Guia Ejercicios de Quimica General (Qui100)

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Universidad Nacional Andrés Bello Facultad de Ecología y Recursos Naturales Departamento de Ciencias Químicas

Sedes Santiago - Viña del Mar

Guías de Ejercicios Química General

Incluye la respuesta de la mayoría de los ejercicios

Profesora: Betsabé Acevedo P. 2º Semestre 2005 Lectura de Referencia: “QUÍMICA. La Ciencia Central” 7a Edición. T. L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E. Bursten

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Universidad Nacional Andrés Bello Química General Profesora: Betsabé Acevedo P. Guía Nº 1 Materia y Mediciones Lectura de Referencia: “QUÍMICA. La Ciencia Central” 7a Edición. T. L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E. Bursten Referencia: CAPÍTULO 1. Brown Clasificación y propiedades de la materia 1. Identifique cada una de las siguientes sustancias como gas, líquido o sólido en condiciones ordinarias de temperatura y presión: a) Oxígeno b) cloruro de sodio c) mercurio d) dióxido de carbono 2. Indique el estado de la materia (gas, líquido o sólido) para cada uno de las siguientes sustancias en condiciones ordinarias de temperatura y presión: a) Helio b) cobre c) alcohol isopropilico (empleado como alcohol para fricciones) d) bicarbonato de sodio (polvos para hornear) 3. Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura o mezcla, indique si es homogénea o heterogénea: a) concreto (hormigón) b) agua de mar c) magnesio d) gasolina 4. Clasifique cada una de las siguientes como sustancias pura o mezclas, indique si es homogénea o heterogénea: a) aire b) nitrógeno c) cristales de yodo d) aderezo de queso azul para ensalada 5. Sugiera una forma de averiguar si un líquido incoloro es agua pura o una solución de sal en agua, sin probar el liquido. 6. Sugiera una forma de separar una mezcla de azúcar y arena 7. Dé el símbolo químico para cada uno de los siguientes elementos: a) aluminio b) sodio c) hierro d) potasio e) fósforo f) bromo g) nitrógeno h) mercurio 8. Dé el símbolo químico para cada uno de los siguientes elementos: a) carbono b) cadmio c) cromo d) cinc e) yodo f) azufre g) oxígeno h) neón 9. Nombre los elementos químicos representados por los siguientes símbolos: a) H b) Mg c) Pb d) Si e) F f) Sn g) Cu h) Ca. 10. Nombre los siguientes elementos: a) Na b) Co, c) Mn d) S e) P f) Ni g) Ag h) Ti

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11. Una sustancia sólida blanca A se calienta intensamente en ausencia de aire y se descompone para formar una nueva sustancia blanca B y un gas C. El gas tiene exactamente las mismas propiedades que el producto que se obtiene cuando se quema carbono con exceso de oxígeno. ¿Qué podemos decir acerca de si los sólidos A y B y el gas C son elementos o compuestos? 12. En 1807 el químico inglés Humphry Davy pasó una corriente eléctrica a través de hidróxido de potasio fundido y aisló una sustancia brillante y reactiva. Davy aseguró haber descubierto un nuevo elemento al que llamó potasio. En estos tiempos, antes de la aparición de los instrumentos modernos, ¿cómo se justificaba la aseveración de que una sustancia era un elemento? 13. En un intento por caracterizar una sustancia, un químico hace las siguientes observaciones: la sustancia es un metal lustroso color blanco plateado que se funde a 649°C y hierve a 1105°C; se densidad a 20°C es de 1.738 g/cm3 . La sustancia arde en aire, produciendo una luz blanca intensa, y reacciona con cloro para producir un sólido blanco quebradizo. La sustancia se puede golpear hasta convertirla en láminas delgadas o estirarse para formar alambres y es buena conductora de la electricidad. ¿Cuáles de estas características son propiedades físicas y cuáles químicas? 14. Lea las siguientes descripciones del elemento bromo e indique cuales de las propiedades son físicas y cuales son químicas. El bromo es un líquido marrón rojizo que hierve a 58.9 °C y se congela a –7.2 °C. La densidad del líquido a 20°C es de 3.12 g/mL. El líquido corroe metales fácilmente, y reacciona rápidamente con aluminio metálico para formar bromuro de aluminio. 15. Rotule cada uno de los siguiente procesos como procesos químicos o físicos: a) corrosión del aluminio metálico b) fundir hielo c) pulverizar una aspirina d) digerir una golosina e) explosión de nitroglicerina. 16. Se enciende un fósforo y se sostiene bajo un trozo de metal frío. Se hacen las siguientes observaciones: a) el fósforo arde b) el metal se calienta c) se condensa agua en el metal d) se deposita hollín (carbono) en el metal. ¿Cuáles de estos procesos se deben a cambios físicos y cuáles a cambios químicos? Unidades de medición 17. ¿Qué potencia decimal representan las siguientes abreviaciones: a) d b) c c) f d) µ e) M f) k g) n h) m i) p 18. Use prefijos métricos para escribir las siguientes mediciones sin usar exponentes: a) 3.4 x 10-12 m b) 4.8 x 10-6 mL c) 7.23 x 103 g

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d) 2.35 x 10-6 m3

e) 5.8 x 10 –9 s

f) 3.45 x 10-3 moles

19. Realice las siguientes conversiones: a) 454 mg a g b) 5.09 x 10-9 m a pm c) 3.5x10-2 mm a µm 20. Convierta a) 3.05 x 105 g a kg b) 0.00035 mm a nm c) 3.45 x 10-1 s a ms 21. Indique si las siguientes son mediciones de longitud, área, volumen, masa densidad, tiempo o temperatura: a) 5 ns b) 3.2 kg/L c) 0.88 pm d) 540 km2 e) 173 K f) 2 mm3 g) 23 ºC 22. ¿Qué tipo de cantidad (por ejemplo, longitud, volumen, densidad) indican las siguientes unidades: a) mL b) cm2 c) mm3 d) mg/L e) ps f)nm g) K 23. a) Una muestra de tetracloruro de carbono, un líquido que solía usarse para el lavado en seco, tiene una masa de 39.75 g y un volumen de 25.00 mL. Calcule su densidad. b) La densidad del platino es de 23.4 g/cm3 . Calcule la masa de 75.00 cm3 de platino. c) La densidad es de 1.74 g/cm3 . Calcule el volumen de 275 g de este metal. 24. a) Un cubo de plástico de 1.5 cm por lado tiene una masa de 1.9 g. Calcule su densidad en g/cm3 ¿Flotará en el agua este material? Los materiales que son menos densos que el agua flotan en ella b) La densidad del bromo líquido es de 3.12 g/mL. Calcule la masa de 0.250 L de bromo. c) La densidad de un trozo de madera de ébano es de 1.20 g/cm3 . Calcule el volumen de 5.74 kg de esta madera. 25. a) Para identificar una sustancia líquida, un estudiante determinó su densidad. Empleando una probeta graduada, midió una muestra de 45 mL de la sustancia y a continuación determino la masa de la sustancia encontrando que pesaba 38.5 g . Las posibles sustancias eran alcohol isopropílico (densidad = 0.785 g/mL) o bien tolueno (densidad = 0.866 g/mL) ¿Cuál fue la densidad calculada y cuál es la probable identidad de la sustancia? b) Un experimento requiere 45.0 g de etilenglicol, un líquido cuya densidad es de 1.114 g/mL. En vez de pesar la muestra en una balanza, un químico opta por medir el líquido en una probeta graduada. ¿Qué volumen del líquido deberá usar? c) Un trozo cúbico de un metal mide5.00 cm por lado. Si el metal es níquel, con densidad 8.90 g/cm3 ¿qué masa tiene el cubo? 26. a) Al haberse desprendido la etiqueta de un frasco que contiene un líquido transparente, el cual se piensa es benceno, un químico mide su densidad. Una porción de 25.0 mL del líquido tuvo una masa de 21.95 g. Si la densidad informada para el benceno es de 0.8787 g/mL ¿la densidad calculada concuerda con el valor tabulado? b) Un experimento requiere 15.0 g ciclohexano, cuya densidad es de 0.7781 g/mL ¿qué volumen de ciclohexano debe usarse?

