Capítulo 42: Física atómica

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 69 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 69. En la técnica conocida como resonancia de espín del electrón, se coloca una muestra con electrones no apareados dentro de un campo magnético. Considere la situación más simple, en la cual sólo hay un electrón presente, y por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 68 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 68. Todos los átomos tienen el mismo tamaño, en un orden de magnitud. a) Para demostrar esto, estime los diámetros de los átomos de aluminio (con masa molar de 27.0 g/mol y densidad de 2.70 g/cm3) y de uranio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 67 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 67. Para el hidrógeno en el estado 1s, ¿cuál es la probabilidad de encontrar al electrón más allá de 2.50a0 del núcleo? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 66 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 66. Suponga que la energía de ionización de un átomo es de 4.10 eV. En el espectro de este mismo átomo, se observan líneas de emisión con longitudes de onda de 310 nm, 400 nm y 1377.8 nm. Con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 65 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 65. Un electrón de un átomo de cromo se mueve del estado n = 2 al estado n = 1 sin emitir un fotón. En vez de ello, el exceso de energía es transferido a un electrón exterior (uno…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 64 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 64. Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji y William Phillips recibieron el premio Nobel de física en 1997 por “el desarrollo de métodos para enfriar y atrapar átomos por medio de luz láser”. Una parte de su trabajo fue realizado con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 63 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 63. a) Demuestre que la posición radial más probable de un electrón en el estado 2s del hidrógeno es r = 5.236a0. b) Demuestre que la función de onda proporcionada por la ecuación 42.26 está normalizada. Solución: CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 62 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 62. La fuerza de un momento magnético μz en un campo magnético no uniforme Bz está dada por Fz = μz(dBz/dz). Si un haz de átomos de plata se desplaza a una distancia horizontal de 1.00 m a través…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 61 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 61. Suponga que tres partículas sin carga idénticas con una masa m y un espín 1/2 están contenidas dentro de una caja unidimensional de longitud L. ¿Cuál es la energía de estado fundamental de este sistema? Solución: CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 60 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 60. Un pulso de láser emite una luz con longitud de onda λ. Para un pulso de duración Δt y energía E, encuentre a) la distancia física del pulso conforme se desplaza por el espacio y b) la cantidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 59 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 59. Un pulso de láser de rubí emite luz a 694.3 nm. Para un pulso de 14.0 ps que contiene 3.00 J de energía, encuentre a) la distancia física del pulso conforme se desplaza por el espacio y b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 58 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 58. Un teorema elemental en estadística afirma que la incertidumbre cuadrática media en una cantidad r está dada por Δr = √(r2) – (r)2 . Evalúe la incertidumbre en la posición radial del electrón en el estado fundamental del átomo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 57 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 57. Suponga que un átomo de hidrógeno se encuentra en el estado 2s, con una función de onda dada por la ecuación 42.26. Si r = a0, calcule los valores para a) Ψ2s(a0), b) |Ψ2s(a0)|2 y c) P2s(a0). Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 56 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 56. a) Para un átomo de hidrógeno que hace una transición desde el estado n = 4 al estado n = 2, determine la longitud de onda del fotón creado en el proceso. b) Si supone que el átomo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 55 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 55. Astrónomos observan una serie de líneas espectrales en la luz que emite una galaxia lejana. Partiendo de la hipótesis de que las líneas forman una serie de Lyman para un átomo con un solo electrón (¿tal vez…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 54 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 54. a) ¿Cuánta energía es necesaria para hacer que un electrón del hidrógeno efectúe la transición entre el estado n = 1 y n = 2? b) Suponga que el electrón obtiene esta energía por medio de colisiones entre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 53 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 53. Use el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno para demostrar que cuando el electrón se mueve del estado n al estado n – 1, la frecuencia de la luz emitida es Demuestre que conforme n → ∞,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 52 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 52. El ejemplo 42.3 calcula el valor más probable, así como el valor promedio, de la coordenada radial r del electrón de un átomo de hidrógeno en el estado fundametal. ¿Qué pasaría si? Para efectos de comparación con estos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 51 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 51. Cuatro años después de la publicación de la ecuación de Schrödinger, Lev Davidovich Landau, de veintitrés años, resolvió la ecuación para una partícula cargada moviéndose dentro de un campo magnético uniforme. Un solo electrón, con movimiento perpendicular respecto…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 50 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 50. Conforme la Tierra gira alrededor del Sol, sus órbitas están cuantizadas. a) Siga las etapas de Bohr del análisis del átomo de hidrógeno para demostrar que los radios permitidos para la órbita de la Tierra están definidos mediante…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 49 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 49. Un láser de helio-neón puede producir un haz verde en vez de rojo. Consulte la fi gura 42.29, la cual omite algunos niveles de energía entre E2 y E1. Después de establecer la inversión de población, los átomos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 48 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 48. La cantidad N de átomos en un estado en particular se conoce como la población de este estado. Esta cantidad depende de la energía del estado y de la temperatura. En condiciones de equilibrio térmico, la población de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 47 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 47. Un láser de rubí entrega un pulso de 10.0 ns con una potencia promedio de 1.00 MW. Si los fotones tienen una longitud de onda de 694.3 nm, ¿cuántos fotones contiene el pulso? