Asignación Química General QMQG0001 Escuela de Ingeniería
Departamento de Ciencias Básicas - Bucaramanga
Asignación: Antecedentes del modelo actual Para desarrollar esta asignación puede consultar los textos: a) Química, La ciencia Central 9ª edición de Brown – LeMay - Bursten, editorial Pearson –Prentice Hall-, capítulo 6. b) Química 7ª, 9ª o 10ª edición de Raymond Chang, editorial Mc Graw Hill, capítulo 7 para todas las ediciones. 1. ¿Qué es una onda? Explicar los términos relacionados con las ondas, como longitud de onda, frecuencia y amplitud. 2. ¿Cuáles son las unidades para la longitud de onda y la frecuencia? ¿Cuál es la velocidad de la luz en metros por segundo, kilómetros por segundo y millas por hora? 3. Enumerar los tipos de radiación electromagnética, comenzar con la radiación que tiene la longitud de onda más larga y terminar con la longitud de onda más corta. 4. Dibujar el espectro electromagnético, estableciendo relaciones apropiadas entre longitudes de onda, energías y frecuencias de las diferentes radiaciones. 5. Dar los valores máximo y mínimo de longitud de onda que definen la región visible del espectro electromagnético. 6. ¿Por qué supone usted que las bolas de tenis son casi siempre de un color amarillo – verdoso? 7. ¿Qué es la electrosensibilidad? ¿Qué tipo de radiaciones electromagnéticas representan un peligro para la salud y por qué? ¿las ondas de telefonía celular están incluidas en este grupo? ¿hay algún tipo de medida preventiva? (Nota: Se sugiere leer los artículos adjuntos a este archivo y visitar el enlace http://www.electrosensibilidad.es/) 8. ¿Por qué cuando una persona se asolea demasiado se le empieza a desprender la piel? Los artículos adjuntos a este archivo le pueden ayudar a resolver esta pregunta. 9. ¿Qué hacen las lociones bloqueadoras, usted cree que es correcto usar cualquier tipo de gafas para el sol, POR QUE SI O POR QUE NO? 10. ¿Es lo mismo un material fluorescente que uno fosforecente? Explicar claramente. Página 1 de 5
11. Escribir la ecuación de Planck y explicar el significado de cada uno de los términos así como el concepto general de la cuantización de la energía. 12.
¿Qué es un cuanto? y ¿Qué es un fotón?
13. ¿En qué consiste el efecto fotoeléctrico?, ¿La expresión “naturaleza dual de la luz” se relaciona con dicho efecto? CONSULTE si existe algún uso práctico del efecto fotoeléctrico. 14. Describir brevemente, pero en forma muy clara el modelo atómico de Bohr, ponga de manifiesto los principales aciertos y desaciertos de este modelo. ¿En qué se diferencia la teoría de Bohr de los conceptos de la física clásica? 15.
¿En qué se diferencia un estado fundamental de un estado excitado?
16. ¿Un material fluorescente podría emitir radiación en la región ultravioleta tras absorber luz visible? Explicar su respuesta. 17. Identificar el comportamiento ondulatorio de la materia, describiendo claramente la ecuación de De Broglie y el significado de cada uno de sus términos. Comparar el comportamiento dual de un cuerpo macroscópico y de una partícula tan pequeña como el electrón. 18. Describir y explicar las implicaciones del principio de incertidumbre, identificar su autor y relacionar tanto con el modelo de Bohr como con el modelo actual del átomo.
19. Resolver los siguientes ejercicios usando el método del factor unitario y el número correcto de cifras significativas: 1. (a) ¿Qué relación hay entre la longitud de onda y la frecuencia de la energía radiante? (b) El ozono de la alta atmósfera absorbe energía en el intervalo de 210 a 230 nm del espectro electromagnético. ¿En qué región del espectro está esa radiación? 2. Ordene los siguientes tipos de radiación electromagnética de menor a mayor longitud de onda: (a) los rayos gamma producidos por un núclido radioactivo utilizado para obtener imágenes médicas (b) la radiación de una estación de FM que está a 93,1 MHz en el cuadrante. (c) Una señal de radio de una estación AM que está a 680 kHz en el cuadrante (d) la luz amarilla de los arbotantes con lámparas de vapor de sodio (e) la luz roja de un diodo emisor de luz, como los de la pantalla de una calculadora
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3. (a) ¿Qué frecuencia tiene la radiación cuya longitud de onda es 589 nm? (b) Calcule la longitud de la radiación cuya frecuencia es de 1,20 x 1013 s-1. (c) Las radiaciones de las partes (a) o (b), ¿podrían detectarse con un detector de radiación infrarroja? (d) ¿Qué distancia viaja la radiación electromagnética en 10,0 s? (e) Si la estrella del Norte, o Polaris, se apagara hoy, ¿en qué año desaparecería de nuestra visión? La distancia desde la tierra a Polaris es de alrededor de 6,44 *
1018 m
4. (a) Calcule la energía de un fotón con frecuencia de 80,5 MHz. (b) Determine la frecuencia de la radiación cuyos fotones tienen una energía de 1,77 x 10-19 J, en qué región del espectro electromagnético se encontraría esta radiación? 5. Una estación de radio AM difunde a 1440 KHz, mientras que su filial FM transmite a 94,5 MHz. Calcule y compare la energía de los fotones emitidos por estas estaciones de radio. 6. (a) Determinar la longitud de onda (en nm) de la radiación cuyo fotón tiene una energía de 6,10 * 10-12 J. (b) Determinar la energía de un fotón si su longitud de onda es 105263 nm 7. Un laser con una longitud de onda de 785 nm emite durante cierto tiempo una señal con una energía total de 31 J. Determinar cuántos fotones se emitieron durante este intervalo de tiempo. 8. El efecto fotoeléctrico es un fenómeno en el cuál los electrones son emitidos o expulsados desde la superficie de ciertos metales cuando estos son expuestos a la luz. Para que ocurra dicho fenómeno es necesario que la luz que irradia al metal posea una frecuencia mínima capaz de lograr la expulsión de los electrones, dicha frecuencia mínima se denomina frecuencia umbral. Ejercicios:
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Cierto metal debe absorber radiación con una frecuencia de 1,09 * 1015 Hz para emitir un electrón desde su superficie a través del efecto fotoeléctrico. Si se irradia el metal con una luz cuya longitud de onda es 230 nm ¿se producirá el efecto fotoeléctrico?