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c) Una esfera de plomo tiene 5.0 cm de diámetro. ¿Qué masa tiene la esfera si la densidad del plomo es de 11.34 g/cm3 27. Un trozo de papel de aluminio que mide 12.0 pulg por 15.5 pulg y tiene una masa de 5.175 g. El aluminio tiene una densidad de 2.70 g/cm3. Calcule el espesor del papel de aluminio en milímetros. 28. El oro puede martillarse hasta formar láminas extremadamente delgadas llamadas pan de oro. Si un trozo de 1.00 g de oro (densidad = 19.2 g/cm3) se martillea hasta formar una lámina que mide 8.0 x 5.0 pies, calcule el espesor medio de la lámina en metros. ¿Cómo podría expresarse el espesor sin notación exponencial, empleando un prefijo métrico apropiado? 29. Efectúe las siguientes conversiones: a) 62 ºF a ºC b) –16,7 ºC a ºF c) –33 ºC a K d ) 315 K a ºF

e) 2500 ºF a K

30. a) La temperatura de un día de verano soleado es de 82 °F exprese esa temperatura en °C b) El punto de fusión de cloruro de sodio es de 804 °C exprese esa temperatura en K c) El mercurio se congela a 234.28 K, exprese su punto de congelación en °F d) Muchos datos científicos es reportan a 25 °C exp rese esa temperatura en K y °F e) El neón, el elemento gaseoso empleado para fabricar anuncios luminosos, tiene un punto de fusión de –248.6 °C y un punto de ebullición de –246.1 °C, exprese esas temperaturas en K. Incertidumbre al medir 31. Indique cuáles de los siguientes números son exactos: a) la masa de un broche para papel b) el área superficial de una moneda c) el número de pulgadas que hay en una milla d) el número de onzas que hay en una libra e) el número de microsegundos que hay en una semana f) el número de páginas que tiene un libro. 32. Indique cuáles de los siguientes son números exactos: a) la masa de una lata de café de 32 onzas b) el número de estudiantes en su grupo de química c) la temperatura de la superficie del sol d) la masa de un sello de correos e) la altura media de los estudiantes de su curso f) el número de mL en un metro cúbico de agua 33. Indique el número de cifras significativas en cada una de las siguientes cantidades medidas: a) 1282 kg b) 0.00296 s c) 8.070 mm d) 0.0105 L e) 9.7750 x 10-4 cm 34. Indique el número de cifras significativas en cada una de las siguientes cantidades medidas: a) 8.1441 mg b) 0.00050 m2 c) 6,480,100 s d) –15.20 °C e) 10 .0800 x -2 10 g

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35. Redondee los siguientes números a cuatro cifras significativas y exprese el resultado en notación exponencial: a) 300.235800 b) 456,500 c) 0.006543210 d) 0.000957830 e) 50.778 x 103 f) –0.035000 36. 35. Redondee los siguientes números a tres cifras significativas y exprese el resultado en notación exponencial: a) 100.000 b) 0.005000 c) 73,000 d) 1.5615 x 105 e) 8854.05 f) –12,350 37. Efectúe las siguientes operaciones y exprese sus resultados con el número apropiado de cifras significativas: a)1.240560 + 75.80 b) 23.67 – 75 c) 890.00 x 112.3 d) 78,132 / 2.50. 38. Efectúe las siguientes operaciones y exprese sus resultados con el número apropiado de cifras significativas: a) 320.55 - (6104.5/2.3) b) [(285.3 x 105) –( 1.200 x 103)] x 2.8954 c) (0.0045 x 20,000.0) + (2813 x 12) d) 863 x [1255 – (3.45 x 108)] Análisis Dimensional 39. Cuando convierte unidades, ¿cómo decide qué parte delo factor de conversión va en el numerador y cuál va en el denominador? 40. La relación entre millas y kilogramos es 1 mi = 1.609 km. Al convertir millas a kilogramos ¿qué parte del factor de conversión va el denominador? 41. Realice las siguientes conversiones: a) 0.076 L a mL b) 5.0 x 10-8 m a nm

c) 6.88 x 105 ns a s d) 1.55 kg/m3 a g/L

42. a) El diámetro de un átomo de bromo es de 2.3 x 10-8 cm. Exprese esta distancia en picómetros. b) Los océanos contienen aproximadamente 1.35 x 109 km3 de agua exprese este volumen en litros. c) Una persona ordinaria tiene alrededor de 200 mg de colesterol en 100 mL de sangre. Si el volumen total de sangre en un persona es de 5.0 L ¿cuántos gramos de colesterol total contiene la sangre de este individuo?. 43. Realice las siguientes conversiones: a) 8.60 mi a m b) 3.00 días a s c) 5.0 pm a m 55.35 pies3 a cm3

d) 75.00 mi/h a m/s

44. Realice las siguientes conversiones: a) 9.5 pies a cm b) 4.95 qt (cuartos de galón) a mL 3 3 d) 7.00 yd a m e) 2.57 g/mL a kg/m3

e)

c) 45.7 pulg/h a mm/s

45. a) ¿Cuántos litros de vino puede contener un barril cuya capacidad es de 31 gal. b) La dosis recomendada para adultos de elixofilina, un

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fármaco empleado para el tratamiento del asma, es de 6 mg/kg de masa corporal. Calcule la dosis en miligramos para una persona de 150 lb. c) Si un automóvil puede recorre 254 mi con 11.2 gal de gasolina, calcule el rendimiento de la gasolina en km/L d) Una libra de café en grano rinde 50 tazas de café (4 tazas = 1 qt) ¿Cuántos mL de café se pueden preparar con 1 g de café en grano? 46. a) Si el tanque de gasolina de una automóvil compacto tiene una capacidad de 12 galones, ¿qué capacidad tiene en litros? b) si una abeja vuela a una velocidad media de 3.4 m/s, calcule su velocidad media en mi/h c) calcule el desplazamiento en litros de los pistones de un motor cuyo desplazamiento se reporta como 320 pulg3 d) En marzo de 1986, el Exxon Valdez encalló y derramo 240,000 barriles de petróleo crudo cerca de las costas de Alaska. Un barril de petróleo es igual a 42 gal. ¿cuántos litros de petróleo se derramaron? 47. La densidad del aire a la presión atmosférica normal y a 25°C es de 1.19 g/L. Calcular la masa en kilogramos del aire contenido en una habitación que mide 12.5 x 15.5 x 8.0 pies. 48. La concentración máxima de permisible de monóxido de carbono en el aire urbano es de 10 mg/m3 durante un periodo de 8 horas. En este nivel ¿qué masa de monóxido de carbono en gramos está presente en una habitación que mide 8 x 12 x 20 pies? 49. Una refinería de cobre produce un lingote de cobre que pesa150 lb. Si el cobre se estira para formar alambre de 8.25 mm de diámetro, ¿cuántos píes de cobre podrán obtenerse del lingote?. La densidad del cobre es de 8.94 g/cm3 50. El dólar de plata Morgan tiene una masa de 26.73 g. Por ley, se requería que esta moneda contuviera 90% de plata, siendo el resto cobre. a) cuando la moneda se acuño a fines del siglo xix, la onza troy (31.1 g) de plata costaba 1.18 dólares. A este precio, ¿cuánto valía la plata de la moneda?. Ejercicios Adicionales 51. ¿Qué significan los términos composición y estructura cuando se refieren a la materia? 52. Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura, solución o mezcla heterogénea: una monead de oro, una taza de café, una tabla de madera. ¿Qué ambigüedades hay al determinar claramente la naturaleza del material a partir de la descripción dada? 53. a) ¿Qué diferencia hay entre una hipótesis y una teoría? b) ¿Qué diferencia hay entre una teoría y una ley científica? ¿Cuál se refiere a como se comporta la materia y cuál a por qué se comporta como lo hace?

