UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA - UFPB
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA – CCEN / Dep. de Química
QUÍMICA GERAL: 1º Capítulo (Estrutura Atômica & Tabela Periódica).
Estrutura Atômica
1. Sulfeto de hidrogênio é composto de hidrogênio e enxofre. Quando 6,500 g de sulfeto de hidrogênio é decomposto obtém-se 0,384 g de hidrogênio. (a) Quantos gramas de enxofre são obtidos neste experimento? (b) Qual lei fundamental é demonstrada neste experimento? (c) Como essa lei é explicada pela teoria atômica de Dalton?
[Resp.: Questão teórica...]
2. (a) Que parte(s) da hipótese atômica de Dalton foi(ram) refutada(s) pelos experimentos que conduziram a visão moderna do átomo? (b) Descreva a(s) evidência(s) experimental(is) que refuta(m) esta(s) hipótese(s).
[Resp.: Questão teórica...]
3. Diga quantos prótons e nêutrons estão presentes no núcleo dos seguintes átomos: (a) 14N, (b) 15N, (c) 179Ta e (d) 234U.
[Resp.: (a) p = 7, n = 7; (b) p = 7, n = 8; (c) p = 73, n = 106; (d) p = 92, n = 142]
4. Quantos prótons e nêutrons existem nos seguintes átomos: (a) 28Si, (b) 60Ni, (c) 85Rb e
(d) 128Xe.
[Resp.: (a) p = 14, n = 14; (b) p = 28, n = 32; (c) p = 37, n = 48; (d) p = 54, n = 74]
5. Determine o número total de elétrons presentes em cada átomo ou íon: (a) N, (b) O, (c) O2-, (d) Na+, (e) Sr2+ e (f) Sn4+.
[Resp.: (a) 7, (b) 8, (c) 10, (d) 10, (e) 36, (f) 46]
6. Determine se cada uma das seguintes afirmações é verdadeira ou falsa (corrigindo-a para torná-la verdadeira):
(a) O núcleo tem a maior parte da massa de um átomo. (b) O núcleo tem a maior parte do volume de um átomo.
(c) Todo átomo de um dado elemento possui o mesmo número de prótons. (d) O número de elétrons de um átomo é igual ao seu número de nêutrons.
[Resp.: Questão teórica...]
7. Preencha as lacunas da tabela abaixo, supondo que cada coluna representa um átomo neutro: (a) (b) (c) (d) (e) Símbolo 52Cr Prótons 33 77 Nêutrons 42 20 Elétrons 20 86 Nº de Massa 222 193
[Resp.: (a) 24, 28, 24, 52; (b) As, 33, 75, (c) Ca, 20, 40; (d) Rn, 86, 136; (e) Ir, 116, 77]
8. A massa de um próton é 1,0073 u e seu diâmetro é, aproximadamente, 1,0x10-15 m.
Estime a densidade de um próton (em g/cm3). Dado: 1 u = 1,66054x10-24 g. [Resp.: 3,2x1015 g/cm3]
9. Certo átomo tem um raio de 0,15 nm. Se seu núcleo tem um raio de 1,5x10-6 nm,
compare a densidade do núcleo com a do átomo inteiro.
10. Determine a fração da massa total de um átomo de 56Fe que é devida aos (a) prótons,
(b) nêutrons e (c) elétrons. Dados: mp = 1,0073 u, mn = 1,0087 u, me = 5,486x10-4 u,
1 u = 1,66054x10-24 g.
[Resp.: (a) 46,38 %, (b) 53,59 %, (c) 0,03 %]
11. A massa atômica de um elemento químico não coincide com a massa determinada para nenhum de seus isótopos. Explique como isso é possível.
[Resp.: Questão teórica...]
12. O cloro ocorre naturalmente como uma mistura de dois isótopos: 35Cl (34,97 u) e 37Cl
(36,96 u). Se a abundância relativa do isótopo 35Cl é 75,35%, qual a massa atômica do
cloro?
