espectroscopia molecular

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIN A DISTANCIA

NOMBRE ................................................................ APELLIDOS ............................................................ CALLE .................................................................... POBLACIN .......................................................... PROVINCIA ..................................... C.P. .............

ESPECTROSCOPIA MOLECULAR PRUEBA DE EVALUACIN A DISTANCIA

09535 CURSO 2012/2013

Nmero de Expediente

09535 Espectroscopa Molecular. Segunda Prueba

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Prueba Objetiva 1 .- Los rdenes de magnitud de los cambios de energa entre niveles de rotacin, de vibracin y electrnicos de las molculas, expresados en unidades trmicas, son:

Rotacin Vibracin Electrnicos a) 1kcal/mol 50kcal/mol 75 kcal/mol b) 1 cal/mol 3 kcal/mol 75 kcal/mol c) 1 cal/mol 10 cal/mol 1 kcal/mol d) 10 kcal/mol 10 cal/mol 1 kcal/mol

2 .- Los rdenes de magnitud de la separacin entre los distintos niveles de energa (en kJ/mol) de la molcula son:

Rotacin Vibracin Electrnicos a) 1 10 100 b) 1 100 400 c) 10-2 10 500 d) 10 10-2 103

3 .- De las siguientes molculas: H2, N2, H2O, NH3, CO2, CHCl3, C6H6 (benceno), las nicas que dan origen a un espectro de rotacin pura en la regin de microondas o de infrarrojo lejano son:

a) H2O, NH3 y CO2 b) H2O, NH3 y C6H6 c) NH3, CO2 y CHCl3 d) H2O, NH3 y CHCl3;

4 .- De las siguientes molculas: H2, N2, HCl, CO, CO2, CH4 y C6H6 (benceno), las nicas que pueden dar espectro Raman de rotacin pura son:

a) H2, N2 y C6H6 b) H2, N2 y CO2 c) H2, N2, HCl, CO y CO2. d) H2, N2, HCl, CO, CO2 y C6H6

5 .- De las siguientes molculas: Cl2, O2, CO, CO2, CH4 y CH3Cl, las nicas que pueden dar espectro de rotacin pura en la regin de infrarrojo o de microondas son:

a) CO, CO2 y CH3Cl b) CO, CO2, CH4 y CH3Cl; c) CO, CH4 y CH3Cl; d) CO y CH3Cl

6 .- La rotacin se molculas poliatmicas lineales con centro de simetra son activas en:

a) microondas b) Raman de rotacin c) infrarrojo lejano d) son inactivas


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7 .- Las rotaciones de molculas poliatmicas lineales sin centro de simetra son activas en:

a) microondas b) Raman de rotacin c) infrarrojo lejano d) microondas o infrarrojo lejano y Raman de rotacin

8.- La transicin J=3 J=4 del espectro de rotacin pura del HCl se ha medido en el espectro infrarrojo lejano a 83,03 cm-1. La misma transicin, para la molcula de DCl, se debe encontrar a una frecuencia (en cm-1) de:

a) 20,8 b) 40,4. c) 41,5 d) 42,7

9.- Considerando el modelo de rotor rgido (para un determinado nivel de vibracin) la separacin entre niveles sucesivos de rotacin:

a) aumenta linealmente con el nmero J; b) disminuye linealmente con el nmero J; c) es constante; d) es funcin de J3.

10.- Para la molcula de 12C16O supuesta rgida, la separacin media entre lneas consecutivas de su espectro de rotacin pura es de 3,84 cm-1 . Dicha separacin (en cm-1) para la molcula de 13C16O ser de:

a) 3,84; b) 4,02; c) 3,67; d) 1,92.

11.- Una de las diferencias entre los espectros de microondas y los espectros Raman de molculas diatmicas es la separacin de las sucesivas lneas de rotacin. Escritas en funcin de la constante de rotacin, B, estas separaciones son:

a) B/2B; b) 2B/4B; c) 2B/(1/3)B; d) 4B/2B.

