Modelos atômicos – Dos gregos aos Quânticos
Lista de Exercícios
01. (UFJF-MG) Associe as afirmações a seus respectivos responsáveis: I- O átomo não é indivisível e a matéria possui propriedades elétricas (1897). II- O átomo é uma esfera maciça (1808).
III- O átomo é formado por duas regiões denominadas núcleo e eletrosfera (1911). a) I - Dalton, II - Rutherford, III - Thomson.
b) I - Thomson, II - Dalton, III - Rutherford. c) I - Dalton, II - Thomson, III - Rutherford. d) I - Rutherford, II - Thomson, III - Dalton. e) I - Thomson, II - Rutherford, III – Dalton
02. Assinale a alternativa que completa melhor os espaços apresentados na frase abaixo:
“O modelo de Rutherford propõe que o átomo seria composto por um núcleo muito pequeno e de carga elétrica ...,
que seria equilibrado por …, de carga elétrica …, que ficavam girando ao redor do núcleo, numa região periférica denominada ...”
a) neutra, prótons, positiva e núcleo. b) positiva, elétrons, positiva, eletrosfera. c) negativa, prótons, negativa, eletrosfera. d) positiva, elétrons, negativa, eletrosfera. e) negativa, prótons, negativa, núcleo. 03. Considere os modelos atômicos de: I. Dalton
II. Thomson III. Rutherford
a) Qual deles foi proposto baseado nos resultados sa medida da massa dos participantes de reações químicas? b) Qual introduziu a natureza elétrica as matéria?
c) Qual apresenta a matéria como sendo descontínua? d) Qual deles é o mais recente?
04. Ao resumir as características de cada um dos sucessivos modelos do átomo de hidrogênio, um estudante elaborou o seguinte resumo:
MODELO ATÔMICO: Dalton
CARACTERÍSTICAS: átomos maciços e indivisíveis. MODELO ATÔMICO: Thomson
CARACTERÍSTICAS: elétron, de carga negativa, incrustado em uma esfera de carga positiva. A carga positiva está distribuída, homogeneamente, por toda a esfera.
MODELO ATÔMICO: Rutherford
CARACTERÍSTICAS: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Não há restrição quanto aos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron.
MODELO ATÔMICO: Bohr
CARACTERÍSTICAS: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Apenas certos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron são possíveis.
O número de ERROS cometidos pelo estudante é:
a) 0 b) 1 c) 2
d) 3 e) 4
05. A luz amarela emitida por uma lâmpada de sódio é energia liberada pelos átomos do metal, quando elétrons: a) escapam dos átomos para o meio ambiente;
b) colidem com os núcleos atômicos; c) retornam a níveis de menor energia;
d) passam a ocupar níveis de energia mais externos; e) unem-se a prótons para formar nêutrons.
Os testes de 06 e 07 baseiam-se no esquema representando níveis energéticos eletrônicos de um determinado átomo, estando indicados os valores das energias de alguns deles.
06. Na transição do nível E4 para o nível E2:
a) haverá emissão de energia; b) haverá absorção de energia; c) não haverá variação de energia;
d) haverá absorção de luz de um certo comprimento de onda; e) é impossível ocorrer tal transição.
07. A energia posta em jogo na transição E1 → E3 equivale a (em kcal/mol):
a) 170 b) 130 c) 300 d) 430 e) nenhum valor citado
08. Após a descoberta dos elétrons, prótons e nêutrons, os cientistas perceberam que a quantidade dessas partículas em um determinado átomo serviria para identificá-lo. Considere o íon X3-, com 36 elétrons e número de massa 75. Assim, pode-se dizer que seu número atômico e o número de nêutrons são, respectivamente:
a) 36 e 43 b) 36 e 39 c) 36 e 75 d) 33 e 42 e) 33 e 45
09. No fim do século XIX, Thomson realizou experimentos em tubos de vidro que continham gases a baixas pressões, em que aplicava uma grande diferença de potencial. Isso provocava a emissão de raios catódicos. Esses raios, produzidos num cátodo metálico, deslocavam-se em direção à extremidade do tubo (E).
Nesse experimetnos, Thomson observou que:
I. a razão entre a carga e a massa dos raios catódicos era idenpendente da natureza do metal constituinte do cátodo ou do gás existente no tubo;
II. os raios catódicos, ao passarem entre duas placas carregadas, com cargas de sinal contrário, desviavam-se na direção da placa positiva. (Na figura, esse devido é representado pela linha tracejada Y.) Considerando-se essas observações, é correto afirmar que os raios catódicos são constituídos de
a) elétrons b) ânions c) prótons d) cátions
10. O modelo do átomo nucleado existe há menos de 100 anos. Ele foi proposto originalmente por Ernest Rutherford e seus colaboradores, em 1911.