[Resp.: 35,46 u]
13. Apenas dois isótopos da prata são encontrados na natureza: 107Ag (106,905 u; 51,839%
de abundância) e 109Ag (108,905 u). Calcule a massa atômica da prata. [Resp.: 107,868 u]
14. O boro (B) ocorre naturalmente como uma mistura de dois isótopos: 10B (10,01 u) e 11B
(11,01 u). Se a massa atômica do boro é 10,81 u, quais são as abundâncias relativas dos dois isótopos?
[Resp.: 20 % e 80 %]
15. O gálio (Ga) constitui-se de dois isótopos naturais com massas de 68,926 u e 70,925 u. Sabendo que a massa atômica média do gálio é 69,720 u, calcule as abundâncias de cada isótopo.
[Resp.: 60,28 % e 39,72 %]
Estrutura Eletrônica
16. (a) O que significa dizer que a energia é quantizada? (b) Por que não notamos a quantização de energia nas atividades cotidianas? (c) Explique como a existência de espectro de linhas é consistente com a teoria de Bohr sobre energias quantizadas para o elétron no átomo de hidrogênio. (d) Um átomo de hidrogênio se “expande” ou se “contrai” quando passa de seu estado fundamental para um estado excitado?
[Resp.: Questão teórica...]
17. Indique se a energia é emitida ou absorvida nas seguintes transições eletrônicas no átomo de hidrogênio: (a) de n = 1 para n = 2; (b) de n = 3 para n = 2; (c) de uma órbita de raio r = 2,12 Å para uma de raio r = 8,48 Å.
[Resp.: (a) Absorvida, (b) Emitida, (c) Absorvida]
18. Utilize a equação de De Broglie para determinar os comprimentos de onda dos seguintes objetos: (a) uma pessoa de 85 kg esquiando a 50 km/h; (b) uma bala de revólver de 10,0 g detonada a 250 m/s; (c) um átomo de lítio movimentando-se a 2,5x105 m/s. Dado: h = 6,626068 × 10-34 kgm2s-1 e 1 u = 1,66054x10-24 g.
[Resp.: (a) 5,61x10-37 m, (b) 2,65x10-34 m , (c) 2,30x10-13 m]
19. O microscópio eletrônico tem sido muito usado para obtenção de imagens altamente ampliadas. Quando um elétron é acelerado por um campo potencial específico, ele atinge uma velocidade de 5,93x106 m/s. (a) Qual o comprimento de onda característico
desse elétron? (b) Este comprimento de onda é comparável ao tamanho dos átomos (aprox. 1 Å = 10-10 m)? Dados: h = 6,626068 × 10-34 kgm2s-1 e m
e = 5,486x10-4 u. [Resp.: (a) 1,23x10-10 m]
20. (a) Calcule a incerteza na posição de um mosquito de 1,50 mg, movendo-se a uma velocidade de 1,40±0,01 m/s. (b) Calcule a incerteza na posição de um próton (mp =1,0073 u, movendo-se a uma velocidade de (5,00±0,01)x104 m/s. (c) Calcule a
incerteza na posição de um elétron (me = 5,486x10-4 u), movendo-se a uma velocidade
de (3,00±0,01)x105 m/s. (d) Quais as implicações desses cálculos para a descrição do
modelo atômico? Dado: ћ = 1,05457×10-34 kgm2s-1 e 1 u = 1,66054x10-24 g. [Resp.: (a) 1,76x10-27 m; (b) 1,58x10-10 m; (c) 2,89x10-8 m; (d) Questão teórica...]
21. De acordo com o modelo de Bohr, um elétron no estado fundamental de um átomo de hidrogênio se move em uma órbita ao redor do núcleo com um raio específico de 0,53 Å. Na descrição do átomo de hidrogênio pela Mecânica Quântica, a distância mais provável do elétron ao núcleo é de 0,53 Å. Por que essas duas afirmações são diferentes?
[Resp.: Questão teórica...]
