Problemas de Estructura Atómica

UNI FIQT- AACB Estructura atómica

I. PROBLEMAS DE ESTRUCTURA ATÓMICA

1. Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposiciones siguientes:

a) Según la teoría atómica de Dalton, los elementos químicos presentan

isótopos.

(F)THOMSON

b) La desviación de los rayos canales por los imanes es menor que en

los rayos catódicos. (V)

c) La luz de color azul tiene mayor frecuencia que la luz de color roja (V)

d) Según el modelo atómico de Rutherford los elementos deben tener un

espectro discontinuo. (F)

e) La vida media de un elemento radiactivo disminuye, a temperaturas

muy bajas del sistema. (V)

f) En el tubo de Crookes es posible la producción de rayos catódicos,

rayos canales y rayos x (F)

g) La longitud de onda mínima de la serie de las líneas espectrales de

Lyman para el hidrogeno, según el modelo atómico de Bohr es RH-1 (F)

h) Según el modelo atómico de Bohr la energía para una misma orbita es

mayor en la especia atómica que en 2He+ (V)

i) El espectro de emisión la luz solar es discontinuo. (F)

j) El momento angular para un electrón, en la segunda orbita es 4 h,

según el modelo atómico de Bohr para el hidrógeno. (F)

2. Un tubo de rayos catódicos funciona con una diferencia de potencial de 104 V.

Calcular la energía y la velocidad que poseen los electrones al chocar

violentamente contra el anticátodo (ánodo).

3. La tierra recibe energía radiante procedente del sol en cantidad, sobre una

superficie normal a la radiación, de 8,12 J por centímetro cuadrado y por

Ing. J. J. Flores Ramos 1


minuto. Calcular la temperatura de un cuerpo negro que emita energía a esta

misma velocidad.

σ = 5,673x10-12 J/cm2. s. K4

4. La función trabajo para el oro es 7,5. 10-18 J. ¿Cuál será la velocidad máxima

de los electrones expelidos desde el oro que está siendo irradiado con luz UV

de longitud de onda 22,1 nm?

Masa del electrón = 9,1. 10-28 g

c = 3. 108 m.s-1

h = 6,63. 10-34 J. S

5. Una radiación monocromática que tiene una longitud de onda en el vacío de

600 nm y una potencia de 0,54 W, penetra en una célula fotoeléctrica de

cátodo de cesio cuyo trabajo de extracción es de 2,0 eV. Determine:

a) El número de fotones por segundo que viajan con la radiación.

b) La longitud de onda umbral del efecto fotoeléctrico para el cesio.

c) La energía cinética de los electrones emitidos.

d) La velocidad con que llegan los electrones al ánodo si se aplica una

diferencia de potencial de 100 V.

6. En una serie de decaimientos el torio-232 pierde un total de 6 partículas alfa y

4 partículas beta en un proceso de 10 pasos. ¿Cuál es el isótopo final

producido?

7. Un objeto antiguo de madera tiene una actividad de 9,6 dpm por gramo de

carbono, en cambio el carbono de un árbol vivo sufre 18,4 dpm por gramo de

carbono, con base a la actividad del carbono-14 (con vida media de 5,73x103

años). Calcule la edad del objeto.



8. El período de semidesintegración de un núcleo radiactivo es de 100 s. Una

muestra que inicialmente contenía 109 núcleos posee en la actualidad 107

núcleos. Calcular:

a) La antigüedad de la muestra.

b) La vida media.

c) La actividad de la muestra dentro de 1000 s.

9. Si inicialmente tenemos 1 mol de átomos de radio, ¿cuántos átomos se han

desintegrado en 1995 años?

El período de semidesintegración del radio: 1840 años

10. Calcular la energía y la longitud de onda de los rayos gamma, originados en la

transmutación 7Li (p, γ) 8Be. Suponer que todo el defecto de masa aparece

como energía de los rayos gamma producidos. Las masas de los tres isótopos

que intervienen en el proceso son:

7Li = 7,01818 u, 1H = 1,00813 u, 8Be = 8,00777 u

11. ¿Calcúlese la energía en Mev liberada en las dos reacciones nucleares?

a) 4 1H → 4He + 2 +1β b) 22H → He

12. a) Calcule el defecto de masa y la energía total del enlace del isótopo de

masa atómica 15,0001089 u.

b) Calcule la energía de enlace por nucleón.

