Ejercicios · Tema 3 - Crisis de la Física Clásica

52 ejercicios resueltos paso a paso.

Tema 3 - Crisis de la Física Clásica

1.

Tres aristas de un cubo de \( 1\ \text{cm} \) de arista coinciden con los ejes positivos de un sistema de coordenadas cartesianas. Expresad la posición de todos los vértices en coordenadas cartesianas \((x, y, z) \) y polares esféricas \((r, \theta, \phi) \)
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2.

Indicad cuántos orbitales existen y cuáles son para los casos siguientes: \( n = 2 \)
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3.

Indicad cuántos orbitales existen y cuáles son para los casos siguientes: \( n = 3, \ l = 2 \)
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4.

Indicad cuántos orbitales existen y cuáles son para los casos siguientes: \( n = 4, \ l = 2 \)
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5.

Indicad los valores posibles de los cuatro números cuánticos para un electrón que se encuentra en los siguientes orbitales: \( 5p \)
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6.

Indicad los valores posibles de los cuatro números cuánticos para un electrón que se encuentra en los siguientes orbitales: \( 3d \)
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7.

Indicad los valores posibles de los cuatro números cuánticos para un electrón que se encuentra en los siguientes orbitales: \( 5f \)
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8.

Indicad los valores posibles de los cuatro números cuánticos para un electrón que se encuentra en los siguientes orbitales: \( 3f \)
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9.

Discutid a qué tipo de orbital corresponde la siguiente función angular: \(\psi = \frac{3}{4\pi}\operatorname{sen}\theta\operatorname{sen}\phi \)

Nota: la constante \(\frac{3}{4\pi} \) solo afecta a la normalización y no al tipo de orbital; lo determinante es la dependencia angular.
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10.

Calculad a qué distancia del origen a lo largo del eje de las \( x \) es máxima la probabilidad de encontrar un electrón en el orbital \( 2p_x \) del átomo de hidrógeno.
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11.

Calculad el valor de \( r \) para el cual la función de distribución radial es máxima en el orbital \( 2p_x \)
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12.

¿Para qué valor de \( r \) es máxima la probabilidad de encontrar un electrón del orbital \( 3d_{xy} \) de un átomo de hidrógeno en la dirección del plano \( xy \) que forma un ángulo de \( 45° \) con los ejes \( x \) e \( y \)
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13.

Para el orbital \( 3d_{z^2} \) del átomo de hidrógeno, calculad la distancia para la cual la probabilidad de encontrar un electrón a lo largo del eje de las \( z \) es máxima.
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14.

Para el orbital \( 2\text{s} \) del átomo de hidrógeno, calculad: A qué distancia es máxima la probabilidad de encontrar un electrón a lo largo del eje de las \( z \)
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15.

Para el orbital \( 2\text{s} \) del átomo de hidrógeno, calculad: A qué distancia se encuentra el máximo de la función de distribución radial.
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16.

Para un orbital \( 3\text{d}_{x^2-y^2} \) Determinad a qué direcciones apuntan sus lóbulos.
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17.

Para un orbital \( 3\text{d}_{x^2-y^2} \) ¿Cuál es el signo de estos lóbulos?
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18.

Para un orbital \( 3\text{d}_{x^2-y^2} \) ¿Dónde se encuentran los planos nodales?
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19.

La parte angular de la función de onda de un cierto orbital \(\text{f} \) es: \( Y_{l, m}(\theta, \varphi) = (5\cos 3\theta - 3\cos\theta) \) Encontrad los valores de los ángulos para los cuales la función es máxima (o mínima).
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20.

La parte angular de la función de onda de un cierto orbital \(\text{f} \) es: \( Y_{l, m}(\theta, \varphi) = (5\cos 3\theta - 3\cos\theta) \) Encontrad los valores de los ángulos que corresponden a nodos.
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21.

La parte angular de la función de onda de un cierto orbital \(\text{f} \) es: \( Y_{l, m}(\theta, \varphi) = (5\cos 3\theta - 3\cos\theta) \) ¿Cuál es el valor del número cuántico \( l \) cuál es el valor mínimo que puede tener el número cuántico \( n \) y cuántos valores puede tener el número cuántico \( m_l \) de este orbital?
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22.

La parte angular de la función de onda de un cierto orbital \(\text{f} \) es: \( Y_{l, m}(\theta, \varphi) = (5\cos 3\theta - 3\cos\theta) \) ¿A partir de qué período del Sistema Periódico hay elementos que en su estado fundamental contengan electrones en este orbital?
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23.

La parte angular de la función de onda de un cierto orbital \(\text{f} \) es: \( Y_{l, m}(\theta, \varphi) = (5\cos 3\theta - 3\cos\theta) \) ¿Cuál es el número atómico del primer elemento que puede tener un electrón \(\text{f} \) Escribid la configuración electrónica de este elemento.
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24.

La parte angular de la función de onda de un cierto orbital \(\text{f} \) es: \( Y_{l, m}(\theta, \varphi) = (5\cos 3\theta - 3\cos\theta) \) ¿Cuál es la carga nuclear efectiva de un orbital \(\text{f} \) de este elemento \(\text{M} \) y de su ion \(\text{M}^{2+} \)
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25.