22. (a) Para n = 4, quais são os possíveis valores de ℓ? (b) Para ℓ = 2, quais são os possíveis valores de mℓ? (c) Quantos valores possíveis para ℓ e mℓ existem quando n = 3
e n = 5?
[Resp.: (a) 0,...,3; (b) -2,...,0,...,+2]
23. Dê os valores de n e ℓ correspondentes a cada uma das seguintes designações: (a) 3p, (b) 2s, (c) 4f, (d) 5d.
[Resp.: (a) n = 3, ℓ = 1; (b) n = 2, ℓ = 0; (c) n = 4, ℓ = 3; (d) n = 5, ℓ = 2]
24. Quais das seguintes alternativas são conjuntos permitidos de números quânticos para um elétron em um átomo de hidrogênio: (a) n = 2, ℓ = 1, mℓ = +1; (b) n = 1, ℓ = 0,
mℓ = -1; (c) n = 4, ℓ = 2, mℓ = -2; (d) n = 3, ℓ = 3, mℓ = 0? Para as combinações que
forem permitidas, escreva a designação apropriada para o subnível a que o orbital pertence (isto é, 1s, e assim por diante).
[Resp.: (a) 2p; (b) Proibido; (c) 4d; (d) Proibido]
25. Qual é o número máximo de elétrons que podem ocupar cada um dos seguintes subníveis: (a) 3d, (b) 4s, (c) 2p, (d) 5f?
[Resp.: (a) 10; (b) 2; (c) 6; (d) 14]
26. Qual é o número máximo de elétrons em um átomo que pode ter os seguintes números quânticos no estado fundamental: (a) n = 2, ms = -1/2; (b) n = 5, ℓ = 3; (c) n = 4,
ℓ = 3, mℓ = -3; (d) n = 4, ℓ = 1, mℓ = +1? [Resp.: (a) 10; (b) 102; (c) 57; (d) 36]
27. Escreva as configurações eletrônicas condensadas para os seguintes átomos, usando as abreviações de “caroço” apropriadas: (a) Cs, (b) Ni, (c) Se, (d) Cd, (e) Al e (f) Pb.
[Resp.: (a) [Xe]6s1; (b) [Ar]4s23d8; (c) [Ar]4s23d104p4; (d) [Kr]5s24d10; (e) [Ne]3s23p1 (f) [Xe]6s24f145d106p2]
28. Faça a configuração de quadrículas para os elétrons de valência de cada um dos seguintes elementos e indique o número de elétrons desemparelhados em cada um dos seguintes átomos: (a) Ti, (b) Ga, (c) Rh, (d) I, (e) Po.
[Resp.: (a) 2; (b) 1; (c) 3; (d) 1; (e) 2]
29. Identifique o elemento específico que correspondente a cada uma das seguintes configurações eletrônicas:
(a) [Ne]3s2, (b) [Ne]3s23p1, (c) [Ar]4s13d5, (d) [Kr]5s24d105p4. [Resp.: (a) Mg; (b) Al; (c) Cr; (d) Te]
30. As seguintes configurações eletrônicas representam estados excitados. Identifique o elemento e escreva sua configuração eletrônica condensada para o estado fundamental: (a) 1s22s23p24p1, (b) [Ar]3d104s14p45s1, (c) [Kr]4d65s25p1.
[Resp.: (a) N; (b) Se; (c) Rh]
Estrutura da Tabela Periódica
31. (a) Em meados do século 19 as massas atômicas de muitos elementos químicos foram determinadas com considerável precisão. Por que isso foi importante para o desenvolvimento da tabela periódica de Mendelev? (b) Por que Mendelev deixou lacunas em sua primeira versão da tabela periódica? (c) Como Mendelev previu as propriedades dos elementos que pertenciam às lacunas?
32. (a) Considere os elementos estáveis até o bismuto (Z = 83). Em quantas ocorrências as massas atômicas dos elementos estão em ordem inversa dos números atômicos? (b) Qual é a explicação para esses casos?
[Resp.: Questão teórica...]