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54. Una muestra de ácido ascórbico (vitamina C) se sintetiza en un laboratorio. La muestra contiene 1.50 g de carbono y 2.00 g de oxígeno. Otra muestra de ácido ascórbico aislada de cítricos contiene 6.35 g de carbono. ¿Cuántos gramos de oxígeno contiene esta otra muestra? ¿Qué ley se esta ilustrando aquí? 55. ¿Cuáles de las siguientes son propiedades intensivas: a) masa c) temperatura d) área e) color f) volumen?

b) densidad

56. Indique las unidades SI derivadas para cada una de las siguientes cantidades en términos de unidades SI fundamentales: a) aceleración (distancia / tiempo2) b) fuerza (masa x aceleración) c) trabajo (fuerza x distancia) d) presión (fuerza / área) e) potencia (trabajo / tiempo) 57. El magnesio se usa en las ruedas de automóviles porque es “ más ligero” que el acero. Exprese esta comparación en una forma científicamente más correcta. 58. En general los sólidos tienen una densidad mayor cuando están en su punto de fusión que cuando se encuentran en fase líquida. Sugiera una razón para esto. 59. El helio tiene el punto de ebullición más bajo de todos los líquidos, -268.9 °C. Exprese esta temperatura en K y °F. 60. Como ejercicio de laboratorio dos estudiantes determinan el porcentaje de plomo en una muestra. El verdadero porcentaje es de 3.55 %. Los resultados de los estudiantes para tres determinaciones son las siguientes: I: 3.20, 3.15, 3.22 II: 3.65, 3.58, 3.45 a) calcule el porcentaje medio para cada conjunto de datos, e indique cuál conjunto es más exacto con base en dicho valor medio. b) La precisión puede evaluarse examinando la media de las desviaciones respecto al valor medio para ese conjunto de datos. (calcule la diferencia entre la medición de cada estudiante y el valor verdadero y luego obtenga el promedio de los valores absolutos de estas desviaciones)¿cuál conjunto es más preciso? 61. ¿Es apropiado el uso de cifras significativas en cada una de las siguientes afirmaciones?, ¿por qué sí o por qué no? a) La circulación del Reader’s Digest en 1976 fue de 17,887,299. b) Hay más de 1.4 millones de personas en Estados Unidos que tienen el apellido Brwn. c) La precipitación pluvial media anual en San Diego, California, es de 20.54 pulg d) El número de habitantes en East Lansing Michigan, fue de 51,237 en 1979 62. La producción anual de Hidróxido de Sodio en EAU en 1994 fue de 25,830 millones de libras. a) ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio se produjeron en ese año? b) La densidad de hidróxido de sodio es de 2.130 g/cm3 ¿cuántos kilómetros cúbicos se produjeron?

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63. a) Se nos da un frasco que contiene 2.36 mL de un líquido amarillo. La masa total del frasco y el líquido es de 5.26 g. El frasco vacío pesa 3.01 g. Calcule la densidad del líquido b) el mercurio se vende por frascos, una unidad que tiene una masa de 34.5 kg. Calcule el volumen de una botella de mercurio si la densidad del metal es de 13.6 g/mL. c) Una esfera de latón tiene un radio de 2.37 cm. Si la densidad del latón es de 8.47 g/cm3 , ¿qué masa tiene la esfera? 64. Una muestra de 8.47 g de un sólido se coloca en un matraz de 25.00 mL El volumen restante del matraz se llena con benceno, en el cual el sólido es insoluble. El sólido y el benceno juntos pesan 24.54 g. La densidad del benceno 0.879 g/mL. Calcule la densidad del sólido. 65. Suponga que usted decide definir su propia escala de temperatura empleando el punto de congelación (-11.5 °C) y el p unto de ebullición (197.6 °C) del etilenglicol. Si establece el punto de congelación como 0 °G y el de ebullición como 100 °G, ¿cuál sería el punto de congelación de l agua en esta nueva escala? 66. El ganador de una carrera de 10,000 metros cubrió el recorrido en 20 minutos, 13 segundos. Calcule la velocidad media del ganador en millas por hora. 67. Un auto deportivo rinde 29 millas por galón y tiene un tanque de gasolina con una capacidad de 41 L. a) ¿Qué distancia puede recorrer con un tanque de gasolina? b) ¿Cuánto gastará en gasolina el conductor en un recorrido de 650 millas si el galón de gasolina cuesta $1.39? 68. La distancia entre la Tierra y la Luna es de aproximadamente 240,000 mi. a) Exprese esta distancia en metros. b) El Concorde tiene una velocidad respecto al aire de 2400 km/h. Si el Concorde pudiera volar a la Luna ¿cuántos segundos tardaría? 69. Una moneda de 25 centavos de dólar tiene una masa de 5.67 g y un espesor aproximado de 1.55 mm. a) ¿Cuántas de estas monedas tendría que apilarse para alcanzar una altura de 575 pies. b) ¿Cuánto pesaría esta pila c) ¿Cuánto dinero contendría esta pila? d) En 1994 la deuda nacional de Estados Unidos era de 4.6 billones de dólares. ¿Cuántas pilas como la que se describe aquí se necesitarían para saldar esa deuda? 70. En Estados Unidos el agua empleada para irrigación se mide en acres-pies. Un

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acre-pie de agua cubre un acre hasta una profundidad de un pie. Un acre mide 4840 yd2 . Un acre-pie es suficiente agua para aprovisionar dos hogares típicos durante 1.00 años. El agua desalinizada cuesta cerca de $2000.000 por acrepie. a) ¿Cuánto cuesta el litro de agua desalinizada? b) ¿Cuánto tendría que pagar un hogar al día si ésta fuera la única fuente de agua? 71. Un recipiente cilíndrico con radio r y altura h tiene un volumen de π r2h. a) Calcule el volumen en centímetros cúbicos de un cilindro con radio de 16.5 cm y una altura de 22.3 cm. b) Calcule el volumen en metros cúbicos de un cilindro de 6.3 pies de altura y 2.0 pies de diámetro. c) Calcule la masa en kilogramos de un volumen de mercurio igual al volumen del cilindro de b). La densidad del mercurio es de 13.6 g/cm3 72. Un tubo cilíndrico de vidrio con una longitud de 15.0 cm se llena con etanol. Se determina que la masa de etanol necesaria para llenar el tubo es de 9.64 g. Calcule el diámetro interior del tubo en cm. La densidad del etanol es de 0.789 g/ml 73. El oro forma una aleación con otros metales para aumentar su dureza y fabricar joyería con él. a) Considere una alhaja de oro que pesa 9.85 g y tiene un volumen de 0.675 cm3 . La alhaja sólo contiene oro y plata, que tiene densidades de 19.3 g/cm3 y 10.5 g/cm3 respectivamente. Suponiendo que el volumen total de la alhaja es la suma de los volúmenes de oro y plata que contiene, calcule el porcentaje de oro (en masa) de la alhaja. b) La cantidad relativa de oro en una aleación normalmente se expresa en unidades de quilates. El oro puro normalmente tiene 24 quilates, y el porcentaje de oro en una aleación se indica como un porcentaje de ese valor. Por ejemplo, una aleación que tiene 50 % de oro tiene 12 quilates. Exprese la pureza de la alhaja en quilates. 74. Suponga que recibe una muestra de un líquido homogéneo. ¿qué haría para determinar si es una solución o una sustancia pura? 75. La cromatografía es un método sencillo pero confiable para separar una mezcla en sus sustancias constituyente. Suponga que usa cromatografía para separar una mezcla de dos sustancias. ¿Cómo sabría si la separación tuvo éxito? ¿Puede proponer una forma de cuantificar qué tan buena o qué tan deficiente es la separación?

