UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA NOMBRE... APELLIDOS... CALLE... POBLACIÓN... PROVINCIA... C.P.... ESPECTROSCOPIA MOLECULAR PRUEBA DE EVALUACIÓN A DISTANCIA

2 Prueba Objetiva 1.- De las siguientes moléculas: H 2, N 2, H 2 O, NH 3, CO 2, CHCl 3, C 6 H 6 (benceno), las únicas que dan origen a un espectro de rotación pura en la región de microondas o de infrarrojo lejano son: a) NH 3, CO 2 y CHCl 3 b) H 2 O, NH 3 y CHCl 3 c) H 2 O, NH 3, CO 2, CHCl 3 y C 6 H 6 d) todas ellas 2.- De las siguientes moléculas: H 2, N 2, HCl, CO, CO 2, CH 4 y C 6 H 6 (benceno), las únicas que pueden dar espectro Raman de rotación pura son: a) H 2, N 2 y C 6 H 6 b) H 2, N 2 y CO 2 c) todas ellas d) H 2, N 2, HCl, CO, CO 2 y C 6 H De las siguientes moléculas: Cl 2, O 2, CO, CO 2, CH 4 y CH 3 Cl, las únicas que pueden dar espectro de rotación pura en la región de infrarrojo o de microondas son: a) CO, CO 2 y CH 3 Cl b) CO, CO 2, CH 4 y CH 3 Cl c) CO, CH 4 y CH 3 Cl d) CO y CH 3 Cl 4.- La transición J=2 J=3 del espectro de rotación pura del HF se ha medido en el espectro infrarrojo lejano a 123,2 cm 1. La misma transición, para la molécula de 2 HF, se debe esperar a una frecuencia (en cm 1 ) aproximadamente de: a) 59 b) 62 c) 65 d) La separación entre las sucesivas líneas del espectro de rotación pura de la molécula de HF es de unos 42 cm 1. La correspondiente separación en el espectro del 2 HF debe ser (en cm 1 ): a) 19 b) 22 c) 25 d) La transición J=3 J=4 del espectro de rotación pura del HCl se ha medido en el espectro infrarrojo lejano a 83,03 cm 1. La misma transición, para la molécula de 2 HCl, se debe encontrar a una frecuencia (en cm 1 ) de: a) 42,7 1

3 b) 20,9 c) 41,5 d) 40, Considerando el modelo de rotor rígido (para un determinado nivel de vibración) la separación entre niveles sucesivos de rotación: a) aumenta linealmente con el número J b) disminuye linealmente con el número J c) es constante d) es función de J El espectro de microondas de una molécula trompo simétrica: a) permite calcular los valores de todos los momentos de inercia de la molécula b) proporciona sólo un valor, que corresponde a los dos momentos de inercia iguales c) proporciona sólo el valor del momento de inercia diferente d) permite calcular la orientación de los ejes del elipsoide de polarizabilidades. 9.- La separación entre líneas consecutivas en el espectro de rotación pura del OCS es de 12,1623 MHz. Para una temperatura de 300 K la transición a la que corresponde la máxima intensidad será: a) 4 5 b) 7 8 c) d) El valor de la constante de rotación para las moléculas lineales con centro de simetría: a) crece a medida que aumenta la amplitud de la vibración b) disminuye a medida que aumenta la amplitud de la radiación c) es cero por ser moléculas que no poseen momento dipolar d) no pueden calcularse puesto que no dan ningún tipo de espectro de rotación Para la molécula de fluoruro de hidrógeno la distancia internuclear, r 0, determinada a partir de su espectro de rotación en el infrarrojo lejano, es de 0,9257 Å. En la molécula de fluoruro de deuterio, dicha distancia r 0 (en Å) debe ser: a) 0,452 b) 0,463 c) 0,923 d) 0, La anarmonicidad de las vibraciones de una molécula diatómica es consecuencia de: a) la existencia de una energía residual b) la función potencial, que es del tipo V= ½ kx 2 c) la función potencial, que es del tipo V= ½ kx 2 + (1/3!) k x d) no existe anarmonicidad Cuando el potencial a que se encuentran sometidos los átomos que forman una molécula 2