33. (a) O que significa o termo “carga nuclear efetiva”? (b) Como este conceito é usado para simplificar as numerosas repulsões elétron-elétron em um átomo polieletrônico? (c) De que forma a carga nuclear efetiva experimentada pelos elétrons de valência de um átomo varia da esquerda para a direita em um período da tabela periódica?
[Resp.: Questão teórica...]
34. (a) Quais elétrons experimentam maior carga nuclear efetiva em um átomo de Be, os elétrons 1s ou os elétrons 2s? Explique. (b) Quais elétrons experimentam uma maior carga nuclear efetiva, os elétrons do nível n = 3 do Ar ou do Kr? Quais serão, em média, mais próximos do núcleo? Explique.
[Resp.: Questão teórica...]
35. Coloque os seguintes átomos em ordem crescente de carga nuclear efetiva exercida nos elétrons do nível n = 3: K, Mg, P, Rh e Ti. Justifique sua resposta.
[Resp.: Mg < P < K < Ti < Rh]
36. (a) Se cada elétron interno fosse totalmente eficiente em blindar os elétrons de valência da carga total do núcleo e os elétrons de valência não fornecessem blindagem uns para os outros, qual seria a carga nuclear efetiva atuando em um elétron de valência em um átomo de fósforo (P)? (b) Cálculos detalhados indicam que a carga nuclear efetiva é de 5,6+ para os elétrons 3s e 4,9+ para os elétrons 3p. Por que os valores para os elétrons 3s e 3p são diferentes? (c) Na remoção de um único elétron de um átomo de fósforo, de qual orbital se pode esperar que o elétron seja removido?
[Resp.: (a) +5; (b) Questão teórica...; (c) 3p.]
37. (a) Por que a descrição da Mecânica Quântica de átomos polieletrônicos torna difícil definir um raio atômico preciso? (b) Como se pode definir um raio atômico diante desta limitação? (c) Quando dois átomos não ligados se aproximam um do outro, o que determina a menor distância em que os centros nucleares podem se aproximar?
[Resp.: Questão teórica...]
38. (a) Por que os cátions monoatômicos são menores que seus átomos neutros correspondentes? (b) Por que os ânions monoatômicos são maiores que seus átomos neutros correspondentes? (c) Por que os tamanhos dos íons aumentam ao descermos uma coluna da tabela periódica?
[Resp.: Questão teórica...]
39. Escreva as configurações eletrônicas para os seguintes íons e determine quais tem configuração de gás nobre: (a) Sb3+, (b) Ga+, (c) P3-, (d) Cr3+, (e) Zn2+, (f) Ag+.
[Resp.: (a) [Kr]5s24d10; (b) [Ar]4s23d10; (c) [Ne]3s2; (d) [Ar]3d3; (e) [Ar]3d10; (f) [Kr]4d10]
40. Escreva as equações que mostrem os processos que descrevem a primeira, segunda e terceira energias de ionização do átomo de Magnésio.
[Resp.: (i) Mg → Mg+ + e-; (ii) ...]
41. (a) Por que as energias de ionização são grandezas sempre positivas? (b) Por que a segunda energia de ionização é sempre maior que a primeira energia de ionização? (c) Como o comportamento das primeiras energias de ionização se compara com o comportamento dos raios atômicos?
[Resp.: Questão teórica...]
42. Com base em suas posições na tabela periódica, determine qual átomo dos seguintes pares terá a maior primeira energia de ionização: (a) O e Ne, (b) Mg e Sr, (c) K e Cr, (d) Br e Sb, (e) Ga e Ge. Justifique sua resposta com base na configuração eletrônica e na carga nuclear efetiva.
43. (a) Escreva uma equação para o processo que corresponde à afinidade eletrônica do íon Mg+, incluindo as configurações das espécies envolvidas. (b) A que processo essa
equação de afinidade eletrônica corresponde?
[Resp.: (a) Reveja a questão 40; (b) Questão teórica...]
44. Qual é a relação entre a energia de ionização de um ânion com uma carga negativa (como F-) e a afinidade eletrônica do átomo neutro (como F)?