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76. Un sólido flota en cualquier líquido que sea más denso. Usando un manual de química, encuentre la densidad de las siguientes sustancias: tetracloruro de carbono, hexano, benceno, y yoduro de metilo. ¿Flotará en cualquiera de estos líquidos una esfera de mármol cuya masa es de 2.00 g y cuyo radio es de 0.56 cm? 77. Empleando el Handbook of Chemistry and Physics o una fuente de datos similares, determine qué elemento sólido tiene la mayor densidad a) qué elemento sólido tiene el punto de fusión más alto conocido b) qué elemento sólido tiene el punto de fusión más bajo conocido c) cuáles son los únicos elementos que son líquidos a temperatura ambiente (unos 20 °C)

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Respuestas Guía Nº 1 Clasificación y propiedades de la materia 1. (a) Gas (b) sólido (c) líquido (d) gas. 2. (a) Gas (b) sólido (c) líquido (d) sólido 3. (a) mezcla heterogénea (b) mezcla homogénea (c) sustancia pura (d) mezcla homogénea 4. (a) mezcla homogénea (considere aire limpio) (b) sustancia pura (c) sustancia pura (d) mezcla heterogénea. 5. El agua pura es una sustancia pura, en tanto que una solución de sal en agua es una mezcla. Tome una pequeña cantidad del líquido y deje que se evapore. Si el líquido es agua salada, habrá un residuo sólido blanco (sal). Si el líquido es agua, no habrá residuo alguno. 6. Estos dos sustancias tienen diferentes propiedades físicas, incluyendo diferentes solubilidades en agua. Entonces, adicione agua a la mezcla, solo el azúcar se disolverá. Luego filtre la mezcla, la arena quedará retenida en el papel filtro y el azúcar estará disuelta en el agua. Luego podrá evaporar el agua filtrada y recoger el azúcar sólida. 7. (a) Al (b) Na (c) Fe (d) K (e) P (f) Br (g) N (h) Hg 8. (a) C (b) Cd (c) Cr (d) Zn (e) I (f) S (g) O (h) Ne 9. (a) Hidrógeno (b)magnesio (c)plomo (d)silicio (e) flúor (f) estaño (g)cobre (h) calcio. 10. (a) Sodio (b) cobalto (c) manganeso (d)azufre (e)fósforo (f)níquel (g)plata (h) titanio. 11. C es un compuesto; contiene carbono y oxígeno. A es un compuesto; contienen al menos carbono y oxígeno. B no esta definido por los datos proporcionados; probablemente es un compuesto porque pocos elementos existen como sólidos blancos. 12. Antes de la instrumentación moderna, la clasificación de una sustancia pura como un elemento se basaba solo en si la sustancia podía fragmentarse o romperse en otros componentes elementales. Si los resultados eran negativos, la sustancia era un elemento. En algunos casos estos resultados eran ambiguos pero todavía no se conocía o no se había descubierto una técnica más poderosa y todavía no se conoce. 13. Propiedades físicas: blanco plateado; lustroso; punto de fusión = 649 ºC; punto de ebullición = 1105 ºC; densidad a 20 ºC = 1.738 g/mL: se convierte en lámina golpeándola; se estira para formar alambres; buena conductora. Propiedades químicas: arde en aire; reacciona con Cl2. 14. Propiedades físicas: liquido; color marrón rojizo; hierve a 58.9 ºC; congela a –7.2 ºC, densidad a 20 ºC 3.12 g/mL. Propiedades químicas: corrosivo, el líquido corroe metales fácilmente y reacciona rápidamente con Al para formar bromuro de aluminio. 15. a) Químico (b) físico (c) físico (d) químico (e) químico. 16. (a) Químico (b) físico (c) físico (la producción de agua es un cambio químico pero la condensación es un cambio físico) (d) físico (la producción de hollín es un cambio químico pero la deposición es un cambio físico) Unidades de Medición 17. (a) 1 x 10-1 (b) 1 x 10-2 (c) 1 x 10-15 (d) 1 x 10-6

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(e) 1 x 106 (f) 1 x 103 (g) 1 x 10-9 (h) 1 x 10-3 (i) 1 x 10-12 18. (a) 3.4 pm (b) 4.8 nL (c) 7.23 kg (d) 2.35 x 10-6 m3 x 1 cm3 x 1 mL = 2.35 mL (1 x 10-2)3 m3 1 cm3 (e) 5.8 ns (f) 3.45 mmol 19. (a)0.454 g (b) 5.0 x 103 ppm (c) 35 µm 20. (a) 3.05 x 105 g x 1 kg = 3.05 x 102 kg ( 305 kg) 1 x 103 g (b) 0.00035 mm x 1 x10-3 m x 1 nm = 3.05 x 102 nm 1mm 1 x 10-9 m (c) 3.45 x 10-1 s x 1 ms = 3.45 x 102 ms (345ms) 1 x 10-3 s 21. (a) Tiempo (b) densidad (c) longitud (d) área (e) temperatura (f) volumen (g) temperatura. 22. (a) volumen (b) área (c) volumen (d) densidad (e) tiempo (f) longitud (g) temperatura. 23. (a) 1.59 g/cm3 (b) 1.76 x 103 g (c) 158 cm3 24. (a) 0.56 g/cm3 (b) 7.80 x 102 g de bromo (c) 4.78 L de ebano 25. (a) densidad calculada = 0.86 g/mL. La sustancia es probablemente tolueno, densidad = 0.866 g/mL (b) 40.4 mL de etilenglicol (c) 1.11 x 103 g de níquel 26. (a) 0.878 g/mL (b) 19.3 mL de ciclohexano (c) 7.4 x 102 g 27. 1.60 x 10-2 mm 28. 14 nm de espesor 29. (a) 17 ºC (b) 1.9 ºF (c) 240 K (d) 108 ºF (e) 1644 K 30. (a) 28 ºC (b) 1077 K (c) –37 97 ºF (d) 77 ºF (e) pto de fusión = 24.6 K y pto de ebullición = 27 1 K Incertidumbre al medir 31. Exactos: (c), (d), (e), (f) 32. Exactos: (b), (e) 33. (a) 4 (b) 3 (c) 4 (d) 3 (e) 5 34. (a) 5 (b) 2

(c) ambiguos; 5, 6 o 7

(d) 4 (e) 6

35. (a) 3.002 x 102 (b) 4.565 x 105 (c) 6.543 x 10-3 (d) 9.578 x 10-4 36. (a)1.00 x 102 (e) 8.85 x 103

(b)5.00 x 10-3 (f) –1.24 x 104

(c) 7.30 x 104

37. (a) 77.04 (b) –51 (c) 9.995 x 104 (d) 3.13 x 104 38. (a) -2.3 x 103 (b) 8.260 x 107 (c) 3.4 x 104 (d) 7.62 x 105

(d) 1.56 x 105

14

Análisis Dimensional 39. Disponga factores de conversión de modo que las unidades iniciales se cancelen y las nuevas unidades queden en el lugar apropiado, ya sea en el numerador o denominador. 40. (a) 1.609 km/1 mi 41. (a) 76 mL (b) 50 nm (c) 6.88 x 10-4 s (d) 1.55 g/L 42. (a) 2.3 x 102 pm (b) 1.35 x 1021 L (c) 10 g de colesterol. 43. (a) 1.38 x 104 m (b) 2.59 x 105 s (c) $ 0.410/L (d) 5.0 x 10-9 m/s (e) 33.52 m/s (f) 1.567 x 106 cm3 44. (a) 2.9 x 102cm (b) 4.68 x 103 mL (c) 0.322 mm/s (d) 5.35 m3 (e) 0.659 ¢/g (f) 2.57 x 103 kg/m3 45. (a) 1.2 x 102 L (b) 4 x 102 mg (c) 9.64 km/L (d) 26 mL/g 46. (a) 45 L (b) 7.6 mi/h (c) 5.24 L (d) 3.8 x 107 L 47. 52 kg de aire 48. (a) 0.54 g CO 49. 467 pies

50. (a) $ 0.91 (b) 8.7 monedas Ejercicios Adicionales 51. (a) Composición es el contenido de una sustancia; estructura es la disposición de ese contenido. 52. Una moneda de oro es probablemente una solución sólida, por algunas propiedades del oro (muy blando) es factible que para la fabricación de la moneda se haga uso de otros metales. Una taza de café es una solución siempre que no hallan sólidos en suspensión (grumos de café) Si es así el sistema es una mezcla heterogénea. Una tabla de madera es una mezcla heterogénea de varios componentes de la celulosa. A veces estas mezclas son visibles en las vetas de la madera. La ambigüedad en cada uno de los ejemplos anteriores es que el nombre de la sustancia no nos proporciona una completa descripción del material. 53. (a) Una hipótesis es una posible explicación para un cierto fenómeno o un conjunto de datos experimentales preliminares. Una teoría es algo más