4 diatómica es el llamado potencial de Morse: V= D 0 (1 e βx ) 2, solamente puede explicarse la aparición de: a) la banda correspondiente a la frecuencia fundamental de vibración b) la banda fundamental y el primer sobretono c) la banda fundamental y sobretonos a 2 01, 3 01,... d) la banda fundamental y sobretonos a <2 01, <3 01, Cuando el potencial a que se encuentran sometidos los átomos que forman una molécula diatómica es del tipo: V q V q q 2 dv d V 2 ( ) q dq dq q 0 q 0, mecanocuánticamente puede justificarse: a) únicamente la transición 0 1 b) las transiciones 0 1, 0 2,... a frecuencias múltiplos 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, Los elementos de simétrica del grupo puntual C 2 son: a) C 2, 2σ v b) C 2, 2σ v, i c) C 2, 2σ v, σ h, i d) σ Si se analiza la estructura de rotación de la banda fundamental de vibración y de varios sobretonos en el espectro infrarrojo de una molécula diatómica heteronuclear, se puede calcular: a) solamente B 0 b) ω e y B 0 c) ω e, B 0, B 1,... d) ω e, ω e e, B 0, B 1, B e La estructura fina de la rama Q comprende varias líneas, tales que: a) J varía en ±2 unidades b) J varía en ±1 unidad c) su frecuencia es inferior a la fundamental d) su frecuencia es superior a la fundamental 18.- Si se supone que los movimientos de vibración y rotación molecular son totalmente independientes, el espectro de vibración rotación de una molécula diatómica homonuclear constará de tres ramas, en las que a) en dos, las líneas de rotación son equidistantes b) en una de ellas las líneas convergen y en otra de ellas divergen c) no existe estructura de rotación d) en dos de ellas las líneas de rotación convergen 3

5 19.- La convergencia de las ramas R y S, y la divergencia de las ramas P y Q, se debe a que las constantes de rotación: a) aumentan con v b) disminuyen con v c) dependen linealmente de J d) no varían en realidad 20.- La vibración de tensión de enlaces totalmente simétrica (A 1 ) de la molécula NH 3 dará lugar a una banda en los espectros: a) IR y Raman b) IR c) Raman d) microondas La vibración de tensión de enlaces totalmente simétrica de la molécula de benceno dará lugar a una banda intensa en el espectro: a) IR b) microondas c) Raman d) visible UV Una vibración antisimétrica de una molécula con centro de simetría será activa en: a) IR y Raman b) IR c) Raman d) no es activa ni en IR ni en Raman La transición que de lugar a una banda fundamental en el espectro infrarrojo de una molécula poliatómica puede darse como: a) G(0,0,...) G(0,1,0,...) b) G(0,0,...) G(1,1,0,...) c) G(0,0,...) G(0,2,0,...) d) G(0,1,0,...) G(0,2,0,...) En la ecuación (H el +V NN ) ψ el = Uψ el, U representa: a) la energía electrónica b) la energía de disociación c) la energía electrónica mas la energía de repulsión nuclear d) la energía de repulsión nuclear En la ecuación (H el +V NN ) ψ el = Uψ el, V NN representa: a) la energía cinética de la molécula b) la energía de repulsión internuclear c) la energía de atracción electrón núcleo d) la energía de disociación de la molécula. 4

