Terceira lista de exercícios Existência do elétron e Radioatividade
Questões:
1- Quais as evidências da existência do elétron? Como Faraday interpretou o fenômeno da eletrólise? Como Thomson interpretou os raios catódicos? Coloque os argumentos para essas interpretações.
2- Classifique os diferentes tipos de radiação (alpha, beta, gamma) segundo as características de a) poder de penetração; b) poder de ionização; c) carga elétrica; d) massa. Qual a diferença entre raios X e raios gamma?
3- Como a radiação é emitida? Um átomo radioativo que está algum tempo sem decair tem maior chance de decair do que outro átomo de mesma espécie que acabou de ser produzido? Existe átomo velho?
Exercícios:
1. O que significa a constante de Faraday na expressão: 𝑚 =
𝜇𝑛𝑄𝐹onde μ é a massa molar, n a valência do íon e Q e m são a carga e a massa depositada em um processo de eletrólise?
2. Calcule o volume de hidrogênio liberado a CNTP pela passagem de uma corrente de 1,6 A durante 5 minutos na eletrólise da água.
3. Determinando a constante de Avogadro pelo decaimento: Considerando que o valor da meia vida do Ra é de 1602 anos e supondo que um grama de rádio emite 3,4 x 10
10partículas por segundo, determine o número de Avogadro.
(dica: considere que a taxa de decaimento por segundo é igual ao número de partículas presente na amostra vezes λ (a constante de decaimento))
A natureza da Luz (Dualidade onda partícula)
Questões:
1- Que características experimentais do efeito fotoelétrico podem ser explicadas classicamente?
Quais não podem?
2- Quais foram os argumentos de Einstein para introduzir o conceito de fótons e como ele explicava as falhas na teoria clássica?
3- Quais fatos não podem ser explicados pela teoria ondulatória do eletromagnetismo na experiência de Compton? Quais hipóteses Compton fez para explicá-los?
4- Assim como a luz apresenta comportamento de partícula e onda, Louis de Broglie propôs que as partículas (em particular o elétron) também apresentam comportamento de onda. Quais características ondulatórias podem ser observadas no elétron? Cite duas experiências que demonstram o caráter ondulatório do elétron
Problemas:
1. O comprimento de onda limite para o potássio é de 558 nm. Qual é a função trabalho para o potássio? Qual é o potencial de frenamento quando é usada luz no comprimento de onda de 400 nm? ( A função trabalho é o potencial de ligação que o elétron tem que vencer para se libertar do átomo. O potencial de frenamento é o potencial a partir do qual não chega mais corrente. Ou seja, é uma medida da energia máxima do elétron)
2. Incide-se luz de comprimento de onda de 400 nm e intensidade igual a 0.01W/m
2no potássio.
Estime o tempo esperado pela teoria clássica (luz como uma onda) para a emissão de elétrons
supondo o raio médio do potássio da ordem de 10
-10m e a função trabalho obtida no exercício
anterior.
3. Se você deseja produzir raios X de 1 Angstron (10
-10m) no laboratório, qual a voltagem mínima de aceleração dos elétrons?
4. Calcule a energia e o momento de um fóton com comprimento de onda de 700 nm.
5. Raios X com comprimento de onda de 0,200 nm são espalhados por um bloco de carbono. A radiação espalhada é recebida sob um ângulo de 60
0com relação à radiação incidente. Achar:
a. o deslocamento Compton Δλ
b. a energia cinética atribuída ao elétron que recua. (tente fazer esse exercício antes de fazer o seguinte!)
c. qual o ângulo de espalhamento do elétron (em relação ao feixe incidente)
6. Calcule o comprimento de onda de uma bola de futebol viajando a 100 km/h. Calcule o comprimento de onda de um elétron emitido da superfície de um metal, com velocidade 3,6 X 10
3km/s. Por que não observamos o caráter ondulatório da bola de futebol?
Modelos Atômicos
Questões:
1. Considere os modelos atômicos de Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr.
a. Quais as principais diferenças entre as concepções do átomo em cada modelo?
b. Quais as evidências experimentais que acarretaram essas mudanças de modelo?
Veja as séries de Balmer e de Rydberg abaixo:
1. O que significam essas séries?
2. O que elas se propõem a explicar? Entenda o significado de n, n
1e n
2nas expressões acima.
3. Quais são os postulados de Bhor para o modelo atômico. Quais são os aspectos que tornam o modelo de Bohr importante para descrever as linhas espectroscópicas do átomo de hidrogênio?
Exercícos:
1. Usando a fórmula de Balmer, calcule o comprimento de onda da primeira linha do espectro do átomo de hidrogênio na região do visível e compare com o valor experimental (4862 Å) 2. Calcule o segundo comprimento de onda da segunda linha da série de Paschen (n
1= 3) e
mostre em qual região do espectro eletromagnético esta linha está compreendida.
3. Calcule numericamente a energia de emissão de um fóton para o átomo de hidrogênio transitando entre o quinto e o segundo nível excitado.
4. Determine a energia cinética, a energia potencial e a energia total do átomo de hidrogênio em função de n
2. Calcule os valores numéricos para n=1, n=2, n=3, n=4 para a energia total e faça o diagrama de níveis de energia para estes quatro níveis.
1 2 2
1 2 109680 1
1
cm
Balmer n
1 2 2 2 1