Masa del protón = 1,007276 u

Unidad de masa atómica (u) = 1,66.10-27 Kg

Masa del neutrón = 1,008665 u



Velocidad de la luz en el vacío c = 3.108 m s-1

13. ¿Qué energía se libera por núcleo en una reacción nuclear en la que se

produce un defecto de masa de 0,1 u?

14. La energía que se requiere, para ionizar moléculas de H2 es de unos 1500

kJ.mol-1, conviértase esta energía a Mev por molécula y dígase si la partícula α

que emite el 226Ra puede ionizar fácilmente al H2. ¿Sería esto cierto también

para las partículas β- del 3H?

15. El periodo de semidesintegración de cierto isótopo radiactivo es igual a 3 h

¿Qué masa de este quedará sin desintegrarse al cabo de 18 h, si su masa

inicial fue 200 g?

16. Completar las reacciones nucleares siguientes:

a) 232Th → α b) 40K → CE

c) 239Np → β- c) 55Co → β+

17. La reacción química, 2 H (g) → H2 (g) libera 432 kJ por mol H2 formado. ¿En

cuánto debe ser menor la masa de un mol de H2 que la de dos moles de

átomos de H?

18. Uno de los sueños de los alquimistas era producir oro a partir de elementos

más baratos. Este sueño fue finalmente realizado cuando el 198Hg fue

convertido en oro por bombardeo con neutrones. Escriba las reacciones.

19. El radio de un núcleo de U-235 es aproximadamente 7.103 pm, con esta

información y considerando que la masa atómica es 235 u, determine la

densidad del aproximadamente.



20. El período de semidesintegración del estroncio-90 es de 28 años. Calcule:

a) Su constante de desintegración.

b) El tiempo que deberá transcurrir para que una muestra de 1,5 mg se

reduzca un 90%

21. El período de semidesintegración del polonio-210 es de 138 días. Si

disponemos inicialmente de 2 mg de polonio-210. ¿Qué tiempo debe de

transcurrir para que queden 0,5 mg?


a) La luz de color rojo tiene menor frecuencia que la luz de color azul.

( )

b) Los rayos catódicos, rayos gamma y rayos UV son radiaciones

electromagnéticas. ( )

c) El efecto Zeeman se puede explicar con el modelo atómico de Bohr. ( )

d) El origen de la formación de los rayos X es la transición electrónica. ( )

e) Los rayos canales son protones que se mueven a gran velocidad. ( )

f) La cuarta línea espectral de Lyman está en la zona visible del espectro

elctromagnético. ( )

g) Rutherford descubrió el núcleo atómico y aplicó la teoría cuántica en su

modelo atómico. ( )

h) Al disminuir la temperatura aumenta la vida media de un elemento

radiactivo. ( )


a) Los rayos catódicos se generan a un alto voltaje y muy baja presión, los

cuales son independientes del gas en el tubo pero dependen de la

composición del cátodo. ( )



b) El efecto compton demuestra que la luz tiene naturaleza ondulatoria. ( )

c) El subnivel d está formado por 5 orbitales degenerados de los cuales 3

orbitales se encuentran orientados entre los ejes y 2 orbitales a lo largo de los

ejes. ( )

d) Según el modelo atómico de Bohr la energía en la tercera orbita del átomo de

hidrógeno es mayor que de la especie atómica, 3Li2+. ( )

e) El boro (Z = 5) es paramagnético. ( )

f) Los protones tienen 2 quarks up y 1 quark down. ( )

g) En la teoría M se requieren de 11 dimensiones y con el cual se puede explicar

el origen del universo. ( )

h) La carga nuclear efectivo de 2s es menor que 2p. ( )

24. ¿Cuál sería el máximo número de líneas espectrales de emisión generadas

por el átomo de hidrógeno, según el modelo atómico de Bohr?

Considere que los únicos niveles energéticos del hidrógeno son de n = 1

al n = 7.


a) Los rayos catódicos se generan a un alto voltaje y muy baja presión, los

cuales son independientes del gas en el tubo pero dependen de la

composición del cátodo. ( )

b) El efecto compton demuestra que la luz tiene naturaleza corpuscular. ( )

c) El subnivel d está formado por 5 orbitales degenerados de los cuales 3

orbitales se encuentran orientados entre los ejes y 2 orbitales a lo largo de los

ejes. ( )

d) Según el modelo atómico de Bohr la energía en la tercera orbita del

átomo de hidrógeno es mayor que de la especie atómica, 3Li2+.