15

general y esta sustentada en un cuerpo significativo de evidencia experimental (b) Una ley científica es un sumario o una declaración del comportamiento natural; ella nos dice como es el comportamiento de la materia. La teoría es una explicación del comportamiento natural, ella nos intenta explicar el porque la materia se comporta y cual es el camino que usa. 54. (a) 8.47 g de O; la ley de la composición constante. 55. (a) Intensivas (no dependen de la cantidad): (b) densidad; (c) temperatura; (e) color 56. (a) m/s2 (b) kg-m/s2 (c) kg-m2/s2 (d) kg/m-s2 (e) kg-m2/s3 57. El magnesio es menos denso que el acero. Esto es que par un volumen unitario, la masa de magnesio es menor que la masa de un volumen unitario de acero. 58. En estado sólido, las moléculas tienen un ordenamiento regular. En estado líquido las moléculas están en movimientos relativos unas con otras. Las moléculas con orientación fija en estado sólido, tienden a minimizar el espacio vacío entre moléculas. Para un volumen especifico de sustancia hay más masa (menos espacios vacíos) en estado sólido que en estado líquido. Entonces la densidad de los sólidos es más grande. 59. 4.3 K; 452.0 ºF 60. (a) I. 3.19 % II. 3.56 %. Basándonos en los valores promedio el set II es mas exacto. Esto significa que estos valores están más cercanos al valor verdadero de 3.55 % (b) Desviaciones promedio I. = 0.03 II. = 0.07. El set I. es más preciso que el set II. Esto significa que los valores del set I. son más cercanos unos de otros que los valores del set II. 61. (a) Inapropiado; (b) Apropiado (c) Pude ser apropiado (d) Inapropiado 62. (a) 1.172 x 1013 g de NaOH (b) 5.501 x 10-3 km3 63. (a) 0.953 g/mL (b) 2.54 L (c) 55.8 cm3 (d) 472 g 64. 1.3 g/mL 65. Punto de congelación del H2O = 5.50 ºG (G = escala etilenglicol) 66. 18.44 mi/h 67. (a) 310 mi (b) $31 68. (a) 3.9 x 108 m (b) 5.8 x 105 s 69. (a) 1.13 x 105 centavos (b) 641 kg (c) $2.83 x 104 (d) 1.6 x 108 pilas

16

70. (a) 0.16 ¢/L (b) $2.74 /día 71. (a) 1.91 x 104 cm3 (b) 0.56 m3 (c) 7.6 x 103 kg Hg 72. (a) 1.02 cm 73. (a) 61 5% Au (b)15 quilates 74. La solución puede ser separada de sus componentes a través de métodos físicos. Si el líquido es una solución, el soluto puede ser sólido o un líquido y dependiendo del caso la separación de los componentes será diferente. Si evaporamos la muestra y finalmente queda un sólido, esto nos indica que se trataba de una solución y no de un liquido puro. Si no se observa un sólido, podemos destilar la muestra y observar si hay dos o más líquidos con diferentes puntos de ebullición, esto indicaría que se puede tratar de una solución con uno o más solutos líquidos. Si el resultado sigue siendo negativo, es probable que la sustancia sea un líquido puro, aunque debemos decir que estos resultados no son necesariamente concluyentes. Todavía las técnicas de separación son deficientes. 75. Una separación es considerada exitosa si se pueden ver dos distintos puntos en el papel. La cuantificación se relaciona con las características de la separación, calculando un valor referencial de cada punto en la cromatografía: distancia recorrida por el punto distancia recorrida por el solvente Si estos dos valores para los dos puntos son diferentes, la separaciones exitosa. 76. Tetracloruro de carbono: 1.5940 g/cm3; hexano: 0.6603 g/cm3; benceno: 0.87654 g/cm3; yoduro de metileno: 3.3254 g/cm3. La esfera de mármol flota en el yoduro de metileno. 77. (a) Osmio, densidad = 22.6 g/cm3 (b) Tungsteno, m.p. = 3410 ºC (c) Helio, b.p. = -268.9 ºC (d) Mercurio y bromo tienen puntos de congelación bajo temperatura ambiente y puntos de ebullición sobre la temperatura ambiente.

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Universidad Nacional Andrés Bello Química General Prof.: Betsabé Acevedo P. Guía N° 2: Átomos moléculas, iones

Lectura de Referencia: “Química. La Ciencia Central” 7ª Edición. T.L. Brown, H.E. LeMay, Jr., B.E. Bursten Referencia: Capítulos 2 Brown

1. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones hay en los siguientes átomos: a) 40Ar, b) 55Mn c) 65Zn d) 79Se e) 184W f) 235U 2. Todos los núclidos siguientes se emplean en medicina. Indique el número de protones y neutrones que tiene cada núclido: a) fósforo – 32 b) cromo –51 c) cobalto-60 d) tecnecio-99 e) yodo-131 f) talio-201 3. Complete la siguiente tabla suponiendo que cada columna representa un átomo neutro: Símbolo

39

K

Protones

25

Neutrones

30

Electrones Número de masa

82 64 48

56 137

207

4. Escriba el símbolo correcto, con subíndice y superíndice, de cada uno de las siguientes especies: a) el isótopo de sodio con masa 23 b) el núclido de vanadio que contiene 28 neutrones c) una partícula alfa d) el isótopo de cloro que tiene una masa de 37 e) el núclido de magnesio que tiene el mismo número de protones y de neutrones. 5. El isótopo de uranio que se emplea para generar energía nuclear tiene 143 neutrones en su núcleo. El isótopo más común de uranio tiene 146 neutrones en su núcleo. Escriba los símbolos químicos completos, con subíndices y superíndices, de estos isótopos de uranio. 6. Para cada uno de los siguientes elementos, escriba su símbolo, localícelo en la tabla periódica e indique si es un metal, un metaloide o un no metal: a) plata b) helio c) fósforo d) cadmio e) calcio f) bromo g) arsénico.

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7. Localice cada uno de los siguientes elementos en la tabla periódica, proporcione el nombre del elemento e indique si es un metal, un metaloide o un no metal: a) Sr b) Si c) S d) Sm e) Sb f) Sc g) Se. 8. Escriba el nombre y el símbolo químico para cada uno de los elementos del grupo 6 A (los calcógenos) y clasifique cada uno como, metal, metaloide o no metal. 9. ¿Qué proporciona más información: la fórmula empírica, la fórmula molecular o la fórmula estructural? Explique. 10. Dos compuestos tienen la misma empírica, ¿deben tener la misma fórmula molecular? 11. En la lista siguiente, encuentre los grupos de compuestos que tienen la misma fórmula empírica: C2H2, N2O4, C2H4, C6H6, NO2, C3H6, C4H8. 12. Escriba la fórmula empírica que corresponde a cada una de las fórmulas moleculares siguientes: N2O4, C6H12, C4H2O4, P2O5, C6H12O6, SO3. 13. Complete la siguiente tabla: Símbolo

31

P -3

40

Ca+2

52

130 -

I

Cr+3 Protones Neutrones Electrones Carga Neta

23 28 21

45 36 -2

28 31 +2

47 60 46

69 48 +2

33 42 -3

14. Cada uno de los elementos siguientes puede formar un ión en reacciones Químicas. Consultando la tabla periódica, prediga la carga del ión más estable de cada uno: a) Al; b) Ca; c) S; d) I; e) Cs. 15. Empleando la tabla periódica, prediga las cargas de los iones de los siguientes elementos: a) Rb; b) Sr; c) Se; d) At 16. Con la tabla periódica como guía, prediga la fórmula y el nombre del compuesto formado por los elementos siguientes: a) Ga y F; b) Li y H; c) Al y I; d) K y S 17. Prediga la fórmula empírica de los compuestos iónicos formado por los pares de elementos siguientes: a) Ca y S; b) Na y F; c) Mg y N; d) Al y O 18. Prediga la fórmula empírica del compuesto iónico formada por: a) Ca+2 y Br-; b) NH4+1 y Cl-1; c) Al+3 y C2H3O2-1; d) K+1 y SO4-2; e) Mg+2 y PO4-3 19. Prediga las fórmulas químicas de los compuestos formados por los pares iónicos

19

siguientes: a) Mg+2 y NO3-1; b) Na1+ y CO3-2; c) Ba+2 y OH-1; d) NH4+ y PO4-3; e) Hg2+2 y ClO320. Prediga si cada uno de los compuestos siguientes es molecular y iónico: a) B2H6; b) CH3OH; c) LiNO3; d) Sc2O3; e) CsBr; f) NOCl; g) NF3; h) Ag2SO4

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Respuestas Guía Nº 2 21. Especie Protones Neutrones Electrones 40 Ar 18 22 18 55 Mn 25 30 25 65 Zn 30 35 30 79 Se 34 45 34 184 W 74 110 74 235 U 92 143 92 22. Núclidos