12.- El efecto Stark de primer y segundo orden, se dan simultneamente:

a) en todas las molculas; b) en las molculas lineales y trompo-esfricas; c) en las molculas trompo-simtricas con k = 0; d) en las molculas trompo-simtricas con k 0.


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13.- La aparicin de estructura fina en las lneas del espectro de rotacin pura de una molcula implica la existencia de:

a) ncleos con spin; b) ncleos con momento de cuadrupolo; c) diferentes especies isotpicas; d) centro de inversin.

14.- El valor de r0 (r0 = distancia internuclear) para dos especies isotpicas de una misma molcula diatmica:

a) es siempre el mismo; b) es mayor para la especie isotpica ms pesada; c) es menor para la especie isotpica ms pesada; d) es tanto mayor cuanto menor sea el estado de vibracin en que se encuentre.

15.- La espectroscopa de microondas permite determinar momentos dipolares. Para ello:

a) es necesario poner la sustancia entre los polos de un potente electroimn; b) es necesario ionizar previamente la sustancia a estudiar, por ejemplo, mediante una

radiacin ionizante: c) es necesario someter la muestra a la accin de un campo elctrico de intensidad

conocida. d) se mide la magnitud del desdoblamiento de una de las lneas de rotacin, causado por

el efecto del mometo de cuadrupolo nuclear 16.- El valor de la frecuencia de la banda fundamental de vibracin de la molcula de I2, es de 213,4 cm -1. A la temperatura de 25 C, la poblacin relativa de los niveles de vibracin = 0 y = 1 es, aproximadamente, de:

a) 100:1; b) 100:36; c) 100:75; d) 100:213

17.- La anarmonicidad de las vibraciones de una molcula diatmica es tanto mayor cuanto:

a) mayor es su amplitud de vibracin; b) mayor es la constante de fuerza; c) mayor es la temperature; d) menor es la amplitud de la vibracin

18.- La curvatura media de la curva de energa potencial de una molcula diatmica real:

a) es la del oscilador armnico; b) es menor que la del oscilador armnico; c) es mayor que la del oscilador armnico; d) vale siempre 2BJ.


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19.- Cuando la energa potencial de una molcula diatmica es del tipo de la de Morse, la resolucin de la ecuacin de ondas correspondiente:

a) puede hacerse de forma exacta; b) hay que hacerla mediante mtodos aproximados, como el de perturbaciones; c) justifica la aparicin de una nica banda 0 algo menor que e; d) justifica la aparicin de una banda fundamental 0 y de sobretonos situados a

frecuencias exactamente iguales a 20 , 30 , .... 20.- Si se resuelve la ecuacin de ondas de un oscilador con un potencial del tipo de Morse, el diagrama de niveles de vibracin consta de una serie de trminos:

a) equidistantes; b) coincidentes; c) con una separacin creciente; d) con una separacin decreciente.

21.- La anarmonicidad de las vibraciones de una molcula diatmica es consecuencia de:

a) la existencia de una energa residual; b) la funcin potencial, que es del tipo V=1/2 kx2; c) la funcin potencial, que es del tipo V= 2 kx2 + (1/3!) k x3 + ....; d) no existe anarmonicidad..

22.- Cuando el potencial a que se encuentran sometidos los tomos que forman una molcula diatmica es el llamado potencial de Morse: V= D0 (1-e-x)2, solamente puede explicarse la aparicin de:

a) la banda correspondiente a la frecuencia fundamental de vibracin; b) la banda fundamental y el primer sobretono; c) la banda fundamental y sobretonos a 201, 301, ...; d) la banda fundamental y sobretonos a


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las constantes de rotacin:

a) aumentan con ; b) disminuyen con ; c) dependen linealmente de J; d) no varan en realidad.