I. O átomo seria semelhante ao Sistema Solar: o núcleo, carregado positivamente, estaria no centro como o Sol, e os elétrons, com carga negativa, estariam girando em órbitas circulares ao seu redor, como os planetas.
II. Rutherford propôs que os núcleos são formados por dois tipos de partículas subatômicas: os prótons e os nêutrons.
III. Em seus experimentos, Rutherford obteve evidências de que o núcleo é muito pequeno em relação ao tamanho total do átomo, e que nele se concentra praticamente toda a massa atômica.
Assinale a afirmativa correta: a) Apenas a proposição I é correta.
b) Apenas as proposições I e II são corretas. c) Apenas as proposições II e III são corretas. d) Apenas as proposições I e III são corretas. e) Todas as proposições são corretas.
11. Por meio de bombardeio de lâminas de ouro com partículas α, Rutherford concluiu que: a) átomos do mesmo elemento, que diferem entre si na massa, são isótopos;
b) a massa do elétron é igual a 9,1x10-28g e a carga é igual à do próton, porém de sinal contrário; c) a energia é emitida descontinuamente pelos átomos sob a forma de fótons;
d) os átomos de ouro possuem elétrons desemparelhados;
e) no núcleo do átomo estão concentradas sua massa e sua carga positiva.
12. (CEFETMG) O filme “Homem de Ferro 2” retrata a jornada de Tony Stark para substituir o metal paládio, que faz parte do reator de seu peito, por um metal atóxico. Após interpretar informações deixadas por seu pai, Tony projeta um holograma do potencial substituto, cuja imagem se assemelha à figura abaixo.
Essa imagem é uma representação do modelo de a) Rutherford. b) Thomson.
c) Dalton. d) Bohr. e) Somerfield
13. Observe a figura abaixo, que representa um modelo atômico:
O modelo atômico representado na figura foi proposto por: a) Dalton; b) Schrödinger;
c) Rutherford; d) Bohr; e) Thomson.
14. O quadro abaixo representa algumas características de modelos atômicos. Com base nos dados apresentados, relacione as características aos respectivos cientistas:
Tipo Característica
A A matéria é formada por átomos indivisíveis. B Núcleos positivos, pequenos e densos. C Carga negativa dispersa pelo átomo positivo. a) A = Dalton; B = Thomson; C = Rutherford.
c) A = Thomson; B = Rutherford; C = Bohr. d) A = Rutherford; B = Thomson; C = Bohr. e) A = Thomson; B = Bohr; C = Rutherford. 15. (UFG) Leia o poema apresentado a seguir. Pudim de passas
Campo de futebol Bolinhas se chocando Os planetas do sistema solar Átomos
Às vezes São essas coisas Em química escolar
LEAL, Murilo Cruz. Soneto de hidrogênio. São João del Rei: Editora UFSJ, 2011. O poema faz parte de um livro publicado em homenagem ao Ano Internacional da Química. A composição metafórica presente nesse poema remete
a) aos modelos atômicos propostos por Thomson, Dalton e Rutherford. b) às teorias explicativas para as leis ponderais de Dalton, Proust e Lavoisier. c) aos aspectos dos conteúdos de cinética química no contexto escolar. d) às relações de comparação entre núcleo/eletrosfera e bolinha/
16. (Upf) No fim do século XIX, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) foi convencido por J. J. Thomson a trabalhar com o fenômeno então recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos de urânio, polônio e rádio. Aos 26 anos de idade, Rutherford fez sua maior descoberta. Estudando a emissão de radiação de urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é rapidamente absorvida, que denominamos radiação alfa (α), e uma com maior poder de penetração, que denominamos radiação beta (β). Sobre a descoberta de Rutherford podemos afirmar ainda:
I. A radiação alfa é atraída pelo polo negativo de um campo elétrico.
II. O baixo poder de penetração das radiações alfa decorre de sua elevada massa.
III. A radiação beta é constituída por partículas positivas, pois se desviam para o polo negativo do campo elétrico. IV. As partículas alfa são iguais a átomos de hélio que perderam os elétrons.