Dadas las siguientes configuraciones: a) \( 1\text{s}^2 2\text{s}^1 \) b) \( 1\text{s}^1 \) c) \( 2\text{s}^1 \) d) \( 1\text{s}^2 3\text{s}^1 \) e) \( 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^1 \) f) \( 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 2\text{d}^2 \) Indicad cuáles corresponden a átomos en su estado fundamental, cuáles a átomos en estado excitado y cuáles son inaceptables.
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26.

Con la ayuda de la tabla periódica, escribid las estructuras electrónicas de los orbitales del último subnivel ocupado para los átomos e iones siguientes: \(\text{Si} \)
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27.

Con la ayuda de la tabla periódica, escribid las estructuras electrónicas de los orbitales del último subnivel ocupado para los átomos e iones siguientes: \(\text{S}^{2-} \)
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28.

Con la ayuda de la tabla periódica, escribid las estructuras electrónicas de los orbitales del último subnivel ocupado para los átomos e iones siguientes: \(\text{Co} \)
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29.

Con la ayuda de la tabla periódica, escribid las estructuras electrónicas de los orbitales del último subnivel ocupado para los átomos e iones siguientes: \(\text{Ba} \)
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30.

Escribid la configuración electrónica de los átomos e iones siguientes: Criptón
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31.

Escribid la configuración electrónica de los átomos e iones siguientes: Galio
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32.

Escribid la configuración electrónica de los átomos e iones siguientes: Ion zinc ( \(\text{Zn}^{2+} \) )
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33.

Escribid la configuración electrónica de los átomos e iones siguientes: Ion bromuro ( \(\text{Br}^- \) )
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34.

Escribid la configuración electrónica de los átomos e iones siguientes: Sodio.
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35.

Slater ha propuesto una expresión aproximada para describir la función radial de los átomos polielectrónicos: \( R(r) = N r^{n-1} e^{-Z_{\text{ef}} r/n a_0} \) Calculad el valor de \( r \) para el cual la función de distribución radial es máxima.
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36.

Slater ha propuesto una expresión aproximada para describir la función radial de los átomos polielectrónicos: \( R(r) = N r^{n-1} e^{-Z_{\text{ef}} r/n a_0} \) ¿Cómo varía este valor a lo largo de un período y de un grupo del Sistema Periódico?
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37.

Las reglas de Slater permiten estimar la carga nuclear efectiva ( \( Z_{\text{ef}} \) ) debida al apantallamiento del núcleo por parte de los electrones de un átomo. Calculad el valor de \( Z_{\text{ef}} \) que actúa sobre: Los electrones de valencia de \(\text{C} \) \(\text{N} \) y \(\text{Si} \)
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38.

Las reglas de Slater permiten estimar la carga nuclear efectiva ( \( Z_{\text{ef}} \) ) debida al apantallamiento del núcleo por parte de los electrones de un átomo. Calculad el valor de \( Z_{\text{ef}} \) que actúa sobre: Los electrones de valencia de \(\text{Cl} \) y \(\text{Cl}^- \)
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39.

Las reglas de Slater permiten estimar la carga nuclear efectiva ( \( Z_{\text{ef}} \) ) debida al apantallamiento del núcleo por parte de los electrones de un átomo. Calculad el valor de \( Z_{\text{ef}} \) que actúa sobre: Los electrones de valencia de \(\text{Ne} \) \(\text{Na} \) y \(\text{Na}^+ \)
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40.

Las reglas de Slater permiten estimar la carga nuclear efectiva ( \( Z_{\text{ef}} \) ) debida al apantallamiento del núcleo por parte de los electrones de un átomo. Calculad el valor de \( Z_{\text{ef}} \) que actúa sobre: Los electrones \( 3\text{d} \) y \( 4\text{s} \) del \(\text{Zn} \)
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41.

Utilizando las reglas de Slater, calculad \( Z_{\text{ef}} \) para: Un electrón \( 3\text{s} \) del \(\text{S} \)
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42.

Utilizando las reglas de Slater, calculad \( Z_{\text{ef}} \) para: Un electrón \( 3\text{s} \) del \(\text{Se} \)
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43.

Utilizando las reglas de Slater, calculad \( Z_{\text{ef}} \) para: El electrón más fácilmente ionizable del \(\text{Zn} \)
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44.

Utilizando las reglas de Slater, calculad \( Z_{\text{ef}} \) para: El electrón más fácilmente ionizable del \(\text{Cd} \)
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45.

Utilizando las reglas de Slater, calculad \( Z_{\text{ef}} \) para: Un electrón de valencia del \(\text{Br} \)
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46.

Utilizando las reglas de Slater, calculad \( Z_{\text{ef}} \) para: Un electrón \( 4\text{s} \) y un electrón \( 3\text{d} \) del \(\text{V} \)
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47.

Calculad el potencial de ionización de los iones \(\text{He}^+ \) y \(\text{C}^{5+} \) en su estado fundamental.
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48.

Calculad el potencial de ionización del ion \(\text{Li}^{2+} \) en su segundo estado excitado. ¿Cuántas funciones de onda degeneradas pueden describir este estado?
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49.

Comparad sin hacer cálculos el tercer potencial de ionización del \(\text{Mn} \) con el tercero del \(\text{Fe} \)
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50.

Con el modelo de Slater, calculad: la energía electrónica (suma de las energías de todos los electrones) del átomo de nitrógeno.
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51.

Con el modelo de Slater, calculad: la energía electrónica de los iones \(\text{N}^+ \) y \(\text{N}^- \)
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52.

Con el modelo de Slater, calculad: los valores de la energía de ionización y de la afinidad electrónica del nitrógeno.
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