25.- En los espectros registrados en el laboratorio, a temperatura ordinaria, de una banda de vibracin-rotacin del CO, se encuentra que el mximo de intensidad de la lnea P corresponde a un valor de J = 9. Cuando se estudia espectroscpicamente luz procedente de un planeta se encuentra esa misma banda pero, el mximo de intensidad de la rama P aparece a un valor de J = 12. De aqu se puede deducir que: a) la concentracin de CO es superior en la atmsfera del plameta que en la terrestre; b) la temperatura media de la atmsfera del planeta es superior a 20C; c) en la atmsfera de dicho planeta hay ms CO que CO2; d) el CO de la atmsfera del planeta tiene propiedades distintas que el CO terrestre. 26.- En dos molculas diatmicas isotpicas se conservan las constantes:

a) ke, e , ee ; b) re, ke, De; c) re, ke, Be; d) re, ke, e .

27.- La frecuencia de la banda fundamental de vibracin de la molcula de HCl, corregida por el efecto de anarmonicidad, es de 2.989,7 cm-1. Cul de los siguientes valores puede ser la frecuencia correspondiente para el DCl?:

a) 2 989,7; b) 2.675,4; c) 2.144,9; d) 1.994,8.

28.- Las posibles operaciones de simetra para una molcula del tipo XY3 piramidal son:

a) I, 2C3, h, S3; b) I, 3C2, 2S6, 3d ; c) I, 2C3, 2S6, 3d ; d) I, 2C3, 3 v.

29.- Los elementos de simetra del grupo puntual C2v son:

a) C2, 2v; b) C2, 2v, i; c) C2, 2v, h, i; d) .

30.- En el espectro infrarrojo de una molcula triatmica se han observado las siguientes


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bandas:

(cm-1) 397 878 1.523 2.184 actividad F (PQR) mD F (PR) D (PR)

con estos datos se pueden deducir que:

a) es una molcula con simetra esfrica b) es una molcula lineal c) la molcula tiene centro de simetra d) es una molcula trompo-simtrica

31.- Las frecuencias (en cm-1 ) de las vibraciones normales de la molcula de CO2 son 2.349; 1.388 y 667, De ellas:

a) la vibracin a 2.349 cm-1 debe ser la tensin antisimtrica, activa en infrarrojo y en Raman (dp)

b) la vibracin a 1.388 cm-1 debe ser la tensin antisimtrica, activa solamente en Raman (p)

c) la vibracin a 667 cm-1 debe ser la flexin, activa en infrarrojo y en Raman (p) d) la vibracin a 667 cm-1 debe ser la flexin, activa solamente en infrarrojo

32.- El estado electrnico fundamental de la molcula de H2 es un estado:

a) 3 g b) 1 u c) 1 b+ d) 3 u

33.- Mediante el anlisis de la estructura fina de rotacin de la banda de vibracin 0 0 del sistema verde de la molcula de BeO se han obtenido los valores 0 = 21.196,7 cm-1 , 0B = 1,59 cm-1 y 0B = 1,67 cm

-1 . Con estos valores puede estimarse que el canto de la banda aparecer, aproximadamente, en cm-1 a:

a) 21.165 b) 21.190 c) 21.230 d) 21.294

34.- De las siguientes transiciones entre estados electrnicos moleculares la ms intensa, tericamente, sera:

a) 1 +g 1 u b) 1 +g

1g

c) 1 +g 3

u

d) 1 +g 1

u


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35.- Para un estado 1 +g

1 +g el momento angular electrnico total de la molcula es:

a) 0 b) 1 c) d) coincide con el momento angular de rotacin

36.- En una molcula triatmica angular (con tres vibraciones normales) una determinada transicin electrnica, siempre que se cumplan las reglas de seleccin, da lugar en el espectro de absorcin a:

a) una nica banda, que se designa abreviadamente por v00; b) a un sistema formado por tres bandas de vibracin, correspondientes a las tres

vibraciones normales; c) a un sistema de bandas formado por cuatro bandas de vibracin, debidas a las

transiciones: (0,0,0) (0,0,0); (1,0,0) (0,0,0); (0,1,0) (0,0,0); (0,0,1) (0,0,0); d) a un sistema formado por numerosas bandas de vibracin debidas a transiciones del

tipo general (1',2', 3') (0,0,0). 37.- En el estado electrnico fundamental de la molcula de formaldehdo, H2CO (grupo de simetra C2v) debe ser:

a) 1 g+ ;

b) 1 1gA c) 1 1A ; d) 3 1A .