Está(ão) correta(s) a(s) afirmação(ões):
a) I, apenas b) I e II
c) III, apenas d) I, II e IV e) II e IV
17. (Ufrgs) A partir do século XIX, a concepção da ideia de átomo passou a ser analisada sob uma nova perspectiva: a experimentação. Com base nos dados experimentais disponíveis, os cientistas faziam proposições a respeito da estrutura atômica. Cada nova teoria atômica tornava mais clara a compreensão da estrutura do átomo. Assinale, no quadro a seguir, a alternativa que apresenta a correta associação entre o nome do cientista, a fundamentação de sua proposição e a estrutura atômica que propôs.
18. (UFU) Um átomo excitado emite energia, muitas vezes em forma de luz visível, porque a) um dos elétrons decai para níveis de energia mais baixos, aproximando-se do núcleo. b) um dos elétrons foi arrancado do átomo.
c) um dos elétrons desloca-se para níveis de energia mais altos, afastando-se do núcleo. d) os elétrons permanecem estacionários em seus níveis de energia
19. Em 1913, Niels Bohr propõe um modelo atômico incompatível com a Física da época, no qual os elétrons devem circular o núcleo atômico em órbitas com energias bem definidas, ou seja, discretas. Em 1923, Louis de Broglie postula a dualidade onda-partícula para corpos microscópicos, admitindo que o movimento do elétron em torno do núcleo atômico, no modelo de Bohr, estivesse associado a ondas estacionárias. Com relação às ondas estacionárias, assinale o que for correto.
01. Elas só ocorrem em condições especiais e discretas, ou seja, não contínuas. 02. Elas surgem da interferência de trens de ondas.
04. A frequência fundamental de uma onda estacionária é dependente da velocidade de propagação da onda no meio.
08. Para uma dada energia da fonte de ondas, o número de ventres de uma onda estacionária não é dependente da densidade do meio de propagação da onda.
16. Elas propiciam a existência das frequências naturais de ressonância em instrumentos sonoros.
20. O elemento hélio foi primeiro descoberto no Sol, e somente depois na Terra (hélios, em grego, quer dizer Sol). Você imagina como essa descoberta foi feita?
21. (URCA) Sendo h = 6,63 ∙ 10-34 J∙s a constante de Planck e c = 3 ∙ 108
m/s a velocidade da luz (no vácuo), então um quantum de raios X de comprimento de onda igual a possui uma energia igual possui uma energia igual à: a) 2,0 J; b) 3,3 J;
c) 6,63 x 10-16 J; d) 6,62 J; e) 2,24 J.
22. Transições eletrônicas, em que fótons são absorvidos ou emitidos, são responsáveis por muitas das cores que percebemos. Na figura abaixo, vê-se parte do diagrama de energias do átomo de hidrogênio.
Na transição indicada (E3 E2), um fóton de energia
a) 1,9 eV é emitido. b) 1,9 eV é absorvido. c) 4,9 eV é emitido. d) 4,9 eV é absorvido. e) 3,4 eV é emitido.
23. Determinar a frequência (em Hz) das ondas de matéria de um elétron que se desloca com velocidade igual a 106 m/s. Desconsidere efeitos relativísticos.
Dados: h = 6,63 ∙ 10-34 J∙s; massa do elétron = 9,1 ∙ 10-31 kg.
24. Em um átomo, o primeiro nível, ocupado por um elétron, tem energia E1 = -2,6 x 10–19 J e o segundo,
desocupado, tem energia E2 = -1,3 x 10 –19
J. Ao ser iluminado com luz monocromática, de determinada frequência, esse átomo absorve um fóton e, com isso, o elétron passa do primeiro nível para o segundo. Sabe-se que o valor da constante de Planck é de 6,6 x 10–34 Js. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que, na situação descrita, a frequência da luz incidente no átomo é de, aproximadamente,
a) 1 x 1014 s–1 . b) 2 x 1014 s–1 . c) 3 x 1014 s–1 . d) 4 x 1014 s–1 .
