estado solido

1. 1
I. Para los siguientes problemas y preguntas seleccione y marque con una "X" la respuesta correcta.
1. Las energías de interacción entre las moléculas se consideran fundamentalmente de naturaleza:
a) eléctrica, b) magnética, c) eléctrica y gravitatoria, d) magnética y gravitatoria, e) eléctrica y magnética, f) gravitatoria.
2. Analizando las fuerzas entre moléculas con respecto a la distancia entre moléculas se puede afirmar que:
a) la fuerza de atracción y repulsión aumentan si aumenta la distancia entre moléculas.
b) Si la distancia entre moléculas aumenta la fuerza de atracción aumenta y la de repulsión disminuye,
c) Si la distancia aumenta, la fuerza de atracción y repulsión disminuye.
d) Si la distancia aumenta la fuerza de atracción disminuye y la fuerza de repulsión aumenta,
3. Partiendo que en la molécula de NaCl la energía potencial de atracción de los iones de Na
+
y Cl
-
es igual a la de dos partículas con
cargas QNa = 1.6 x10
-19
C y y QCl = -1.6 x10
-19
C, respectivamente, separadas ro, la cual en estado gaseoso vale ro = 2.5x10
-10
m, el
trabajo para separar los iones es:
a) - 5.75 J b) 9.2 x10
-19
J c) 3.7 x10
-9
J d) -10
-28
J
4. Según Rutherford, para el Hidrógeno en el estado base, el electrón se mueve en una órbita alrededor del núcleo, con una energía cinética de
22x10
-19
J y una energía potencial eléctrica de -44x10
-19
. Si al aplicar una fuerza externa se pasa el electrón a otra órbita, el trabajo total
realizado es -16.5x10
-19
J y el trabajo hecho por la fuerza eléctrica es -33x10
-19
J. La energía cinética final y la energía potencial final del el
electrón en la órbita final valen respectivamente:
a) 16.5x10
-19
J ; 11x10
-19
J b) -22x10
-19
J; -16.5x10
-19
J c) -5.5x10
-19
J ; 22x10
-19
J d) 5.5x10
-19
J ; -11x10
-19
J
ESTADOS DE LA MATERIA.
5. ¿ En qué difiere el movimiento térmico, la energía cinética y la energía de interacción de las moléculas entre los gases, líquidos y
sólidos ?. ¿ A partir de lo anterior de qué depende el movimiento molecular en gases, líquidos y sólidos y cómo se explica la diferencia en estos
tres casos ?
6. Para las siguientes ecuaciones indique que tipo de interacción representa: fuerza de enlace iónico o covalente o de van der Waals,
energía de enlace iónico o covalente o de van der Waals..
(a) 2
0
2
r4
q

(b)
r4
q
0
2

(c) 2
0
21
2
0
21
2
0
21
r4
q.q
)dr(4
q.q
)dr(4
q.q





(d)
r4
q.q
)dr(4
q.q
)dr(4
q.q
0
21
0
21
0
21





 (e)













).(
´4
).(3
.
´4
.
125
120
122
13
120
21
rr
rr
rrp
p
rr
pp 






II. RESPONDA Y JUSTIFIQUE
7. Dos moléculas de Na+ Cl- , estan separadas una distancia de 2 nm. Cada molécula forma un dipolo de cargas +e y -e separadas una
distancia de 0.3 nm. Si las moléculas se atraen: - Cómo será la orientación entre ellas y cuanto vale la fuerza y energía de interacción
entre ellas a estas distancias?
8. Cual es la diferencia entre cuerpos cristalinos, policristalino y amorfos?. Cómo se explica la isotropía y anisotropía macroscópica en estos
casos?
9. De algunos ejemplos de cuerpos monocristalinos. policristalinos y amorfos.
10. Diga con ejemplos cómo afectan las propiedades macroscópicas mecánicas, eléctricas y ópticas las estructuras del punto 8?.
FIGURA 1. (S) (T) (U) (V) (W)
EJERCICIOS. De acuerdo a las celdas de la figura 1, llene los espacios de las siguientes expresiones.
C. Simple _____________
C. Cúbica centrada cuerpo _______
C. Cúbica centrada cara _______
C. hexagonal compacta _______
1 átomo/celda _______
3 átomo/celda _______
4 átomo/celda _______
8 átomo/celda _______
f. empaqueta. 0,34 _______
f. empaqueta. 0,52 _______
f. empaqueta. 0,68 _______
f. empaqueta. 0,74 _______
Diamante _________
Cloruro de sodio_______

