ejercicios de estructura

1 Estructura atómica de la materia.
Teoría cuántica
Actividades del interior de la unidad
1. ¿Serán iguales los espectros de emisión de dos elementos diferentes? ¿Por
qué?
No, serán diferentes. Los espectros de emisión se producen cuando los electrones
cambian de nivel de energía y liberan energía en forma de luz. La energía de cada nivel y, por tanto, la diferencia de energía de cada niveldepende, entre otros parámetros, del número atómico, Z, que es distinto para dos elementos diferentes.
2. Razona la veracidad o falsedad de la siguiente afirmación: «El modelo atómico de Thomson rebate todas las ideas de la teoría atómica de Dalton».
El modelo atómico de Thomson solamente rebate la idea de Dalton de que los átomos eran indivisibles. El modelo de Thomson es el primero quedescribe el átomo
formado por otras partículas.
3. Busca en la bibliografía correspondiente el experimento de Millikan de la gota de aceite, e indica qué determinó.
El experimento de Millikan (descrito, entre otros, en el libro recomendado en la bibliografía Los diez experimentos mas hermosos de la ciencia, de JOHNSON, GEORGE;
Editorial Ariel, S.A., 2008) determinó el valor de la carga fundamentalde la materia,
es decir, de la carga del electrón.
4. La luz blanca está compuesta por una serie de radiaciones de diferente frecuencia. ¿Se propagan todas ellas con la misma velocidad en el vacío? ¿Y en
otro medio diferente; por ejemplo, el agua?
Todas las radiaciones electromagnéticas se propagan con la misma velocidad en el
vacío, c ϭ 3 · 108 m/s. En los medios materiales, la velocidaddepende de la frecuencia. En agua, la velocidad de la luz visible disminuye con la frecuencia:
vrojo > vvioleta
5. ¿Qué radiación tiene mayor frecuencia, la luz roja o la luz violeta? Utilizando
los datos del espectro electromagnético ilustrado en el texto, calcula cuánto
valen la frecuencia máxima de la luz violeta y la frecuencia mínima de la luz
roja.
La luz roja tiene una longitud de ondamás larga que la violeta; por tanto, su frecuencia es menor. Tomando como extremos para la luz roja λ ϭ 780 nm y para la
violeta λ ϭ 380 nm, será:
c
3 · 108 m · sϪ1
f (380 nm) ϭ 7,89 · 1014 Hz; f (780 nm) ϭ ᎏᎏ ϭ ᎏᎏ ϭ 3,85 · 1014 Hz
λ
780 · 10Ϫ9 nm

Unidad 1. Estructura atómica de la materia. Teoría cuántica

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6. En el proceso de fotosíntesis, la clorofila absorbe radiación de 670 nm.Determina:
a) La energía de un fotón de dicha radiación.
b) La energía de un mol de estos fotones.
c
6,63 · 10Ϫ34 J · s × 3 · 108 m · sϪ1
a) Efotón ϭ h · f ϭ h · ᎏᎏ; Efotón (670 nm) ϭ ᎏᎏᎏᎏ ϭ 3,0 · 10Ϫ19 J
λ
670 · 10Ϫ9 m
fotones
J
b) Emol ϭ 6,022 · 1023 ᎏᎏ × 3,0 · 10−19 ᎏᎏ ϭ 1,8 · 105 J · molϪ1
mol
fotón
7. Un horno microondas de 1 400 W de potencia emite radiación de frecuencia
5 ·109 Hz. Calcula el número de fotones emitidos por unidad de tiempo.
El horno emite 1 400 julios por segundo.
Cada fotón tiene una frecuencia f = 5 · 109 hertzios, es decir, una energía de
E = h · f = 6,626 · 10–34 J · s–1 · 5 · 109 Hz = 3,312 · 10–24 julios.
Por tanto, el horno emite 1400/3,312·10-24 = 4,226·1026 fotones por segundo.
8. Al incidir luz ultravioleta de 9,5 · 1014 Hz sobre unalámina metálica, se producen fotoelectrones que salen a una velocidad máxima igual a una milésima parte de la velocidad de la luz en el vacío. Calcula la frecuencia umbral
del metal.
Suponiendo que la velocidad es la máxima de los electrones emitidos, será:
c
vmáx ϭ ᎏᎏ ϭ 3 · 105 m/s
103
1
Por tanto, Ec(máx) ϭ ᎏᎏ me · v 2
máx
2
1
Ec(máx) ϭ ᎏᎏ × 9,11 · 10Ϫ31 kg × (3 · 105 m/s)2 ϭ 4,1 · 10Ϫ20J
2
Ec(máx)
Como Ec(máx) ϭ h · ( f Ϫ f0), de aquí: f0 ϭ f Ϫ ᎏᎏ
h
Sustituyendo valores:
4,1 · 10Ϫ20 J
f0 ϭ 9,5 · 1014 Hz Ϫ ᎏᎏ; f0 ϭ 8,9 · 1014 Hz
6,63 · 10Ϫ34 J · s
9. Busca información sobre algún fenómeno físico que avale la naturaleza ondulatoria de la luz.
El experimento más clarificador de la naturaleza ondulatoria de la luz es el experimento de Young.
En una cámara oscura se...