6 26.- La energía electrónica de una molécula diatómica: a) es totalmente independiente de la disposición de los núcleos b) contiene un término que depende de la distancia internuclear c) es igual a D e d) es igual a D Las reglas de selección para las transiciones de vibración de un estado electrónico son: a) Δv = 0 b) Δv = ±1 c) Δv = 0, ± 1 d) Δv = cualquier valor Según el principio de Frank Condon: a) a temperatura ambiente la mayoría de las moléculas están en el primer estado de vibración del estado electrónico más bajo b) la mayor velocidad del movimiento nuclear o de vibración comparado con el electrónico produce que la distancia de enlace no cambie apreciablemente durante la excitación c) para un cierto estado de vibración, durante el tránsito electrónico, los núcleos no cambian su posición o su momento d) los diagramas de curvas de energía potencial estarán formados por líneas verticales Si en la progresión v 0 de una transición electrónica de una molécula diatómica el máximo de intensidad aparece en la banda 4 0, se puede deducir que: a) no se cumple el principio de Frank Condon b) la distancia de enlace en el estado excitado es igual a la del estado fundamental c) la energía de disociación de la molécula es mayor de 40 Kcal/mol d) la distancia de enlace en el estado excitado es algo mayor que la del estado fundamental La distancia internuclear de equilibrio de la molécula de I 2 en su estado electrónico fundamental es r e = 2,666 Å. Si en el espectro electrónico de absorción del I 2 aparece una banda electrónica en la que el máximo de intensidad corresponde al continuo, debe tratarse de una transición a un estado electrónico excitado para el que r e es: a) igual a 2,666 Å b) menor que 2,666 Å c) mucho mayor que 2,666 Å d) mayor que 2,666 Å Los términos electrónicos con Λ > 0 son doblemente degenerados. Esta degeneración se elimina por interacción de los movimientos electrónico y rotacional, dando lugar al denominado desdoblamiento tipo Λ. Supuesta la existencia de desdoblamiento tipo Λ, el estado electrónico 3 Δ se desdoblará en los siguientes subniveles (considerar caso a de acoplamiento de Hund): a) 3 b) 4 c) 5 5

7 d) En la descripción de átomos unidos para una molécula diatómica un electrón 3d da lugar a los siguientes estados electrónicos: a) 2 Σ, 2 Π, 2 Δ b) 1 Σ, 1 Δ c) 2 Δ d) 1 Δ La configuración electrónica del primer estado excitado de la molécula de H 2 O es: (1a 1 ) 2 (2a 1 ) 2 (1b 2 ) 2 (3a 1 ) 2 (2a 1 ) 2 (1b 2 ) (4a 1 ). Esta configuración dará lugar a los estados electrónicos: a) 3 A 1, 1 A 1 b) 3 B 1, 1 B 1 c) 3 A 1, 1 A 1, 3 B 1 y 1 B 1 d) 3 A 2, 1 A El espectro ultravioleta de la acetona, presenta dos bandas principales con máximos a Å (muy intensa) y Å (muy débil). Estas bandas pueden asignarse, respectivamente, a las transiciones: a) π π* y n π* b) π π* y n σ* c) σ σ* y π π* d) n σ* y n π* 35.- Las relaciones giromagnéticas γ para el 1 H y 19 F valen, respectivamente (en rad / s gauss) y Para un campo exterior de gauss, ambos núcleos resonarán, respectivamente (en MHz) a: a) 120 y 60 b) 60 y 32 c) 60 y 56,4 d) 120 y Para el 1 H el factor nuclear g n vale 5,585. Sabiendo que β n = 5, erg gauss 1, se puede calcular, para la relación giromagnética γ del 1 H un valor (en cps/gauss) de: a) b) c) d) El factor g n nuclear para el protón 1 H vale 5,585 y para el 13 C tiene el valor 1,396. La frecuencia de resonancia para ambos núcleos sometidos a un campo de gauss será, respectivamente, de (en Mc/s): a) 60 y 15 b) 120 y 30 c) 30 y 120 d) 240 y 60 6

8 38.- Para un aparato de RMN protónica que trabaje a frecuencia constante, el campo a que resuenan los protones del grupo H 3 C CO R: a) es independiente del valor de dicha frecuencia b) es tanto mayor cuanto mayor sea la frecuencia de trabajo c) es tanto menor cuanto mayor sea aquella d) depende, exclusivamente, del apantallamiento de los protones del grupo metilo En el espectro de RMN protónica del CH 3 CHBr CH 3, la señal correspondiente al protón > CHBr aparece como: a) singlete b) cuartete c) septete d) quintete 40.- En el espectro de RMN protónica del CH 3 CO CH 3 aparece una única señal a = 2,1 ppm. Las señales correspondientes a los protones de los grupos metilo de la molécula CH 3 CH 2 CO CH 3, aparecerá (en la escala ) a: a) 2,1 b) 2,2 c) 3 d) 1,9 7