( )



e) En la teoría M se requieren de 11 dimensiones y con el cual se puede explicar

el origen del universo. ( )

f) La carga nuclear efectivo de 2s es menor que 2p. ( )

26. Considere las longitudes de onda de Louis de Broglie de un electrón y de un

protón. Razone cuál es menor si tienen, el mismo módulo de la velocidad.

27. En un conductor metálico los electrones se mueven con una velocidad de 10-2

cm/s, según la hipótesis de De Broglie, ¿cuál será la longitud de onda

asociada a estos electrones?

28. Un haz de electrones se somete a una diferencia de potencial de 60 KV.

Calcular:

a) La velocidad de los electrones.

b) La longitud de onda que llevan asociada.

29. Hacer las configuraciones electrónicas de las siguientes especies químicas:

24Cr+ 47 Ag+ 26Fe2+

30. ¿Cuál es la longitud de onda asociado a un protón que se mueve a una

velocidad de 0,8 c? Dar la respuesta en nm.

Masa de un protón = 1,673x10-24 g

31. Un objeto antiguo de madera tiene una actividad de 9,6 dpm por gramo de

carbono, en cambio el carbono de un árbol vivo sufre 18,4 dpm por gramo de

carbono, con base a la actividad del carbono-14 (con vida media de 5,73x103

años). Calcule la edad del objeto.



32. Sobre la superficie del potasio incide luz de 6.10-8 m de longitud de onda.

Sabiendo que la longitud de onda umbral para el potasio es de 7,5 .10 -7 m.

Calcular:

a) El trabajo de extracción de los electrones en el potasio.

b) La energía máxima de los electrones emitidos.

33. ¿Cuál es la rapidez de un electrón según el modelo atómico de Niels Bohr

para el átomo de hidrógeno y el ión 3Li2+ en la tercera orbita?

h = 6,63.10-34 J. s

Masa del electrón = 9,1.10-28 g

34. El metal Cesio es utilizado en fotocélulas porqué tiene la energía de

ionización más baja de todos los elementos. ¿Cuál es la energía cinética de

los fotoelectrones desprendidos por el cesio con luz 500 nm de longitud de

onda? Dar la respuesta en joule. La longitud de onda crítica para que tenga

lugar el efecto fotoeléctrico en el cesio es de 660 nm.

35. Para un metal la frecuencia umbral es de 4,5.1014 Hz. ¿Cuál es la energía

mínima para arrancarle un electrón? Si el metal se ilumina con una luz de

5.10-7 m de longitud de onda. ¿Cuál es la energía de los electrones emitidos y

su velocidad?

36. El umbral fotoeléctrico del cobre viene dado por una λ = 320nm. Si incide

sobre una lámina de cobre una radiación de λ =250 nm, determine si se

produce el efecto fotoeléctrico. El trabajo de extracción, velocidad de los

electrones expulsados y el valor de la longitud de onda asociada a dichos

electrones.



37. Determine las longitudes de onda mínima y máxima para las series de líneas

espectrales de Balmer.

38. Determine la frecuencia, longitud de onda y energía asociada a la radiación

correspondiente a la tercera línea de la serie de Lyman.

39. Determine el tránsito electrónico que experimenta un electrón de un átomo de

hidrógeno en estado fundamental, cuando se somete a una radiación de 95

nm de longitud de onda, según la teoría atómica Bohr.

40. Según el modelo atómico de Bohr, determine la energía del electrón en la

segunda y quinta orbita para las especies atómicas: H, He+ y Li2+

41. Calcule la energía (en julios y en eV) y la cantidad de movimiento de un fotón

de luz roja de 600 nm de longitud de onda.

42. Determine la longitud de onda asociada a una partícula alfa que tiene una

velocidad de 2,5.105 km.s-1. Nota: Al determinar la masa de la partícula alfa

no considere el defecto de masa.

43. La energía cinética asociada a un neutrón emitido en un proceso de fisión

nuclear es de 0,08 eV, determine la frecuencia y longitud de onda asociada a

dicho neutrón.

44. ¿Cuál es la longitud de onda asociado a un protón que se mueve a una

velocidad de 0,8 c? Dar la respuesta en nm.