38.- La configuracin electrnica del primer estado excitado de la molcula de H2O es: (1a1)2 (2a1)2 (1b2)2 (3a1)2 (2a1)2 (1b2) (4a1). Esta configuracin dar lugar a los estados electrnicos:

a) 3A1, 1A1; b) 3B1, 1B1; c) 3A1, 1A1, 3B1 y 1B1; d) 3A2, 1A2

39.- El espectro ultravioleta de la acetona, presenta dos bandas principales con mximos a 1.800 (muy intensa) y 2.750 (muy dbil). Estas bandas pueden asignarse, respectivamente, a las transiciones:

a) * y n *; b) * y n *; c) * y *; d) n * y n *

40.- En el espectro de RMN protnica registrada con un aparato que trabaja a 60 MHz, la separacin entre las seales correspondientes al CHCl3 y al TMS es de 435 cps. Los


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desplazamientos qumicos del CHCl3, en las escalas de y de sern, respectivamente:

a) 2,75 y 7,25 b) 2,75106 y 7,25106 c) 7,25 y 2,74 d) 7,25106 y 2,75106

41.- En el espectro de RMN protnica las seales correspondientes a los protones del CH3Br y CH2Br2 aparecen respectivamente (escala ) a 7,32 y 5,06. Segn esto podemos afirmar que:

a) los protones del CH3Br estn ms apantallados que los del CH2Br2. b) los protones del CH3Br estn menos apantallados que los del CH2Br2. c) los desplazamientos qumicos no tienen nada que ver con el apantallamiento de los

protones. d) el apantallamiento es igual para ambos tipos de protones.

42.- En el espectro de RMN protnica del CH3Br, la banda correspondiente a los protones aparece, aproximadamente, a = 7,28 ppm. La banda correspondiente a los protones del CH2Br2 aparecer (en escala ) a:

a) 5,06 b) 7,32 c) 7,33 d) 9,84

43.- En el espectro de RMN protnica de varias sustancias se han observado las siguientes desplazamientos qumicos, en ppm:

Si(CH3)4 CH3CH3 ICH3 (CH3)2O (ppm) 0,00 0,88 2,163,24

Segn esto, el desplazamiento qumico, en ppm, de los protones del CH3Cl ser (en la escala ):

a) 1 b) 2,10 c) 3,05 d) 3,28


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Problemas 1.- Una clula de 1,90 cm de espesor que contiene una disolucin 1,2510-3 M de bromo en

tetracloruro de carbono, absorbe el 65,7% de radiacin monocromtica a 4.360 , mientras que una clula de 2,00 cm de espesor llena con una disolucin problema, absorbe el 74,8% de la misma radiacin. Calclese la concentracin del Br en la disolucin problema. (el CCl4 es transparente en la regin de 4.360 ).


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2.- En el espectro de microondas de la molcula de 12C16O se han medido, entre otras, las siguientes lneas consecutivas: 115.270,68; 230.538,21 y 345.799,45 MHz. A partir de estos datos: 1) Deducir las transiciones que han originado dichas lneas; 2) Calcular el momento de inercia de la molcula, supuesta rgida, y su distancia internuclear; 3) Indicar cmo podra mejorarse el clculo anterior, teniendo en cuenta la no-rigidez de la molcula. (MC = 12,000 gr/at-gr y MO = 15,999 gr/at-gr)


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3.- En el espectro de microondas del fluoruro de metilo (FCH3) se han medido , entre otras, las siguientes lneas consecutivas ( expresadas en MHz): 153.092,26; 153.100,35; 153.103,05; 204.098,83; 204.116,51; 204.127,01 y 204.130,60: Determnense las transiciones que han originado estas lneas y calclense las constantes B, DJ y DJK de la molcula de FCH3.


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4.- .La constante de fuerza del enlace F-H vale 9,70105 dinas cm-1 .Calcular la frecuencia y el nmero de ondas de la banda fundamental de vibracin del HF gaseoso. (MH = 1,008 gr/at-gr y MF = 18,998 gr/at-gr).


