirpara que las partıculas sean emitidas?

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Problema 3. Los experimentos de:J.J. Thomson R. Millikan E. Rutherfor

demostraron la existencia y/o midieron:(a) El nucleo atomico y la desviacion de partıculas α(b) La molecula y su masa(c) El electron y la relacion carga-masa (m/e−)(d) El proton y su carga(e) La carga propia del electron (e− = −1.602× 10−19 C)

Problema 4. Sabiendo que la relacion carga-masa del electron es de 175 Coulomb/µgramoy que su carga es de 1.602× 10−19 Coulomb, calcule la masa de esta partıcula subatomicaen: (a) gramos y (b) u.m.a.

Problema 5. Un atomo de estano (Sn) tiene un diametro aproximado de 2.8× 10−8 cm.(a) ¿Cual es el radio de un atomo de estano en angstroms (A) y en metros (m)? (b)¿Cuantos atomos de Sn tendrıan que ser colocados de lado a lado para extenderse unadistancia de 6.0 µm? (c) Si se asume que el atomo de Sn es una esfera ¿Cual es el volumenen m3 y en ft3 de un atomo aislado?

Problema 6. El Galio (Ga) consiste de dos isotopos naturales con masas de 68.926 u.m.a.y 70.925 u.m.a.(a) Llenar la siguiente tabla:

Isotopo masa No. e− No. P+ No. n

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(b) La masa atomica promedio del Ga es de 69.72 u.m.a., calcular la abundancia de cadaisotopo.

Problema 7. Naturalmente el magnesio (Mg) tiene la siguiente abundancia isotopica:

Isotopo Abundancia masa atomica (u.m.a.)24Mg 78.99 % 23.9850425Mg 10.00 % 24.9858426Mg 11.01 % 25.98259

(a) ¿Cual es la masa atomica promedio del Mg?

Problema 8. Completar la siguiente tabla, asumiendo que cada columna representa unatomo neutro.

Simbolo 65Zn

No. P+ (Z) 44 92

No. n 57 49

No. e− 38 47

No. Masa (A) 108 235

Problema 9. Un cubo de platino (Pt) tiene un borde con una longitud de 1.0 cm. (a)Calcule el numero de atomos de Pt en el cubo. (b) Los atomos tienen forma esferica. Porlo tanto, los atomos de platino en el cubo no podran llenar todo el espacio disponible. Sisolo 74 % del espacio al interior del cubo esta ocupado por atomos de Pt, calcule el radioen picometros de un atomo de Pt. La densidad del Pt es de ρ(Pt) = 21.45 g/cm3 y la masade un solo atomo de Pt es de 195.1172 u.m.a.

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Problema 10. Los elementos se clasifican como:(a) : los cuales conducen la electricidad, poseen brillo y son maleables y ductiles.(b) : no conducen la electricidad y no son maleables ni ductiles.(b) : mismos que poseen la apariencia y algunas propiedades de (a) pero secomportan quımicamente como (b).

Problema 111. Indique la ubicacion de:(a) los metales alcalinos (e) metales alcalinoterreos(b) gases nobles (f) metales de transicion(c) enliste los periodos (g) halogenos(d) indique las familias (h) lantanidos y actınidos

2. De los cinco cuadros senalados con letras griegas indique cual es:(a) Metal: (b) No metal: (c) actınido:(d) Gase noble: (e) alcalinoterreo:

3. Predecir el tipo de ion y su carga para cada elemento correspondiente a los cinco cuadroscoloreados en la tabla periodica.

Problema 12. Identifique las siguientes sustancias como elementos, compuestos molecu-lares o compuestos ionicos: (a) HCl; (b) S8; (c) CoS; (d) Ar; (e) CS2; (f) SrBr2.

Problema 13. Indique el tipo de ion y escriba el simbolo (AZXcarga) de la especie quımicaque tiene: (a) 11 protones, 13 neutrones y 10 electrones; (b) 13 protones, 14 neutrones y10 electrones; (c) 34 protones, 45 neutrones y 36 electrones; (d) 8 protones, 9 neutrones y10 electrones.

Problema 14. Todas las sustancias que aparacen a continuacion se utilizan como fertili-zantes, que contribuyen a la nitrogenacion del suelo. (a) Indicar la composicion quımica delas sustancias; (c) Escribir la formula molecular; (c) ¿Cual de ellas representa una mejorfuente de nitrogeno, de acuerdo con su composicion porcentual masa?

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Problema 15. Los fotones de rayos γ emitidos por la desintegracion nuclear de un atomode tecnecio-99 empleado en radiofarmacia poseen una energıa de 140.511 keV. Calcule lalongitud de onda (λ) de dichos rayos γ. (1 eV = 1.602177× 10−19 J)

Problema 16. La velocidad de un electron expulsado de una superficie metalica por unfoton es 3.6 × 103 m/s. (a) ¿Cual es la longitud de onda del electron expulsado? (b) Nose emiten electrones desde la superficie del metal hasta que la frecuencia de la radiacionalcanza 2.50×1016 Hz ¿Cuanta energıa se requiere para remover al electron de la superficiedel metal? (c) ¿Cual es la longitud de onda de la radiacion que causo la fotoexpulsion delelectron? (d) ¿Que tipo de radiacion electromagnetica se utilizo?

Problema 17. Examine los siguientes niveles de energıa de un atomo hipotetico y losrespectivos procesos:

(a) ¿Cual es la longitud de onda del foton que puede excitar a un electron desde el nivelE1 hasta el nivel E4; (b) Cual es la energıa (en joules) que debe tener un foton para excitarun electron desde el nivel E2 hasta el nivel E3? (c) Cuando un electron cae desde el nivelE3 hasta el nivel E1 se dice que el atomo experimenta emision. Calcule la longitud de ondadel foton emitido en este proceso.

Problema 18. (a) ¿Cuantos valores del numero cuantico l son posibles cuando n = 7? (b)¿Cuantos valores ml estan permitidos para un electron en un subnivel 6d? (c) ¿Cuantosvalores de ml estan permitidos para un electron en un subnivel 3p? (d) ¿Cuantos subnivelesexisten en el nivel con n = 4?

Problema 19. De los siguientes conjuntos de cuatro numeros cuanticos {n, l,mp,ms},identifique los que estan prohibidos para un electron en un atomo y explique por que soninvalidos: (a) {2, 2,−1,+1

2}; (b) {6, 0, 0,+12}; (c) {5, 4,−5,+1

2}.

Problema 20. ¿Cual es la configuracion electronica del estado fundamental esperada paracada uno de los siguientes elementos: (a) plata; (b) berilio; (c) antimonio; (d) galio; (e)tungsteno; (f) yodo?

Problema 21. Determine si cada una de las siguientes configuraciones electronicas repre-senta el estado fundamental o un estado excitado del atomo dado:

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