ciências físico-químicas 10º ano · “elementos químicos e sua ... designados por x, y e z....

Ciências Físico-Químicas 10º ano

Ficha de trabalho nº4

“Elementos químicos e sua organização: energia dos eletrões nos átomos 2”

Pedro Reis Goucho 1

Kimikando-na-Lixa.webnode.pt

M9: Modelo quântico do átomo e configuração eletrónica.

Orbital: é a zona do espaço em torno do núcleo onde existe uma maior probabilidade de encontrar o eletrão.

O nível de energia (n) está associado ao tamanho da orbital e à energia dos eletrões, sendo que a um maior valor de n corresponde a um maior

valor de energia e uma maior distância eletrão – núcleo. O subnível de energia está associado à forma da orbital: a tipo s possui forma

esférica; as três orbitais do tipo p possuem a forma de lóbulos simétricos (halteres) e as 5 orbitais d possuem

formas diversificadas (trevo e outras). Orbitais degenaradas possuem a mesma energia e pertencem ao mesmo

subnível (px, py e pz). O spin está associado ao sentido de rotação do eletrão em torno do núcleo. Em cada orbital

preenchida os dois eletrões possuem sentidos de rotação contrários (+1/2 e -1/2).

Configuração eletrónica é a forma como os eletrões se encontram distribuídos no átomo:

Energia de remoção é a energia necessária para remover um qualquer eletrão de um átomo que pode estar num nível mais interior ou

exterior da nuvem eletrónica desse átomo. A espectroscopia fotoelectrónica tem por base a análise da energia dos electrões emitidos por

amostras de matéria constituída por certos átomos ou moléculas. Os electrões ejectados por acção de radiação externa (com energia

superior às energias de remoção) “transportam” informação sobre a energia que tinham nos átomos ou moléculas do material.

1. A espetroscopia fotoeletrónica é uma das técnicas através da qual se podem obter as energias dos eletrões nos átomos e moléculas. Ao

lado encontra-se o espetro fotoeletrónico de um elemento químico.

1.1. A altura do pico C é tripla da altura do pico B porque:

(A) A energia de remoção dos eletrões responsáveis pelo

pico B é aproximadamente o triplo da energia de remoção

dos eletrões responsáveis pelo pico C.

(B) A energia de remoção dos eletrões responsáveis pelo

pico B é aproximadamente um terço da energia de remoção

dos eletrões responsáveis pelo pico C.

(C) O nº de eletrões responsáveis pelo pico B é o triplo do nº eletrões responsáveis pelo pico C.

(D) O nº de eletrões responsáveis pelo pico B é um terço do nº eletrões responsáveis pelo pico C.




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X Y Z 0,50 1,31 3,28

0,90 2,75 6,37 11,10 51,91 103,72

1.2. Os picos A, B e C têm, respetivamente, correspondência com os subníveis:

(A) 2p; 2s e 1s. (B) 1s; 2s e 2p. (C) 2s; 1s e 2p. (D) 1s; 2p e 2s.

1.3. Qual a energia de remoção dos eletrões de valência mais energéticos?

1.4. Escreve o nome e o símbolo químico do elemento.

1.5. Verifica-se que aos 6 eletrões responsáveis pelo pico c corresponde um único valor de energia. Relaciona este resultado com a relação

entre as energias das orbitais px, py e pz.

2. Considera o elemento químico de nº atómico 8.

2.1. Escreve a sua configuração eletrónica de forma a evidenciar a aplicação da regra de Hund e estabelece relações de ordem entre as

energias das orbitais ocupadas.

2.2. O diagrama de distribuição eletrónica permitido pelo Princípio de Exclusão de Pauli é.

2.3. Escolhe uma das opções que não selecionaste na alínea anterior e justifica a sua incorreção.

2.4. Os valores das energias de remoção obtidas para o átomo deste elemento químico são: 16eV, 42eV e 543eV. Associa a cada subnível 1s,

2s e 2p, um valor de energia de remoção.

2.5. Escreve uma configuração eletrónica que não respeite o Princípio da Construção.

3. Observa o diagrama de energias para o átomo de sódio.

3.1. A energia de cada eletrão que ocupa o subnível 2p é.

(A) -0,83J.

(B) -0,83×10-18J.

(C) -4,98J.

(D) -4,98×10-18J.

3.2. Indica qual é o valor da energia de remoção de um dos eletrões mais interiores.

3.3. Escreve a configuração eletrónica deste átomo num estado excitado.

3.4. Por espetroscopia fotoeletrónica, quantos valores de energias de remoção se

obtêm para o átomo de sódio.

(A) 11.

(B) 6.

(C) 4.

(D) 3.

4. A tabela seguinte mostra as energias de remoção eletrónica (em MJ/mol) para átomos de 3 elementos químicos designados por X, Y e Z.