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 46 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 46. El láser Nd:YAG empleado en la cirugía óptica emite un pulso de 3.00 mJ en 1.00 ns, enfocado en un punto de 30.0 μm de diámetro en la retina. a) Averigüe la potencia por unidad de área en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 45 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 45. El láser de dióxido de carbono es uno de los más poderosos que se han desarrollado. La diferencia de energía entre los dos niveles de láser es 0.117 eV. Determine la frecuencia y longitud de onda de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 44 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 44. La figura P42.44 muestra parte de los diagramas de los niveles de energía para los átomos de helio y neón. Una descarga eléctrica excita el átomo de He desde su estado fundamental a un estado excitado de 20.61…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 43 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 43. La longitud de onda del rayo X característicos en la línea KB de una fuente particular es de 0.152 nm. Determine el material el objetivo. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 42 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 42. La serie K del espectro de rayo X discreto para el tungsteno contiene longitudes de onda de 0.018 5 nm, 0.020 9 nm y 0.021 5 nm. La energía de ionización de la capa K es de 69.5…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 41 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 41. Emplee el método explicado en el ejemplo 42.5 para calcular la longitud de onda del rayo X emitido de un objetivo de molibdeno (Z = 42) cuando un electrón se traslada de la capa L (n = 2)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 40 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 40. En la producción de rayo X, los electrones se aceleran a través de un alto voltaje y luego se desaceleran al golpear un objetivo. a) Para hacer posible la producción de rayo X de longitud de onda λ,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 39 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 39. El nivel 3p del sodio tiene una energía de -3.0 eV y el nivel 3d tiene una energía de -1.5 eV. Determine Zefec para cada uno de estos estados. Explique la diferencia. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 38 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 38. a) Determine los valores posibles de los números cuánticos l y me para el ion He+ en el estado correspondiente a n = 3. b) ¿Cuál es la energía de este estado? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 37 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 37. En la sección 29.5 se muestra lo siguiente para un electrón con momento magnético µS en un campo magnético B. El sistema campo electrón puede encontrarse en un estado de energía superior con la componente z de su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 36 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 36. En un átomo neutro del elemento 110, ¿cuál sería la configuración electrónica de estado fundamental más probable? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas o cosas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 35 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 35. a) Al examinar la figura 42.19 del menor al mayor número atómico, los electrones llenan las subcapas de tal manera que las que se llenan primero son las subcapas con valores n + l más pequeños. Si dos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 34 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 34. Dos electrones en el mismo átomo tienen ambos n = 3 y l = 1. a) Haga una lista de los números cuánticos para los estados posibles del átomo. b) ¿Qué pasaría si? ¿Cuántos estados serían posibles si…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 33 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 33. Un cierto elemento tiene su electrón más externo en una subcapa 3p. Tiene una valencia +3, ya que tiene tres electrones más que cierto gas noble. ¿Qué elemento es? Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 32 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 32. Configure una tabla parecida a la que se muestra en la figura 42.18 para los átomos que contiene de 11 a 19 electrones. Utilice la regla de Hund y una estimación con base en sus conocimientos. Solución: CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 31 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 31. Conforme recorre la tabla periódica, ¿qué subcapa se llena primero, la subcapa 3d o la 4s? ¿Qué configuración electrónica tiene una energía más baja: [Ar]3d44s2 o [Ar]3d54s1? ¿Cuál tiene el mayor número de espines no apareados? Identifique este…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 30 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 30. a) Escriba la configuración electrónica para el estado fundamental del oxígeno (Z = 8). b) Escriba un conjunto de valores posibles para los números cuánticos n, l, me y ms para cada electrón en el oxígeno. Solución: CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 29 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 29. El mesón p– tiene una carga de -e, un número cuántico de espín igual a 1, y una masa 1507 veces mayor que la del electrón. Los valores posibles para su número cuántico magnético del espín son -1,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 28 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 28. Un electrón está en la capa N. Determine el valor máximo de la componente en z de su cantidad de movimiento angular que puede tener. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 27 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 27. a). Determine la densidad de masa de un protón, representándolo como una esfera sólida de radio 1.00 X 10-15 m. b) ¿Qué pasaría si? Considere un modelo clásico de un electrón como una esfera sólida con la misma…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 26 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 26. Determine todos los valores posibles de L, Lz y θ para un electrón de hidrógeno en un estado 3d. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el ejercicio? Compártelo ¿Tienes Dudas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 25 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 25. ¿Cuántos conjuntos de números cuánticos son posibles para un átomo de hidrógeno en el cual a) n = 1, b) n = 2, c) n = 3, d) n = 4 y e) n = 5? Verifique sus…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 24 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 24. Un átomo de hidrógeno está en su quinto estado excitado, cuyo número cuántico principal es 6. El átomo emite un fotón con una longitud de onda de 1090 nm. Determine la cantidad de movimiento angular orbital máxima posible…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 23 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 23. a) Establezca un problema para el que la siguiente ecuación aparezca en la solución: b) Resuelva la ecuación para la incógnita que aparece en ella y establezca el nombre de esta cantidad. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 22 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 22. Calcule la cantidad de movimiento angular orbital para un átomo de hidrógeno en a) el estado 4d y b) el estado 6ƒ. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 21 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 21. Menciona todos los conjuntos posibles de números cuánticos para átomos de hidrógeno asociados con a) la subcapa 3d y b) la subcapa 3p. Solución: CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL LIBRO FÍSICA SERWAY VOLUMEN 1. ¿Te sirvió el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS FÍSICA PARA CIENCIAS E INGENIERÍA  – SERWAY SOLUCIÓN PROBLEMA 20 CAPÍTULO 42 FÍSICA SERWAY 20. En un experimento, los electrones son disparados hacia una muestra de átomos de hidrógeno neutros y se observa la forma en que las partículas incidentes se dispersan. Se puede pensar en un gran conjunto de pruebas si éstas…