Proton Neutrones es fósforo – 32 15 17 cromo –51 24 27 yodo-131 53 78 cobalto-60 27 33 tecnecio-99 43 56 talio-201 81 120

23. Símbolo Protones Neutrones Electrones Número de masa

39

K 19 20 19 39

55

Mn 25 30 25 55

112

Cd 48 64 48 112

137

Ba 56 81 56 137

207

Pb 82 125 82 207

24. a) el isótopo de sodio con masa 23 = 23Na11 b) el núclido de vanadio que contiene 28 neutrones = 51V23 c) una partícula alfa = 4He2 d) el isótopo de cloro que tiene una masa de 37 = 37Cl17 e) el núclido de magnesio con el mismo número de protones y de neutrones = 24Mg12 25. 235U92, 238U92 26. a) plata = Ag ( metal) b) helio = He ( No metal) c) fósforo = P ( no metal) d) cadmio = Cd ( metal) e) calcio = Ca ( (metal) f) bromo = Br (no metal) g) arsénico = As (metaloide). 27. a) Sr = Estroncio (Metal) b) Si = Silicio ( metaloide) c) S = Azufre ( no metal) d) Sm = Samario (metal) e) Sb = antimonio (metaloide) f) Sc = Escandio (metal) g) Se = Selenio (no metal). 28. O = oxígeno, no metal; S = azufre, no metal; Se = selenio, no metal; Te = Teluro, metaloide; Po = polonio, metal. (algunos piensan que el Po tiene más características de metaloide)

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29. La fórmula estructural contiene más información. Esta fórmula muestra el tipo de átomos, el número total de ellos presentes en la molécula y la forma en que esto se conectan. 30. No, dos moléculas con igual fórmula empírica pueden tener diferente fórmula molecular, por ejemplo CH2O es la fórmula empírica para el formaldehído CH2O y la glucosa C6H12O6. 31. CH: C2H2, C6H6

CH2: C2H4, C3H6, C4H8

32. a)NO2

c)C2HO2

b)CH2

d)P2O5

NO2:N2O4, NO2 e)CH2O

f)SO3.

33. Complete la siguiente tabla: Símbolo Protones 31 P -3 15 40 Ca+2 20 51 2+ V 23 79 Se234 59 2+ Ni 28 52 Cr+3 24 107 + Ag 47 119 2+ Sn 50 75 As333 130 I 53

Neutrones Electrones Carga Neta 16 18 320 18 2+ 28 21 2+ 45 36 231 26 2+ 28 21 3+ 60 46 1+ 69 48 2+ 42 36 377 54 1-

34. a)Al3+; b)Ca2+; c)S2-; d)I-; e)Cs+. 35. a)Rb+; b)Sr2+; c)Se2-; d)At36. a)Ga F3 fluoruro de galio III b)LiH hidruro de litio c)AlI3 yoduro de aluminio d) K2S sulfuro de potasio 37. a)Ca S b)NaF c)Mg3N2 d)Al2O3 38. a)CaBr2 b)NH4Cl c)Al(C2H3O2)3 d)K2SO4 e)Mg3(PO4)2 19. a)Mg(NO3)2 b)Na2CO3 c)Ba(OH)2 d)(NH4)3PO4 e)Hg2(ClO3)2 20. Moleculares (todos los elementos son no metales): a)B2H6 b)CH3OH f) NOCl g) NF3 Iónicos (formados por iones, usualmente contienen un catión metálico) c)LiNO3 d) Sc2O3 e)CsBr h)Ag2SO4

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Universidad Nacional Andrés Bello Química General Profesora: Betsabé Acevedo P

Guía Nº3: Estructura Electrónica de los átomos Lectura de Referencia: “QUÍMICA. La Ciencia Central” 7ª Edición. T. L. Brown, H. E. LeMay, Jr., B. E. Bursten Referencia: CAPÌTULO 6. Brown Energía Radiante 1. 2.

3.

4.

5.

6.

7.

Especifique las unidades SI básicas para (a) la longitud de onda; (b) la frecuencia de la luz; (c) la velocidad de la luz. ¿Qué relación hay entre la longitud de onda y la frecuencia de la energía radiante? ¿Qué variedad de longitudes de onda (en nanómetros) abarca la porción visible del espectro electromagnético? Determine cuáles de las afirmaciones siguientes son falsas o verdaderas. Si una afirmación es falsa, corríjala. (a) La radiación electromagnética tiene componentes tanto eléctricos como magnéticos. (b) La radiación de longitud de onda larga se propaga por el espacio más lentamente que la radiación de longitud de onda corta. (c) La luz infrarroja tiene frecuencias más bajas que la luz visible. Liste los siguientes tipos de radiación electromagnética en orden de longitud de onda creciente: (a) los rayos gamma producidos por un núclido radiactivo utilizado para obtener imágenes médicas; (b) la radiación de una estación de FM que esta a 93.1 MHz en el cuadrante; (c) una señal de radio de una estación AM que esta 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 la calculadora. a) Que frecuencia tiene la radiación electromagnética cuya λ = 0.589 pm?; b) Calcular la longitud de onda de la radiación cuya frecuencia ν = 5.11 * 1011 s-1; c) las radiaciones de las partes a) o b) serían visibles al ojo humano; d) que distancia viaja la radiación electromagnética en 6.54 s ¿Qué frecuencia tiene la radiación cuya longitud de onda es de 1.73 nm? (b) Calcule la longitud de onda de una radiación cuya frecuencia es de 9.83 x 109 s-1 (c) Las radiaciones de las partes (a) o (b), ¿podrían detectarse con un detector de microondas? (d) ¿Qué distancia viaja la radiación electromagnética en 90.0 fs? Los átomos de mercurio excitados emiten luz intensa con una longitud de onda de 436 nm. ¿Qué frecuencia tiene esta radiación? Empleando la figura 6.4 (ver Capitulo 6 Texto Brown), prediga el color asociado a esta longitud de onda.

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Energía Cuantizada y fotones 8.

(a) ¿Qué significa decir que la energía esta cuantizada? (b) ¿Por qué no percibimos la cuantización de la energía en nuestras actividades cotidianas? 9. (a) Calcule el incremento de energía más pequeño, un cuanto, que puede ser emitido o absorbido a una longitud de onda de 645 nm. (b) Calcule la energía de un fotón con frecuencia 2.85 x 1012 s –1. (c) Determine la longitud de onda de la radiación cuyos fotones tienen una energía de 8.23 x 10-19 J. ¿En que porción del espectro electromagnético se encuentra esta radiación? 10. Una estación de radio AM difunde a 820 kHz, mientras que su filial de FM transmite a 89.7 MHz. Calcule y compare las energías de los fotones emitidos por las estaciones de radio. 11. Un láser de diodo con longitud de onda de 785 nm se enciende durante un minuto. Durante ese tiempo, el laser emite una señal con una energía total de 31 J. ¿Cuántos fotones se emitieron? 12. El ojo humano recibe una señal de 3.65 x 10-17 J de fotones cuya longitud de onda es de 515 nm. ¿Cuántos fotones inciden sobre el ojo? 13. Cierta película fotográfica requiere una energía de radiación mínima de 80 kJ/mol para causar una exposición. Determine la radiación de longitud de onda más grande que posee la energía necesaria para exponer la película. ¿Podría usarse esta película para fotografía infrarroja? 14. El molibdeno metálico debe absorber radiación con una frecuencia mínima de 1.09 x 1015 s-1 antes de que se pueda emitir un electrón de su superficie por el efecto fotoeléctrico. (a) Determine la energía mínima necesaria para producir dicho efecto. (b) Determine la longitud de onda de la radiación que proporciona fotones con esta energía. (c) Si irradiamos molibdeno con luz con longitud de onda de 120 nm, calcule la energía cinética máxima que pueden tener los electrones emitidos. Modelo de Bohr, ondas y materia 15.