4.1. Qual dos dois valores de energia de remoção de X corresponde aos eletrões de valência?

4.2. Tendo em conta as ordens de grandeza dos valores das energias de remoção, indica quantos níveis de energia existem em Y.

4.3. Indica, para Z, a energia necessária para remover eletrões a partir do 1º nível de energia.

5. A figura seguinte representa o espetro fotoeletrónico de um elemento químico.

5.1. Identifica os picos correspondentes aos eletrões de valência.

5.2. Identifica o pico correspondente aos eletrões que estão, em média, mais próximos do

núcleo atómico.

5.3. Com base neste espetro podemos afirmar que existem:

(A) Três níveis de energia, dois dos quais apresentam dois subníveis de energia.

(B) Dois níveis de energia, que apresentam três subníveis de energia.

(C) Dois níveis de energia e três subníveis de energia.

(D) Três níveis de energia e dois subníveis de energia.

5.4. O nº de eletrões de cada nível e subnível está relacionado com a área dos picos. O nº relativo de eletrões entre os vários picos,

representado por A: B: C: D: E, é:

(A) 1:1:2:1:2 (B) 2:2:1:2:1 (C) 2:2:6:2:6 (D) 6:6:2:6:2




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6. A espetroscopia fotoeletrónica é um processo que pode ser usado para determinar a energia de cada eletrão de um átomo. Sobre uma

amostra de lítio fez-se incidir radiação de energia 3017kJ/mol. Verificou-se que eram ejetados eletrões com energia cinética 4,14×10-18

J/eletrão. Calcule o valor da energia destes eletrões no átomo de lítio.

7. A energia mínima para remover um eletrão de um átomo de sódio é 496 kJ/mol.

7.1. Esta energia diz respeito aos eletrões de maior ou de menor energia do átomo de sódio?

7.2. Demonstra que uma radiação com 5,01×10-20 J/fotão não consegue remover eletrões de átomos de sódio.

8. Para cada um dos seguintes átomos, indica o nº de eletrões de valência e a configuração eletrónica no estado fundamental:

(A) 3Li. (B) 8O. (C) 12Mg. (D) 20Ca.

9. Quantos valores diferenciados de energia têm os eletrões de valência de um átomo de cloro no estado fundamental?

(A) Seis. (B) Quatro. (C) Dois. (D) Três.

10. Faz corresponder a cada uma das letras da coluna A, um nº da coluna B.

A (Princípio / Regra violada) B (configuração eletrónica)

A- Princípio da construção. 1. 1s22s22px22py

02pz0

B- Princípio Exclusão Pauli 2. 1s22s23p2 C- Regra de Hund 3. 1s22s42px

22py22pz

0 4. 1s22s22px

02py02pz

1

11. A configuração eletrónica de um átomo de nitrogénio no estado fundamental é: 1s22s22px12py

12pz1.

11.1. Embora em cada orbital possam existir dois eletrões, cada orbital p encontra-se semipreenchida. Indica a razão de serem preenchidas

dessa forma.

11.2. Representa a configuração do átomo de nitrogénio em diagrama de caixas.

12. Considera o átomo do elemento X que possui 5 energias de remoção e 2 eletrões no subnível mais energético.

12.1. Escreve a configuração eletrónica deste elemento.

12.2. Indica o número atómico de X e, consultando a TP, identifica-o.

12.3. Por quantas orbitais estão os eletrões de valência distribuídos?

13. Considera as seguintes configurações eletrónicas e diagramas de caixas.

13.1. Indica as que não respeitam:

13.1.1. O Princípio da Construção.

13.1.2. A Regra de Hund.

13.1.3. O Princípio de Exclusão de Pauli.

13.2. Considera a configuração eletrónica II.

13.2.1. Indica o nº de subníveis existente no nível 2.

13.2.2. Indica o nº de orbitais totalmente preenchidas.

13.2.3. Seleciona a opção que contém os termos que completam corretamente a frase: “A orbital 2s2 é do tipo ____, enquanto que

a orbital 2px é ____. Podemos dizer que a energia dos eletrões da orbital 2s é ____ à energia dos eletrões da 2px.

(A) … lobular; esférica; superior.

(B) … esférica; esférica; inferior.

(C) … esférica; lobular; igual.

(D) … esférica; lobular; inferior.

14. Um átomo com um eletrão de valência possui os seguintes valores de energia de remoção: 5,2 eV; 38,1 eV; 79,9 eV e 1078 eV.

14.1. Indica quantos subníveis possui este átomo.

14.2. Escreve a configuração eletrónica do átomo no estado fundamental.

14.3. Relativamente a este átomo, podemos dizer que:

(A) O valor 5,2 eV corresponde à energia dos eletrões no subnível 1s.