Masa de un protón = 1,673.10-24 g



45. El umbral fotoeléctrico del cobre viene dado por una λ = 320 nm. Si incide

sobre una lámina de cobre una radiación de λ = 250 nm, determine la

velocidad de los electrones expulsados y el valor de la longitud de onda

asociada a dichos electrones.

46. ¿Cuál es el número atómico de un elemento que tiene 2 orbitales d llenos?

47. Los elementos X, Y, Z tienen números atómicos 13, 20 y 35 respectivamente.

a) Escriba la configuración electrónica de cada uno de ellos

b) ¿Serían estables los iones X2+, Y2+ y Z2+

Justifique las respuestas


a) El ion cobre, Cu+ (Z = 29) es incoloro en agua y paramagnético. ( )

b) La solución concentrada de Fe3+ (aq) es coloreada. ( )

c) Hay algunos elementos, que no cumplen la regla de Hund. ( )

d) Todas las especies atómicas y moleculares cumplen el principio de

exclusión de Pauli. ( )

e) La longitud de onda asociada al movimiento de un neutrón es mayor

a la del electrón, considerando una misma velocidad. ( )

49. Hallar el número de masa de un elemento sabiendo que el número de

neutrones excede en una unidad al número atómico y el ultimo electrón

distribuido está caracterizado por los números cuánticos n = 3 y ℓ = 2.

50. En relación a la siguiente configuración electrónica, indique verdadero (V)

o falso (F) a las proposiciones:

I. 1s 2s1 2p IV.

II. 1s 2s 2p1 V.



III. VI.

a) II tiene mas energía que I ( )

b) El átomo III se encuentra excitado. ( )

c) IV es la configuración electrónica del ion, 24Cr ( )

d) V es la configuración electrónica del ion bromuro, (Z = 35). ( )

e) VI es un elemento de transición de número atómico 35. ( )

51. En relación a los siguientes elementos, indique verdadero (V) o falso (F)

a las proposiciones:

Elemento I Elemento II

46Pd (s) 42Mo+ (aq)

a) I y II son atraídos por un imán. ( )

b) I y II cumplen el principio de aufbau. ( )

c) Los números cuánticos para uno de los electrones de II en su estado

fundamental son 6, 0, 0, +1/2. ( )

d) I y II cumplen el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund. ( )

e) II es incoloro pero I es coloreado. ( )

52. Determine los cuatro números cuánticos del último electrón (diferenciador) de

los elementos cuyos números atómicos son: 19, 26, 36 y 16.


a) Según la mecánica cuántica los electrones se mueven por ciertas orbitas

definidas llamado orbital atómico. ( )

b) Según el modelo atómico de Niels Bohr, el radio de la segunda orbita del

ion, 3Li2+ es menor que del átomo de hidrógeno. ( )

c) El efecto fotoeléctrico se puede explicar, considerando que la luz tiene

naturaleza ondulatoria. ( )



d) La longitud de onda asociado a un electrón que tiene una velocidad de

5,97.106 m.s-1 (La masa del electrón es de 9,11-28 g) es 0,186 nm. ( )

e) El subnivel d, está formado por 5 orbitales atómicos de igual forma y

energía. ( )

f) El ion, 29Cu+ es diamagnético en cambio el Cu2+ es paramagnético. ( )

54. Indique el valor de verdad en relación al gato de Schrödinger y las leyes de la

mecánica cuántica:

a) El gato de Schrödinger luego del experimento está muerto. ( )

b) Un electrón puede estar en dos lugares a la vez. ( )

c) A nivel atómico las cosas no han variado, a diferencia del mundo

macroscópico que han ocurrido muchos cambios a través de la

Historia. ( )

d) A nivel atómico, no existe el concepto de trayectoria. ( )

e) A nivel atómico 2 partículas pueden ocupar el mismo espacio al mismo

tiempo. ( )

55. Determine la longitud de onda asociada a una partícula alfa que tiene una

velocidad de 2,5.105 km.s-1. Nota: Al determinar la masa de la partícula alfa

no considere el defecto de masa.

56. Identifique, cuáles de las siguientes especies atómicas son paramagnéticas,

diamagnéticas o ferromagnéticas: Zn2+ , Cu+ , He+, Co, Ne, H.

57. Razone en qué se parecen y se diferencian las siguientes parejas de

electrones. (2,1,0,1/2) y (2,1,1,1/2) ; (3,2,1,1/2) y (3,1,0,-1/2). Identifique los

orbitales respectivos.


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