Explique como la idea de espectro de línea es congruente con la idea de energías cuantizadas. 16. ¿Se emite o absorbe energía cuando ocurren las transiciones electrónicas siguientes en hidrógeno? (a) de n = 3 a n = 6; (b) de una orbita con radio 4.76 Å a una con radio 2.12 Å; (c) ionización del electrón desde el estado basal. 17. Para cada una de las siguientes transiciones en el átomo de hidrógeno, calcule la energía, λ y ν de la radiación asociada y determine si la radiación se emite o se absorbe durante la transición: a)de n=5 a n=1, b) de n=6 a n=2; c) de n=4 a n=5. Algunas de las transiciones anteriores se emite o absorbe en el visible. 18. Para cada una de las transiciones electrónicas siguientes en el átomo de hidrógeno, calcule la energía, frecuencia y longitud de onda de la radiación asociada y determine si la radiación se emite o absorbe durante la transición: (a) de n = 2 a n = 7; (b) de n = 5 a n = 6; (c) de n = 6 a n = 3. ¿Alguna de las transiciones anteriores emite o absorbe luz visible? 19. Una de las líneas de emisión del átomo de hidrogeno tiene una longitud de onda de 93.8 nm, a) en que región del espectro electromagnético se encuentra esta emisión?, b) determine los valores inicial y final de n asociados a esta emisión

24

20.

Un átomo de hidrógeno puede absorber luz con longitud de onda 1282 nm. (a) ¿En qué región del espectro electromagnético se encuentra esta absorción? (b) Determine los valores inicial y final de n asociado a esta absorción. 21. Calcule la longitud de onda de los siguientes objetos: (a) un automóvil de 3000 libras ( 1 kg = 2.205 lb) que se desplaza a 55 mi/h (1 km = 0.62137 mi); (b) una pelota de béisbol que pesa 5.0 onzas (1 onza = 28.3 g) es lanzada a una velocidad de 89 mi/h; (c) un átomo de helio que se mueve a 8.5 x 105 m/s 22. El modelo de Bohr del átomo de hidrógeno contempla la determinación exacta de la posición y el momento del electrón. Explique por qué este modelo es incompatible con el principio de incertidumbre. 23. El microscopio electrónico se ha utilizado ampliamente para obtener imágenes muy ampliadas de materiales biológicos y de otro tipo. Cuando un electrón se acelera a través de 100 V, 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? Mecánica Cuántica y orbitales atómicos 24.

En la descripción de la mecánica cuántica del átomo de hidrógeno, ¿qué significado físico tiene el cuadrado de la función de onda, 2? 25. (a) Para n = 4, ¿qué valores puede tener l? (b) Para l = 2, ¿qué valores puede tener ml? 26. a) Para n = 5, ¿qué valores puede tener l? (b) Para l = 3, ¿qué valores puede tener ml? 27. Cite los valor de n, l y ml para (a) cada orbita de la subcapa 4f; (b) cada orbita de la capa n = 3; (c) cada orbital de la subcapa 2p; (d) cada orbital de la subcapa 5d 28. Cuáles de los siguientes conjuntos de números cuánticos para un electrón del átomo de hidrógeno son permitidos : 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 las combinaciones permitidas escriba la designación apropiada de la subcapa a la que pertenece el orbital (es decir 1s, etc). 29. ¿Cuál de los siguientes conjuntos de números cuánticos están permitidos para un electrón en un átomo de hidrógeno: (a) n = 1, l = 1, ml = 0; (b) n = 3, l = 0, ml = 0; (c) n = 4, l = 1, ml = -1; (d) n = 2, l = 1, ml = 2? Para las combinaciones permitidas, escriba la designación apropiada de la subcapa a la que pertenece el orbital. 30. (a) ¿Qué similitudes y diferencias hay entre los orbitales 2s y 3s del átomo de hidrógeno? (b) ¿Qué similitudes y diferencias hay entre el orbital 2s y un orbital 2p? (c) Para el átomo de hidrógeno, ¿qué tiene más alta energía: el orbital 2s, el 3s o un orbital 2p? Átomos con muchos electrones, espín electrónico 31.

¿Qué números cuánticos deben ser iguales para que los orbitales sean degenerados (tengan la misma energía) (a) en un átomo de hidrógeno, y (b) en un átomo con muchos electrones? 32. (a) Cite los valores que puede tener el número cuántico de espín electrónico. (b) ¿Qué equipo experimental puede usarse para distinguir

25

electrones que tienen valores distintos del número cuántico de espín electrónico? (c) Dos electrones de un átomo ocupan el orbital 1s. ¿Qué cantidad debe ser diferente para los dos electrones? ¿Qué principio determina la respuesta a esta pregunta? 33. Indique el número máximo de electrones de un átomo que pueden tener los siguientes números cuánticos: (a) n = 3; (b) n = 4, l = 2; (c) n = 4, l = 3, ml = 2; (d) n = 2, l = 1, ml = 0, ms = -1/2 34. Liste los posibles valores de los cuatro números cuánticos para cada electrón del átomo de boro en estado basal. Configuraciones electrónicas 35.

(a) ¿Qué representa cada cuadro de un diagrama de orbitales? (b) ¿Qué cantidad se representa con la dirección (hacia arriba o hacia abajo) de las medias flechas que se dibujan en un diagrama de orbitales? (c) ¿Se usa la regla de Hund para deducir la configuración electrónica del berilio? Explique. 36. a) ¿Cuántos electrones como máximo se pueden colocar en un orbital?; b) ¿qué diferencia hay entre un electrón apareado y uno no apareado?, c) Se aplica la regla de Hund para deducir la configuración electrónica de Silicio (Si, Z = 14).? 37. Escriba las configuraciones electrónicas de los siguientes átomos, utilizando las abreviaturas de gas noble apropiado para los electrones internos: (a) Rb, (b) Se; (c) Zn; (d) V; (e) Pb; (f) Yb 38. Escriba las configuraciones electrónicas completas para los átomos siguientes: (a) K; (b) Al; (c) S; (d) Mn; (e) Y, (f) Nb 39. Utilizando diagrama de orbitales, determine el número de electrones no apareados que hay en cada uno de los átomos siguientes: (a) Ge; (b) In; (c) Ni; (d) Kr; (e) Br 40. Indique el elemento específico que corresponde a cada una de las configuraciones electrónicas siguientes: (a) 1s22s22p63s2; (b) [Ne] 3s23p1; (c) [Ar] 4s13d5; (d) [Kr]5s24d105p4. Ejercicios adicionales 41.

La luna está a aproximadamente 240.000 millas de la tierra. ¿Cuánto tardaría un rayo láser en llegar a la luna, ser reflejado y regresar a la tierra? 42. Los números cuánticos que se listan a continuación corresponden a cuatro electrones distintos del mismo átomo. Ordénelos por energía creciente . Indique si hay dos que tengan la misma energía. (a) n = 4, l = 0, ml = 0, ms = +1/2 (b) n = 3, l = 2, ml = 1, ms = +1/2 (c) n = 3, l = 2, ml = -2, ms = -1/2 (d) n = 3, l = 1, ml = 1, ms = -1/2 43. Para cada una de las configuraciones siguientes, determine el elemento al que corresponde y diga si se trata de una configuración electrónica basal o de estado excitado: (a) [He]2s12p5; (b) [Ar]4s23d10 4p5 ; (c) [Ne]3s23p2 4s1; (d) [Kr]5s24d10 5p1