(B) O valor 79,9 eV corresponde à energia dos eletrões no subnível 2s.

(C) Os eletrões distribuem-se por 3 níveis, 4 subníveis e quatro orbitais.

(D) O valor 1078 eV corresponde à energia dos eletrões no subnível 1s.




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15. Seleciona a única alternativa que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços, de modo a obter uma afirmação

correta. Os átomos de 6C, no estado fundamental, apresentam ____ eletrões de valência, dispostos por ____.

(A) Dois; uma orbital.

(B) Dois; duas orbitais.

(C) Quatro; duas orbitais.

(D) Quatro; três orbitais.

16. Átomos de carbono (Z=6), sujeitos a espetroscopia fotoeletrónica, foram bombardeados com uma radiação de energia igual a 2,01×10-16J.

As medições das energias cinéticas dos eletrões do carbono permitiram verificar que os seus eletrões são removidos com energias de

ionização de 1,80 ×10-18J, 2,40×10-18J e 4,55×10-17J.

16.1. A partir dos valores indicados, calcula as energia cinéticas, expressas em J, detetadas para os eletrões dos átomos de carbono.

16.2. Exprime a energia cinética do eletrão removido, em kJmol-1, cuja energia de ionização é 4,55×10-17J.

16.3. Indica, num diagrama de energia, os diferentes subníveis dos eletrões dos átomos de carbono e os respetivos valores da energia

eletrónica, em J.

17. (2013) O carbono é um elemento químico que entra na constituição de um grande nº de compostos.

17.1. Quantos valores diferenciados de energia apresentam os eletrões de um átomo de carbono no estado fundamental?

(A) Seis. (B) Quatro. (C) Três. (D) Dois.

17.2. Qual das seguintes configurações eletrónicas pode corresponder a um átomo de carbono num estado excitado?

(A) 1s22s22px12py

12pz0

(B) 1s22s12px12py

12pz1

(C) 1s22s22px12py

02pz1

(D) 1s22s12px02py

02pz3

18. Os átomos de potássio possuem um único eletrão de valência, na orbital 4s, à qual corresponde uma energia de -6,96×10-19J. Esse eletrão

pode transitar para uma orbital 5s e, em seguida, regressar ao estado fundamental através da emissão de duas radiações sucessivas,

como mostra o diagrama seguinte.

18.1. Escreve a configuração eletrónica dos átomos de potássio no estado

fundamental.

18.2. Calcula a energia da radiação emitida nas transições 1 e 2.

18.3. Quando se excitam os átomos de hélio ao estado 1s12p1, estes regressam, em

seguida, ao estado fundamental (1s2), emitindo uma radiação com energia

0,339×10-17J. Verifica se esta radiação pode ser utilizada na remoção do

eletrão de valência do potássio quando este se encontra no estado

fundamental.

Preparação para o teste

1. (2011) Na figura está representado o espetro da estrela Rígel na região do visível.

1.1. Seleciona a única opção que contém os termos que preenchem, sequencialmente, os espaços seguintes. “O espetro da figura resulta da

sobreposição de um espetro de ____ contínuo e de um conjunto de riscas negras resultantes da ____ de radiação pelas espécies

presentes na atmosfera da estrela”.

(A) absorção … absorção.

(B) emissão … emissão.

(C) absorção … emissão.

(D) emissão … absorção.

1.2. O espetro da estrela Rígel apresenta uma risca negra bem definida a um c.d.o. de 486 nm. Qual das expressões seguintes permite calcular

a frequência, f, em hertz (Hz), da radiação que, no vácuo, tem aquele comprimento de onda?




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1.3. O espetro de emissão do hélio atómico na região do visível apresenta, entre outras, uma risca a 587 nm e uma risca a 667 nm. Conclui,

justificando, a partir da informação fornecida, se é provável que o hélio esteja presente na atmosfera de Rígel.

2. (2011) O espetro de emissão do átomo de hidrogénio apresenta uma risca vermelha originada por uma transição eletrónica que envolve a

emissão de radiação de energia igual a 3,03×10-19J. O nº quântico principal, n, do nível energético para o qual o eletrão transita e a variação

de energia, ΔE, associada a essa transição eletrónica são, respetivamente:

(A) n = 3 e ΔE = +3,03×10-19J.

(B) n = 2 e ΔE = +3,03×10-19J.

(C) n = 2 e ΔE = -3,03×10-19J.

(D) n = 3 e ΔE = -3,03×10-19J.

3. (2012) Lê, atentamente o texto, seguinte.

3.1. Como se designam os eletrões que participam nas reações químicas?

3.2. Qual das configurações eletrónicas seguintes pode corresponder a um átomo de carbono no estado fundamental.

(A) 1s22s12px12py

12pz1.

(B) 1s22s22px12py

02pz1.

(C) 1s22s22px2.

