Guia de estudio Quimica

61. ¿Qué pruebas aprueban la idea que la radiación electromagnética es a)semejante a las ondas y b)semejante a las partículas?

a) Fue en 1905 cuando Einstein amplio la idea propuesta por Planck y postuló que la energía es un haz de luz no se difunde de forma continua en el espacio. Al suponer que le energía luminosa se concentra en pequeños paquetes (fotones) cuyo contenido de energía esta dado por la ecuación de Planck, Einstein fue capaz de predecir el efecto fotoeléctrico matemáticamente, gracias a ello la teoría se reconcilio con la teoría experimental.

Por consiguiente, tal parece que la luz es dual. La teoría ondulatoria se conserva ya que se considera que el fotón tiene una frecuencia y una energía proporcional a la frecuencia. Podemos pensar que la luz como energía radiante transportada por fotones y transmitida por un campo ondulatorio.

b) En 1887, Hertz observo que una chispa eléctrica podía saltar más fácilmente entre dos esferas cargadas cuando sus superficies estaban iluminadas por la luz que provenía de otra chispa. Este fenómeno conocido como efecto fotoeléctrico, se demostró mediante un experimento de su autoría. Un haz de luz incide sobre la superficie metálica A en un tubo al vacío. Los electrones emitidos por la luz son enviados al colector B por medio de las baterías externas, el flujo de electrones se detecta mediante un dispositivo llamada amperímetro. El efecto fotoeléctrico es un desafío ya que la emisión de electrones puede explicarse más fácilmente a través de la antigua teoría corpuscular, sin embargo, tampoco quedaban dudas acerca de las propiedades ondulatorias.

En un esfuerzo por lograr observaciones experimentales que apoyaran la teoría, Max Planck, un físico alemán, publico su hipótesis cuántica en 1901. El encontró que los problemas con la teoría de la radiación se basaban en la suposición de que la energía radiaba en forma continua. Postulo que la energía electromagnética se absorbía o emitía en paquetes discretos o cuantos. El contenido de estos cuantos, o fotones como fuero llamados, es proporcional a la frecuencia de la radiación.

62. Describa la influencia de la frecuencia e intensidad de la radiación electromagnética sobre la corriente del efecto fotoeléctrico.

Todo comienza con la ecuación de Planck: E = hf donde E es la energía, f es la frecuencia y h es el factor de proporcionalidad llamado La constante de Planck que nos describe que la energía es proporcional a la frecuencia, por lo tanto, a mayor frecuencia; mayor energía. Y a mayor energía, más electrones son absorbidos por la incidencia de la radiación electromagnética en la placa en cuestión.

63. El cesio se utiliza a menudo en los “ojos eléctricos” para la apertura automática de puertas como una aplicación del efecto fotoeléctrico. La cantidad de energía que se requiere para ionizar (eliminar el electrón de) un átomo de Cesio es de 3.89 electrón volt (1eV = 1.60x10-19J). Demuestre por calculo si un rayo de luz amarilla de longitud de onda de 5830Å causaría la ionización de un átomo de cesio.

3.89eV = 6.224x10-19, 5830Å = 5830x10-10m, E = hf y f = c/λ por lo tanto E = hc/λ, h = 6.626x10-34 y c = 3x108

E <=? hc/λ 🡪 6.224x10-19 <=? (6.626x10-34)(3x108)/(5839x10-10) 🡪 6.224x10-19 <=! 3.404x10-19

No, causaría la deionización de un átomo de cesio. Le falta energía.

64. Con referencia al ejercicio 63, ¿Cuál seria la longitud de onda, en nanómetros, de la luz con exactamente le energía suficiente para ionizar un átomo de cesio? ¿De qué color seria esta luz?

λ = hc/E

λ = (6.626x10-34)(3x108)/(6.224x10-19)

λ = 319nm, Luz Ultravioleta

65. a)Indique la diferencia entre un espectro atómico de emisión y un espectro atómico de absorción. b)Señale la diferencia entre un espectro continuo y un espectro de líneas.

a) Que el de emisión es aquel que se produce cuando la sustancia se calienta a grandes temperaturas y el de absorción es el que, valga la redundancia, absorbe ambos proveniente de la luz que entra en contacto con los átomos.

b) El espectro continuo es aquel que contiene todas las longitudes de onda y el de líneas el que presenta “piezas” faltantes, es decir, de la cual le faltan algunas longitudes de ondas.

66. Elabore un diagrama semejante al de la figura 4.18b que muestre un estado energético fundamental y tres estados energéticos excitados. Utilice flechas verticales para indicar lo que correspondería al espectro de absorción de este sistema.

[pic 1]

67. ¿Por qué el modelo de Bohr del átomo de hidrogeno se conoce como el modelo del sistema solar?

Por la forma en que los electrones (que serían la representación de los planetas) orbitarían el núcleo (que sería la representación del sol).

68. Si cada átomo de un mol de átomos emite un fotón de longitud de onda de 5.50x103Å, ¿Cuánta energía se pierde? Exprese la respuesta en kJ/mol. Como referencia, un mol (16 g) de CH4 genera 819kJ de calor.

5.50x103Å = 5500x10-10m, 1mol = 6.022045x1023,  E = hc/λ y Emol = E.mol

E = (6.626x10-34)(3x108)/(5500x10-10) = 3.614x10-17J

Emol = (3.614x10-17)(6.022045x1023) = 21764.76555kJ

69. ¿Cuál es la ecuación de Balmer-Rydberg? ¿Por qué es una ecuación empírica?

= Se dio esta conclusión al observar las líneas del espectro del hidrogeno de la cual se genero la formula.[pic 2][pic 3]

70. El átomo de hidrogeno absorbe energía para que los electrones se exciten al nivel de energía n = 7. Entonces los electrones experimentan estas transiciones 1) n = 7 🡪 n =1; 2) n = 7 🡪 n =2; 3) n = 2 🡪 n =1. ¿Cuál de estas transiciones producirá un fotón con a) la menor energía; b) la mayor frecuencia; c) la longitud de onda mas corta? d) ¿Cuál es la frecuencia de un fotón que resulta de la transición n = 6 🡪 n = 1?

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