26

Respuestas Guía Nº 3 1. (a) metros (m) (b) 1/segundos (s-1), (c) metros / segundos (m/s) 2. Longitud de onda (λ λ) y frecuencia ( ) son inversamente proporcionales; la λ. El rango de constante de proporcionalidad es la velocidad de la (c). = c/λ longitud de onda en la porción visible del espectro electromagnético es 400-700 nm. 3. (a) verdadero, (b) falso. Toda la radiación electromagnética se mueve a la misma velocidad (c = 3.0 x 108 m/s). (c) Verdadero. 4. Longitud de onda de: (a) rayos gamma < (d) luz amarilla (visible) < (e) luz roja (visible) < (b) ondas de (radio) FM de 93.1 MHz < (c) ondas (de radio) AM de 680 kHz o 0.680 MHz. 5. a) 5.09 x 1020 s-1; b) 5.87 x 10-4 m ; c) ninguna es visible al ojo humano; d) 1.96 x 109 m 6. (a) 1.73 x 1017 s-1 (b) 3.05 x 10-2 m (c) Si. La radiación de (b) esta en el rango de microondas. (d) 2.70 x 10-5 m (27.0 µm) 7. 6.88 x 1014s-1; azul 8. (a) Cuantización significa que la energía sólo se puede absorber o emitir en cantidades específicas o en múltiplos de estas cantidades. Esta cantidad mínima de energía es igual a una constante multiplicada por la frecuencia de la radiación emitida o absorbida; E = h . (b) En las actividades cotidianas, los objetos macroscópicos como nuestros cuerpos, ganan o pierden cantidades totales de energía mucho más grande que un cuanto individual, h . La ganancia o pérdida de la cantidad relativamente minúscula de energía no se advierte. 9. (a) E = 3.08 x 10-19 J (b) E = 1.89 x 10-21 J (c) λ = 241 nm; ultravioleta. 10. E = h AM: 5.43 x 10-28 J, FM: 5.94 x 10-26 J. El fotón de FM tiene 100 veces más energía que el fotón de la AM. 11. 1.2 x 1020 fotones 12. 95 fotones 13. 1.50 x 10-6 m, de acuerdo con la figura 6.4 (longitudes de onda de la radiación electromagnética) este film puede ser usado para fotografía infrarroja. 14. (a) Emin = 7.22 x 10-19 J (b) λ = 275 nm (c) E120 = 1.66 x 10-18 J. El exceso de energía del fotón de 120 nm se convierte en la energía cinética del electrón emitido. Ek = 9.3 x 10-19 J/ electrón.

27

15. Cuando se aplica a los átomos, la noción de energías cuantizadas significa que sólo se permiten ciertos valores de E, los cuales están representados por las líneas del espectro de emisión de los átomos excitados. 16. (a) se absorbe (b) se emite (c) se absorbe. 17. Transición electrónica n= 5 a n=1 n= 6 a n=2 n= 4 a n=5

E (J) -2.09 *10–18 -4.84 *10–19 4.1 *10–20

(s-1)

λ (m)

3.16*1015 7.31*1014 7.4*1013

9.49*10-8 4.10*10-7 4.05*10-6

Emisión o Absorción Emisión Emisión Absorción

18. Transición electrónica n=2 a n=7 n=5 a n=6 n=6 a n=3

E (J) 5.01 x 10-19 2.66 x 10-20 -1.82 x 10-19

(s-1) 7.55 x 1014 4.02 x 1013 2.74 x 1014

λ (m) 3.97 x 10-7 7.46 x 10-6 1.09 x 10-6

Emisión o Absorción Absorción Absorción Emisión

19. (a) esta línea se ubica en la región del ultravioleta, (b) ni = 6 y nf = 1 20. (a) Infrarrojo, (b) Usando la ecuación 6.6 del texto Brown, se obtiene λ = 1.875 x 10-6 m, como esta longitud de onda es mas larga que 1.282 x 10-6 m, entonces ni = 3 pero nf > 5. Resolvemos entonces la misma ecuación para buscar ahora el valor de nf, dando = 5, entonces ni = 3 y nf = 5. 21. (a) 2.0 x 10-38 m, (b) 1.2 x 10-34 m, (c) 1.2 x 10-13 m 22. El principio de incertidumbre establece que existe un limite en cuanto a la precisión con la que podemos conocer la posición y el momento de inercia simultáneos de un electrón. En el modelo de Bohr los electrones se mueven en esferas exactas que tienen energía conocida, lo que implica que la posición y el momento de inercia de un electrón pueden conocerse con exactitud y simultáneamente. Esto viola el principio de incertidumbre. 23. λ = 1.23 x 10-10 m, (1.23 Å)Tanto los radios atómicos como las distancias interatómicas están en el orden de 1 a 5 Å , esta λ es comparable con el tamaño de los átomos. 24. El cuadrado de la función de onda tiene el significado físico de amplitud o de probabilidad. La cantidad 2 en un punto dado del espacio es la probabilidad de localizar el electrón dentro de una pequeña unidad de volumen, alrededor de ese punto en cualquier instante dado. La probabilidad total, es decir, la suma de 2 en todo el espacio alrededor del núcleo, debe ser igual a 1. 25. (a) n = 4, l = 3, 2, 1, 0 (b) l = 2, ml = -2, -1, 0 1, 2 26. (a) n = 5, l = 4, 3, 2, 1, 0 (b) l = 3, ml = -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3.

28

27. Caso a) cada orbital de subcapa 4f

b) cada orbital de la capa n = 3 3s 3p

3d

n 4 4 4 4 4 4 4 n 3 3 3 3 3 3 3 3 3

l 3 3 3 3 3 3 3 l 0 1 1 1 2 2 2 2 2

ml 3 2 1 0 -1 -2 -3 ml 0 1 0 -1 2 1 0 -1 -2

28. (a) Permitida para 2p (b) prohibido para l = 0 ml solo puede valer 0, (c) permitida para 4d, (d) prohibida, si n = 3, los únicos valores posibles de l son 0, 1 y 2. 29. (a) prohibido para n = 1, l solo puede valer 0, (b) permitida para 3s, (c) permitida para 4p, (d) prohibida por l = 1 ya que el valor máximo de ml es 1. 30. (a) Los orbitales 2s y 3s del átomo de hidrógeno tienen la misma forma esférica general, pero el orbital 3s tiene una extensión radial mayor y un nodo más que el orbital 2s. (b) La forma de los orbitales 2s y 2p es diferente (esférica contra forma de lóbulo), en tanto que la distancia media del núcleo a un electrón que ocupa uno u otro orbital es similar. (c) En el átomo de hidrógeno, los orbítales 2s y 2p tienen la misma energía y el orbital 3s tiene un nivel más alto de energía. 31. El mismo número cuántico principal, n, (b) los números cuánticos principal y azimutal, n y l. 32. (a) +1/2, -1/2, (b) un imán con un campo magnético no homogéneo fuerte, (c) deben tener diferentes valores de ms; el principio de exclusión de Pauli. 33. (a) 18, (b) 10, (c) 2, (d) 1

29

34. B: 1s2, 2s2, 2p1 electrón 1s1 1s2 2s1 2s2 2p1 (todas son posibles)

n 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2

l 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

ml 0 0 0 0 1 1 1 0 0 -1 -1

ms ½ -½ ½ -½ ½ -½ ½ ½ -½ ½ -½

35.

(a) Cada cuadro representa un orbital. (b) El sentido de las medias flechas representa el espín electrónico. (c) No. En el Be no hay electrones en las subcapas que tienen orbitales degenerados, así que la regla de Hund no se aplica.

36.

(a) 2. (b) Si en un orbital hay dos electrones significa que están apareados y cada electrón tendrá un espin opuesto al otro. En un diagrama de orbitales se dibujarán con flechas en direcciones opuestas. Electrones desapareados ubicados en orbitales degenerados tienen el mismo espin y en un diagrama de orbitales se esquematizarán con flechas en la misma dirección. (c) Si. La configuración electrónica del Si es 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p2, la regla de Hund requiere que los dos electrones de 3p estén desapareados y ubicados en diferentes suborbitales.

37. (a) Rb, [Kr]5s1, (b) Se, [Ar]4s23d104p4, (c) Zn, [Ar]4s23d10, (d) V, [Ar]4s23d3, (e) Pb, [Xe]6s24f145d106p2, (f) Yb, [Xe]6s24f14

38. a) b) c) d) e) f)

Elemento K Al S Mn Y Nb

Configuración electrónica 1s , 2s , 2p , 3s , 3p6, 4s1 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p1 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p4 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d5 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d1 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f4 2

2

6

2

30

39. Elemento

Diagrama de Orbitales

Comentario 2 electrones desapareados

a) Ge

↑↓

↑↓

↑↓

4s

↑↓

↑↓

↑↓

↑

3d

↑

4p

b) In

↑↓

↑↓

↑↓

5s

↑↓

↑↓

↑↓

1 electrón desapareado

↑

4d

5p

c) Ni

↑↓

↑↓

↑↓

4s

↑↓

↑

↑

↑↓

↑↓

2 electrones desapareados

3d

d) Kr

↑↓

↑↓

↑↓

5s

↑↓

↑↓

4d

↑↓

↑↓

0 electrones desapareados

↑

1 electrón desapareado

5p

e) Br

↑↓

↑↓

↑↓

4s

↑↓

3d

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

4p

40. (a) Mg (b) Al, (c) Cr, (d) Te 41. 2.6 s 42. (d) 3p