25. A tabela mostra alguns dos níveis de energia para o átomo de hidrogênio.
Dado: h = 4,1 × 10–15 e V ⋅ s
De acordo com a teoria de Bohr, quando o elétron passa do nível estacionário excitado 2 para o nível fundamental 1, o fóton é emitido com energia, em eV, e frequência aproximada, em hertz, respectivamente, a) −17 e 4,0 × 1015
b) −13,6 e 4,0 × 1015 c) −10,2 e 4,0 × 1015 d) 10,2 e 2,5 × 1015 e) 13,6 e 2,5 × 1015
26. (UFBA) Quando um feixe luminoso passa através de um prisma, ele se decompõe em um espectro de cores que correspondem às luzes de diversos comprimentos de onda que compõem o feixe. Um gás monoatômico rarefeito, contido em uma ampola de vidro, é submetido a uma descarga elétrica e produz uma luz que, ao passar através de um prisma, decompõe-se em um espectro de raias coloridas, cujo padrão é característico do gás. A primeira explicação teórica para esse espectro, com base na teoria atômica, foi dada, em 1913, por Niels Bohr que, partindo do modelo atômico de Rutherford, estabeleceu um conjunto de postulados a partir dos quais era possível explicar, dentre outras coisas, o espectro observado. Esses postulados estabelecem que os elétrons giram ao redor do núcleo, em órbitas circulares estáveis, nas quais eles podem permanecer sem perder energia, que as órbitas são quantizadas, possuindo, cada uma, um valor discreto de energia, e que o elétron, quando é forçado a mudar de uma órbita para outra, absorve ou libera uma determinada quantidade de energia. Com base nos postulados de Bohr, explique a produção das linhas espectrais observadas.
27. (UFJF) De acordo com o modelo de Bohr, as energias possíveis dos estados que o elétron pode ocupar no átomo de hidrogênio são, aproximadamente, dadas por , em que E0 = 13,6eV e n =1,2,3,4,... O elétron faz uma transição
do estado excitado n = 2 para o estado fundamental n = 1. Admitindo que a massa do átomo de hidrogênio é igual à massa do próton mp = 1,6×10
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, faça o que se pede nos itens seguintes.
a) Calcule a energia E , em elétrons-volt, do fóton emitido.
b) Sabendo que a quantidade de movimento (momento linear) do fóton emitido é dada por Q = E/c considerando que a quantidade de movimento do sistema se conserva, qual é a velocidade v de recuo do átomo?
28. (UFU) Em 1926, Louis de Broglie formula, na sua tese de doutorado, que as partículas deveriam se comportar como ondas, da mesma forma que a luz, considerada primeiramente como de caráter ondulatório, deveria ser descrita como partícula para explicar o comportamento do espectro de radiação de um corpo negro. A hipótese de de Broglie foi confirmada experimentalmente de forma independente por George P. Thomson e Joseph Davisson, em experiências realizadas usando elétrons em que a difração de partículas foi observada pela primeira vez. Nestes experimentos, as partículas incidem em uma rede de difração, que consiste de uma série de fendas do mesmo comprimento localizadas a uma distância igualmente espaçada, conhecida como espaçamento da rede. O comprimento da fenda deve ser comparável com o comprimento da onda incidente. Na tabela 1, são reportados alguns comprimentos de onda, λ, de objetos materiais, todos se movendo com velocidade igual a 100 m/s.
Na tabela 2, são reportados o valor de algumas distâncias na natureza.
Analise as seguintes afirmações sobre os dados das tabelas.
I. O comprimento de onda é inversamente proporcional ao momento linear da partícula, com uma constante de proporcionalidade da ordem de 10–34.
II. Pode-se usar um arranjo de átomos de hidrogênio para estudar a difração de bolas de basebol.
III. Lâminas de ouro podem ser usadas como redes de difração em experimentos de difração de elétrons. Usando a tabela e as informações do enunciado, assinale a alternativa que apresenta as afirmações corretas. a) Apenas I. b) Apenas I e III.
c) Apenas I e II. d) Apenas III.
29. Calcular o módulo da quantidade de movimento de um fóton de raio X de comprimento de onda igual a 2 ∙ 10–10 m.
Dado: h = 6,63 ∙ 10-34 J∙s
30. Calcular o comprimento de onda de De Broglie de um elétron do átomo de hidrogênio em sua primeira órbita , cuja velocidade é 2,2 ∙ 106
m/s.
Dado: h = 6,63 ∙ 10-34 J∙s; massa do elétron = 9,1 ∙ 10-31
kg.
31. Determinar o comprimento de onda de radiação correspondente a segunda linha da série de Balmer. A que cor do espectro visível se corresponde?
32. Determinar o raio, a velocidade e a energia para o segundo nível do íon 2He +
. O íon de Hélio tem número atômico: Z(He) = 2
33. Determinar a incerteza da quantidade de movimento do elétron de modo que podemos localizá-lo em uma região
m 10 1
x 10
e 1,051034J.s
34. Uma bala tem velocidade de 400 m/s, medida com precisão de 0,02%. Determine a incerteza na determinação de sua posição.