9 Problemas 1. En el espectro Raman de rotación pura del HBr gaseoso, excitado con la línea a Å de un laser de He Ne se han medido las siguientes líneas consecutivas (λ en Å): 6.375,73; 6.389,50; 6.403,33 y 6.417,22. Asignar las líneas a los correspondientes tránsitos rotacionales y calcular el momento de inercia de la molécula. 8

10 2.- En el espectro Raman de la molécula del Cl 2 líquido se observa una única línea cuyo desplazamiento, respecto a la línea excitatriz, es de 556 cm 1. Calcúlese la frecuencia de la vibración fundamental de la molécula de cloro (expresada en s 1 ) y la constante de fuerza del enlace Cl Cl, supuesta válida la ecuación del oscilador armónico. 9

11 3. Para la molécula CNH las distancias internucleares, r o, son: C H = 1,064 Å y C N = 1,15 Å. Calcúlese la frecuencia (en Mhz) de la primera línea de rotación de su espectro de microondas (supuesta rígida la molécula). 10

12 4. En el espectro Raman de rotación del hidrógeno gaseoso se han medido, entre otras, las siguientes líneas Stokes consecutivas (desplazamientos en cm 1 ): 814;1033 y A partir de estos datos: a) deducir las transiciones que han originado dichas líneas; b) calcular la distancia internuclear de la molécula de H 2, supuesta rígida; c) indicar cómo se podría mejorar el cálculo anterior, teniendo en cuenta la no rigidez de la molécula y calcular, en este caso, los valores de las constantes rotacionales B y D. 11

13 5. La constante de fuerza de la molécula de F 2 vale 4, dinas/cm. Calcular la longitud de onda, en Å, de la línea Stokes del espectro Raman de vibración del F 2 cuando se excita con la línea a 4.358,25 Å del mercurio. 12

14 6. En el espectro de vibración infrarrojo y Raman de una molécula triatómica se han encontrado las siguientes bandas (cm 1 ) actividad estado intensidad características 397 IR gas F PQR 656 R líquido F polarizada 796 R líquido D polarizada 878 IR gas md contorno no definido 1523 IR gas F PR 2184 IR gas D PR Discutir la interpretación de estos datos en relación con la simetría, linealidad, características, de la molécula 13

15 7. En el espectro de vibración de una molécula triatómica del tipo AB 2 se han encontrado las siguientes bandas: (cm 1 ) IR Raman mf D M F mf, p mf md M Deducir la estructura de la molécula y realizar la asignación razonada de las bandas a las vibraciones normales de la misma. 14

16 8. El estado electrónico fundamental de la molécula de NO es 2. Deducir los valores de los números cuánticos, y. 15

17 9. En el espectro electrónico de la molécula de sodio aparece un sistema de bandas en el verde, en el que se ha medido la banda 0 0 a cm 1. Por otra parte se sabe que la energía de disociación del estado del estado excitado correspondiente es de 8,06 Kcal/mol, siendo los productos de disociación un átomo normal (estado 3 2 S 1/2 ) y otro excitado (estado 3 2 P 1/2 ). Teniendo en cuenta que las líneas del doblete amarillo del sodio (3 2 S 3 2 P) aparecen a y Å, calcular la energía de disociación en Kcal/mol, de la molécula de sodio en su estado fundamental. 16

18 10. Suponiendo que las señales correspondientes a los diversos tipos de 1 H apareciesen en el espectro de 1 H RMN en un intervalo de 10 ppm, qué barrido habría que hacer en campo para conseguir la resonancia de todos ellos? (se trabaja a 60 Mc s 1 y γ = ,9 rad s 1 gauss 1. 17

19 11.- Dibujar con cuidado el espectro de RMN protónica del p dietoxibenceno y de la p metoxianilina. )En que estriba la principal diferencia entre ambos espectros?. 18

20 12.- Dibujar el espectro de RMN protónica del benzoato de isopropilo (C 6 H 5 COO CH(CH 3 ) 2 ), fijando la atención principalmente en la señal correspondiente a los protones aromáticos. 19