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Las frecuencias umbrales para los metales sodio, potasio y plata son respectivamente: 4,39 * 1014 s-1, 4,20 * 1014 s-1 y 1,13 * 1015 s-1. Si se dispone de radiación de la misma energía, suficiente para arrancar electrones de los tres metales, (a) ordenar los elementos de acuerdo con la facilidad de producir efecto fotoeléctrico (b) ¿Podría la luz infrarroja eliminar electrones de sodio? ¿la luz visible de la plata? ¿Por qué? Página 3 de 5
9. Un electrón en un átomo de Böhr experimenta una transición desde el nivel 6 hasta el nivel 4, determine el cambio de energía y la longitud de onda asociados con esta transición. 10. Un electrón en el átomo de Böhr experimenta una transición desde el nivel n=8 hasta un nivel final (inferior). Si la longitud de onda asociada con la radiación de dicha transición es 1946,5 nm, determinar el nivel final. (Respuesta: n = 4) 11. Use la relación de De Broglie para determinar la longitud de onda de los objetos siguientes: (a) una persona de 85,0 kg que esquía a 50,0 km/h (b) una bala de 10,0 g disparada a 250,0 m / s (c) un átomo de litio que se mueve a 2,50 * 105 m/s. 12. Una de las partículas subatómicas de la física es el muón, que se desintegra unos cuantos nanosegundos después de formarse. El muón tiene una masa en reposo 206,8 veces mayor que la del electrón. Calcule la longitud de onda de De Broglie asociada a un muón que viaja a una velocidad de 8,85 x 105 cm / s. 13. El microscopio electrónico se ha utilizado ampliamente para obtener imágenes muy amplificadas de materiales biológicos y de otro tipo. Cuando un electrón se acelera a través de cierto campo de potencial, alcanza una velocidad de 5,93 x 106 m/s. Calcule la longitud de onda característica de este electrón. ¿Es la longitud de onda comparable con el tamaño de los átomos? 14. Ciertos elementos emiten luz de un color específico cuando arden. Históricamente, los químicos usaban esas longitudes de onda de emisión para determinar si elementos específicos estaban presentes en una mezcla. Las longitudes de onda características de algunos elementos son: Ag Au Ba Ca Cu
328,1 267,6 455,4 422,7 324,8
nm nm nm nm nm
Fe K Mg Na Ni
372,0 404,7 285,2 589,6 341,5
nrn nrn nrn nm nrn
(a) Determinar cuáles elementos emiten radiación en la parte visible del espectro. (b) ¿Cuál elemento emite fotones con más alta energía? ¿Con más baja energía? (c) Al calentarse una muestra de una sustancia desconocida, se observa que emite luz con una frecuencia de 6,59 X 1014 s-1, ¿cuál de los elementos anteriores es posible que esté en la muestra.
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Ejercicios Integradores: 15. La luz UV que broncea la piel cae en la región de 320 nm a 400 nm. Calcule la energía total (en Joules) que absorbe una persona expuesta a esta radiación durante 2 horas, dado que en un intervalo de 80 nm (400 nm – 320 nm) chocan un total de 2,00 *1016 fotones/cm2 s y el área corporal expuesta es 0,45 m2 (Sugerencia: Suponga que el cuerpo absorbe toda la radiación a la que es expuesto y use una longitud de onda promedio de 360 nm para calcular la energía de un fotón de luz UV) 16. El watt es la unidad SI derivada para la potencia, la medida de energía por unidad de tiempo: 1W = 1 J/s. Un láser de semiconductor empleado en un reproductor de CD tiene una longitud de onda de salida de 780 nm y un nivel de potencia de 0,10 mW. ¿Cuántos fotones inciden en la superficie de un CD de 69 minutos de duración durante su reproducción? 17. Los hornos de microondas usan radiación de microondas para calentar alimentos. La radiación de microondas tiene una longitud de onda de 11,2 cm. ¿Qué requiere mayor número de fotones: evaporar 50,0 ml de agua, 250,0 cm3 de etanol C2H6O ó 120,0 g de ácido acético CH3COOH? La literatura reporta que la energía necesaria para evaporar agua es 25 kJ/mol, la necesaria para evaporar etanol es 18 kJ/mol y la necesaria para evaporar ácido acético es 23 kJ/mol. Las densidades de estas sustancias son: dAgua = 1,00 g / ml
dEtanol = 0,75 g /cm3
dácido acético = 0,60 g / ml
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