Dado: massa da bala = 50 g e 1,051034J.s
35. A vida-média de estado excitado do átomo de mercúrio é aproximadamente 10–8 s. Calcular a incerteza na energia desse nível excitado.
36. Descreva a idéia introduzida por Sommerfeld em 1916.
36. Em que se baseia o princípio da dualidade? O que propôs De Broglie?
37. Calcule o comprimento de onda do movimento de uma pulga de massa 2 mg saltando a uma velocidade de 18 km/h (você pode “trombar” com uma por aí!) e prove que ela é uma partícula.
38. Descreva esquematicamente o desdobramento dos níveis energéticos. 39. O que diz o princípio da Incerteza de Heisenberg?
40. Qual foi a contribuição de Schrödinger para o modelo atômico atual? 41. O que é um orbital? Desenhe, esquematicamente, os três orbitais p.
42. (UEG - adaptada) CIENTISTAS MEDEM ENERGIA LIBERADA PELOS ELÉTRONS NOS ÁTOMOS Com a ajuda de feixes laser, os pesquisadores poderão controlar o zigue-zague das partículas entre as diferentes órbitas atômicas. Medir os níveis de energia dos átomos com exatidão e baixo custo já é possível graças aos pesquisadores do Jila, uma "joint venture" entre o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia do Departamento do Comércio e a Universidade de Colorado, em Boulder. Assim como um satélite necessita de impulso para alcançar órbitas terrestres mais elevadas, os elétrons também requerem energia (em dimensões quânticas) para saltarem de uma órbita para outra ao redor do núcleo do átomo. Pesquisadores da Jila utilizaram luz laser para impulsionar os elétrons do átomo de rubídio para os níveis mais altos de energia. Então, detectaram a energia liberada pelos átomos na forma de luz fluorescente assim que eles voltavam ao seu estado natural. Segundo os pesquisadores, a nova técnica permitirá que os cientistas mensurem e controlem as transições entre os níveis atômicos de energia de forma muito mais eficiente. Poderá ter também aplicações práticas em muitos campos, incluindo astrofísica, computação quântica, análise química e síntese química.
Disponível em: Acesso em: 11 maio 2005.
Sobre a eletrosfera, considere as afirmações a seguir:
I. A absorção e a emissão de energia pelos átomos, quando os elétrons mudam de níveis de energia, podem ser ampliadas no laser ("Light Amplification by Stimulated emission of Radiation").
II. O modelo atômico atual criado entre 1924 e 1927 por De Broglie, Heisenberg e Schrödinger - denominado modelo da mecânica quântica - não admite mais a existência de órbitas, nem circulares nem elípticas, para os elétrons. III. Os orbitais 2s e 3s são esfericamente simétricos. A probabilidade de se encontrar um elétron num raio que se aproxima do infinito é igual a zero.
Marque a alternativa CORRETA:
a) Apenas as afirmações I e II são verdadeiras. b) Apenas as afirmações II e III são verdadeiras. c) Apenas a afirmação II é verdadeira.
e) Todas as afirmações são verdadeiras. 43. (UFRRJ) Leia o texto a seguir.
...Pensem nas feridas Como rosas cálidas Mas só não se esqueçam
Da rosa da rosa Da rosa de Hiroshima A rosa hereditária...
MORAIS, V. de. MATOGROSSO, N. Capturado em 27/07/2003.
O trecho do texto citado acima faz referência aos aspectos negativos da energia nuclear, que, juntamente com outras citações, faz com que algumas pessoas se esqueçam dos benefícios que podem ser alcançados, depois que o homem elucidou a estrutura atômica e dominou em várias áreas a tecnologia nuclear. Observando os itens a seguir, assinale a alternativa que apresenta apenas afirmações corretas sobre a estrutura atômica
I - Orbital é a região do átomo mais provável de se encontrar um elétron. II - No máximo dois elétrons podem compartilhar um mesmo orbital.
III - Dois elétrons de um mesmo átomo jamais apresentarão os quatro números quânticos iguais. a) Apenas III está correta.
b) Apenas I e III estão corretas. c) Apenas II está correta.
d) Todas as afirmativas estão corretas. e) Apenas I está correta.
44. (SANTA CASA) Se todos os orbitais p representados abaixo estivessem totalmente preenchidos, haveria nesses orbitais, elétrons em número de
a) 3. b) 4. c) 6.
