5Estructuraelectronicadelosatomos

Estructura electrónica de los átomos
La tabla periódica, surgió en buena medida como resultado de observaciones experimentales. Los elementos que exhibían propiedades similares se colocaron en la misma columna de la tabla. Pero, ¿cuáles son las razones fundamentales para estas similitudes? ¿Por qué, por ejemplo, el sodio y el potasio son ambos metales blandos y reactivos? ¿Por qué el helio y elneón son gases no reactivos? ¿Por qué todos los halógenos reaccionan con hidrógeno para formar compuestos que contienen un átomo de hidrógeno y uno de halógeno?
Cuando los átomos reaccionan, son los electrones los que interactúan. Por tanto, la clave para contestar las preguntas como las que acabamos de hacer radica en comprender mejor el comportamiento de los electrones en los átomos. Ladisposición de los electrones en un átomo se denomina la estructura electrónica de ese átomo. Dicha estructura no sólo se refiere al número de electrones que posee un átomo, sino también a su distribución alrededor del átomo y a sus energías. Como veremos, los electrones no se comportan como ninguna otra cosa con la que estemos familiarizados en el mundo macroscópico. Nuestro conocimiento de la estructuraelectrónica es el resultado de uno de los principales avances de la ciencia en el siglo XX, la teoría cuántica. En este capítulo describiremos el desarrollo de la teoría cuántica y cómo dio origen a una descripción coherente de las estructuras electrónicas de los elementos. Exploraremos algunas de las herramientas que se usan en la mecánica cuántica, la nueva física que tuvo que desarrollarsepara describir correctamente los átomos. En los capítulos siguientes veremos cómo pueden usarse estos conceptos para explicar tendencias en la tabla periódica y entender la formación de enlaces entre los átomos.
1. Disponga los tipos de radiación electromagnética siguientes en orden de longitud de onda creciente:
(i) los rayos gamma producidos por un núclido radiactivo y que se utilizan para formarimágenes en medicina
(ii) la radiación de una estación de radio de FM a 93.1 MHz en el cuadrante
(iii) una señal de radio de una estación de radio de AM a 680 kHz en el cuadrante
(iv) la luz amarilla de las lámparas de alumbrado público de vapor de sodio
(v) la luz roja de un diodo emisor de luz, como en una pantalla de calculadora
a) i < ii <iii <iv < v
b) i < iv <v <ii < iii
c) i < v<iv <ii <iii
d) i < iv < v <iii <ii
e) iii < ii <v <iv <i
2. ¿Cuál es la frecuencia de una radiación cuya longitud de onda es de 0.589 pm?
a) 1.96 x 10-21 s-1
b) 5.09 s-1
c) 5.09 x 108 s-1
d) 5.09 x 1020 s-1
e) 5.09 x 1022 s-1 = 785 nm.
3. ¿Cuál es la longitud de onda de una radiación cuya frecuencia es de 5.11 x 1011 s-1?
a) 5.87 x 10-12 m
b) 5.87 x 10-4 cm
c) 5.87 x 10-4 m
d) 5.87 x10-2 m
e) 1.70 x 103 m
4. Calcule la energía de un fotón con una frecuencia de 2.85 x 1012 s-1.
a) 2.32 x 10-46 J
b) 6.97 x 10-38 J
c) 1.89 x 10-21 J
d) 4.30 x 1045 J
5. Se activa un láser de diodos con una longitud de onda de 785 nm durante un periodo de 1.00 min. Durante ese tiempo el láser emite una señal con una energía total de 31.0 J. ¿Cuántos fotones se emitieron?
a) 2.53 x 10-19
b) 31.0c) 1.22 x 1020
d) 5.96 x 1040
6. La energía de una radiación puede servir para originar la ruptura de enlaces químicos. Se necesita una energía mínima de 495 kJ/mol para romper el enlace oxígeno-oxígeno del O2. ¿Cuál es la longitud de onda más larga de la radiación que posee la energía necesaria para romper el enlace?
a) 4.02 x 10-31 m
b) 4.02 x 10-28 m
c) 8.07 x 10-16 m
d) 2.42 x 10-7 m
e) 2.42 x10-4 m
f) 7.47 x 1038 m
7. Se necesitan 222 kJ/mol para expulsar electrones del potasio metálico. Si se irradia potasio con luz de 250 nm, ¿cuál es la energía cinética máxima posible de los electrones emitidos?
a) 4.26 x 10-19 J
b) 3.69 x 10-19 J
c) 7.95 x 10-19 J
8. ¿Se emite o se absorbe energía cuando se produce la transición electrónica de n = 3 a n = 6 en el hidrógeno?
a) se emite
b) se...