(D) 1s22s12px22py

1.

3.3. Os átomos dos isótopos 12 e 13 do carbono têm …

(A) Nº atómicos diferentes.

(B) Nº de massa iguais.

(C) Igual nº de eletrões.

(D) Igual nº de neutrões.

3.4. Como se designa a região do espaço onde, em torno do núcleo de um átomo, existe uma elevada probabilidade de encontrar um eletrão

desse átomo?

4. (2013) O carbono é um elemento químico que entra na constituição de um grande nº de compostos.

4.1. Quantos valores diferenciados de energia apresentam os eletrões de um átomo de carbono no estado fundamental?

(A) Seis. (B) Quatro. (C) Três. (D) Dois.

4.2. Qual das configurações eletrónicas seguintes pode corresponder a um átomo de carbono num estado excitado.

(A) 1s22s22px12py

12pz0.

(B) 1s22s12px12py

12pz1.

(C) 1s22s22px12py

02pz1.

(D) 1s22s12px02py

02pz3.

5. (2014) A tabela apresenta os valores de energia dos níveis n =1, n =2; n=3 e n=4 do átomo de

hidrogénio.

5.1. Qual é a energia mínima necessária para remover o eletrão de um átomo de hidrogénio no

estado fundamental?

5.2. Considera um átomo de hidrogénio no estado fundamental, no qual incide uma radiação de

energia 1,80×10-18J. Conclui, justificando, se ocorre, ou não, transição do eletrão.




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5.3. As transições eletrónicas no átomo de hidrogénio originam riscas diferenciadas nos espetros atómicos deste elemento. O espetro de

emissão do átomo de hidrogénio na região do visível apresenta, entre outras riscas, uma risca a uma energia 4,84×10-19J. Considerando a

transição que origina essa risca, a energia do nível em que o eletrão se encontrava inicialmente pode ser calculada pela expressão:

(A) (-5,45×10-19 + 4,84×10-19) J.

(B) (-5,45×10-19 - 4,84×10-19) J.

(C) (-2,18×10-18 + 4,84×10-19) J.

(D) (-2,18×10-18 - 4,84×10-19) J.

6. (2009) Na figura, está representado um diagrama de níveis de energia, no qual estão assinaladas algumas transições eletrónicas que

podem ocorrer no átomo de hidrogénio.

6.1. Algumas das transições eletrónicas assinaladas estão relacionadas com as

riscas de cor que se observam no espetro de emissão do hidrogénio, abaixo

representado. Seleciona a única alternativa que refere a transição eletrónica

que corresponde à risca vermelha do espetro de emissão do hidrogénio.

(A) Transição Z.

(B) Transição W.

(C) Transição X.

(D) Transição V.

6.2. Escreve um texto em que analises o espetro de emissão do átomo de hidrogénio, abordando os seguintes tópicos:

Descrição sucinta do espetro.

Relação entre o aparecimento de qualquer risca do espetro e o fenómeno ocorrido no átomo de hidrogénio.

Razão pela qual o espetro é descontínuo.

6.3. Seleciona a única alternativa que apresenta o valor da energia de ionização do hidrogénio, expresso em Jmol-1.

(A) 2,18×105 Jmol-1.

(B) 7,86×106 Jmol-1.

(C) 1,09×105 Jmol-1.

(D) 1,31×106 Jmol-1.

6.4. Considera que um átomo de hidrogénio se encontra no 1º estado excitado e que, sobre esse átomo, incide radiação de energia igual a

3,6×10-19 J. Indica, justificando, se ocorrerá a transição do eletrão para o nível energético seguinte.

Soluções rápidas

1. Opção (D); Opção (B); 16,7 eV; Néon (Ne); …

2. …; Opção (B); (D); As mais interiores possuem maior energia de remoção; …

3. Opção (D); 1,72x10-16 J; …; Opção (C)

4. 0,90 MJmol-1; 2; 103,72 MJmol-1

5. D e E; A; Opção (A); Opção (C)

6. -8,72x10-19 Je-1

7. Maior energia; …

8. 1; 6; 2; 2

9. Opção (C)

10. A-2; B-3; C-1

11. …; …

12. …; 14 (silício); 3

13. III; VI; V; 2; 3; Opção (D)

14. 4; …; Opção (D)

15. Opção (D)

16. 1,992x10-16 J; 1,986x10-16 J; 1,555x10-16 J; 9,364x104 kJmol-1; …

17. Opção (C); Opção (D)

18. …; 1,58x10-19 J; 2,57x10-19 J; …

Revisões

1. Opção (D); Opção (B); …

2. Opção (C)

3. De valência; Opção (B); Opção (C); orbital atómica.

4. Opção (C); Opção (B)

5. 2,18x10-18 J; Não; Opção (A)

6. Opção (A); …; Opção (D); Não

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