2. 2
III. PROBLEMAS
PROBLEMA 1. Un tanque de gas de Nitrógeno diatómico, N2, de 0.1 m
3
, a temperatura T= 300 K y presión de P=2x10
5
Pa, se enfría a 270
K a masa constante. (a) Hallar el cambio de energía interna. (b) Si el gas se pasa a monoatómico, cuanta energía es necesaria para
hacerlo.
PROBLEMA 2. Un tanque de gas de argón monoatómico, Ar, de 0.5 m
3
, a temperatura T= 300 K y presión de P=10
5
Pa, se enfría a 270°K
a masa constante. (a) Hallar el cambio de energía interna. (b) Si el gas se pasa a líquido, cuanta energía es necesaria para hacerlo.
PROBLEMA 3. Una molécula de NaCl se comporta como un dipolo ipp ˆ0

en la posición (0, x0). Un ión de sodio con carga “e” está
localizado en el origen de coordenadas. Hallar: (a) la expresión para la energía del dipolo; (b) la expresión para la fuerza sobre el dipolo debido
al ión. Si p0 = 4x10
-29
C-m, y0= 4 nm, (c) calcular la energía y la fuerza.
PROBLEMA 4. Una molécula de H2O se comporta como un dipolo jˆpiˆpp y0x01 

en la posición (0, x0). Una molécula de NaCl, como dipolo
iˆpp 02 

está localizado en el origen de coordenadas. Hallar : (a) la expresión para la energía del dipolo; (b) la expresión para la fuerza sobre el
dipolo debido al ión. Si p0 = 4x10
-29
C-m, y0= 4 nm, (c) calcular la energía.
PROBELMA 5. Para la distribución de la figura 2, escoja la estadística y las unidades de energía correspondientes y calcule: (A) La
probabilidad para la energía con valor “0,04”; a las temperaturas de 400 K y 600 K.(B) La energía media.
EXPRESIONES REFERENCIA: Constantes: c = 3x10^8 (m/s); k = 1,38 x 10^-23 (J/K); me = 9x10^-31 Kg; e = 1,6 x10^-19 C; (1/4)
= 9 x 10^9 (V.m/C); 0 = 8,85x10^-12 F/m; 0 = 4 x 10^-7 (T.m/A); 1 uma=1,7x10^-27 Kg
(1) kT
2
3
(2) Ep


(3)
r
e
0
2
4

(4) 





2
3
4 0
2
r
q

(5) r
r
e
ˆ
4 2
0
2


(6) r
r
q
ˆ
4
7
4 2
0
2







(7)
'4 0
2
rr
q


(8) 3
0
2
'4
)'(
rr
rrq





(9) 3
0 '4
)'(
rr
rrp





(10) 3
0 '4
)'(
rr
rrp
q 




(11)
 
1
1

 
kT
EfE
e
Ef
(12)  
1
 
kT
E
i
e
g
Ef 
(13)
celdaVol
atomVolatom
.
.# 
(14)
celdaVol
atomMasaatom
.
.# 
(21)  
 
kT
E
eE
kT
N
Ef

 2/1
2/3
2


(22) )'(
'4
)'(3
'4
5
0
3
0
rr
rr
rrp
rr
p 











(23) kEpjEpiEp zyx
ˆ)(ˆ)(ˆ)( 

(24) )'(
'4
)'(3
'4
5
0
3
0
rr
rr
rrp
q
rr
p
q












(25) 15
0
3
0
1
)'(
'4
)'(3
'4
prr
rr
rrp
rr
pp 











IV. PREGUNTAS. Para las siguientes cantidades y leyes físicas, asigne el número de la expresión referencia
correspondiente.
CANTIDAD o LEY FÍSICA
Fuerza monopolo dipolo
Fuerza enlace van der Waals
Fuerza enlace iónico
Fuerza enlace covalente
Distribución Maxwell Boltzmann
Distribución Fermi Dirac
Distribución Bose Einstein
Energía monopolo dipolo
Energía enlace van der Waals
Energía enlace iónico
Energía enlace covalente
Energía dipolo dipolo
Energía cinética gas molecular
Energía cinética gas electrones
Densidad por celda

3. 3
0
2E+19
4E+19
6E+19
8E+19
1E+20
1,2E+20
1,4E+20
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10
T1
T2
T3
FIGURA 2