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5.- . El espectro del H35Cl se han observado varias bandas de vibracin-rotacin, para cuyos centros o lneas cero se han obtenido las siguientes frecuencias (en cm-1 ). 2.885,59; 5.668,05; 8.346,98; 10.923,11 y 13.396,55. Calcular la frecuencia clsica, e, para vibraciones infinitesimales y la constante de anarmonicidad de la molcula HCl y con estos valores recalcular la frecuencia de los centros de las bandas, comparndolas con las experimentales.


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6.- Dibujar las vibraciones normales de la molcula de HCN (perteneciente al grupo de simetra Cv), estudiando su actividad en IR y Raman, contorno de las bandas en IR y polarizacin de las lneas en Raman.


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7.- En el sistema de bandas Schumann-Runge del espectro UV de la molcula de O2, se ha medido el origen (banda 00) a 2.024 y el lmite de convergencia a 1.759 , producindose un tomo normal y otro excitado. Los estados excitados, ms bajos del tomo de O2 son el 1D y 1S situados respectivamente 1,967 y 4,190 eV del estado fundamental. Por otra parte, se sabe que la constante de equilibrio, k, de la disociacin del O2 vale 910-27 y 310-20 atm a 800 y 1.000 K respectivamente. Se pueden calcular con estos datos las energas de disociacin de la molcula de O2 en uno o los dos estados electrnicos?. Hacer dicho clculo, en el caso de que sea posible, expresndose el resultado en kcal/mol. Recurdese que la constante de equilibrio est relacionada con el

calor de disociacin, H, por la ecuacin log k = T576,4

H +cte.


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8.- .Dibujar con cuidado el esquema del espectro de RMN protnica de la molcula CH3(a)-COOCH2(b)CH3(c) , indicando en cada seal su intensidad relativa, multiplicidad, desplazamiento aproximado y acoplamientos que existiran.


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RESPUESTAS A LA PRUEBA OBJETIVA

1.- a b c d 2.- a b c d 3.- a b c d 4.- a b c d 5.- a b c d 6.- a b c d 7.- a b c d 8.- a b c d 9.- a b c d 10.- a b c d 11.- a b c d 12.- a b c d 13.- a b c d 14.- a b c d 15.- a b c d 16.- a b c d 17.- a b c d 18.- a b c d 19.- a b c d 20.- a b c d 21.- a b c d 22.- a b c d

23.- a b c d 24.- a b c d 25.- a b c d 26.- a b c d 27.- a b c d 28.- a b c d 29.- a b c d 30.- a b c d 31.- a b c d 32.- a b c d 33.- a b c d 34.- a b c d 35.- a b c d 36.- a b c d 37.- a b c d 38.- a b c d 39.- a b c d 40.- a b c d 41.- a b c d 42.- a b c d 43.- a b c d


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CONSULTAS REFERENTES AL CONTENIDO DE LOS TEMAS Y METODOLOGA DE SU ESTUDIO RESPUESTAS DEL PROFESOR

EVALUACIN PRUEBA OBJETIVA Aciertos Errores Omisiones TOTAL

PROBLEMAS 1. 5. 2. 6. 3 7. 4. 8. TOTAL

UNIVERSIDAD NACIONALDE EDUCACIN A DISTANCIARotacinRotacinRESPUESTAS DEL PROFESOREVALUACINPRUEBA OBJETIVAPROBLEMAS

ESPECTROSCOPIA MOLECULAR09535 CURSO 2012/2013Nmero de ExpedientePrueba Objetivamecanocunticamente puede justificarse:a) nicamente la transicin 0 ( 1;b) las transiciones 0 ( 1, 0 ( 2, ... a frecuencias mltiplos de (01;c) las transiciones 0 ( 1, 0 ( 2, .... a frecuencias ligeramente inferiores a (01, 2(01, 3(01, ...;d) las transiciones 0 ( 1, 0 ( 2, ... a frecuencias ligeramente mayores a (01, 2(01, 3(01, ...

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