Post on 11-Jul-2015
ESTRUTURA ATÔMICA
BLOG “QUÍMICA GERAL E +”
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Estrutura AtômicaReferencial Bibliográfico
• Mahan, Bruce M. Química: um curso universitário. Bruce M.Mahan, Rollie J. Myers; coordenador Henrique Eisi Toma;tradução de Koiti Araki, Denise de Oliveira Silva, Flávio MassaoMatsumoto. São Paulo: Edgard Blücher, 2003.
• Atkins, Peter. Princípios de química: questionando a vidamoderna e o meio ambiente. Peter Atkins, Loretta Jones;tradução Ricardo Bicca de Alencastro. Porto Alegre:Bookman, 2006.
Estrutura AtômicaReferencial Bibliográfico
• Martins, Jader Benuzzi. A história do átomo - de Demócritoaos quarks. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna, 2001.
TEORIA DA ESTRUTURA ATÔMICA
Descoberta da natureza da matéria e
do elétron
Átomo: núcleo rodeado de elétrons
Equações mecânico-quânticas para explicar o comportamento
dos elétrons nos átomos
Qual a constituição da matéria que compõe o universo?
Antiguidade grega...
Tales de Mileto (640 a.C. – 550 a.C.) Empédocles (490 a.C. – 430 a.C.)
Qual a constituição da matéria que compõe o universo?
HIPÓTESE ATOMÍSTICA
Antiguidade grega...
Atomistas
• Leucipo (500 a.C. - ?)
• Demócrito (472 a.C. – 357 a.C.)
• Constituição do universo: átomos e vácuo
• Matéria: pode ser subdividida em pedaços cada vez menores até atingir um limite – ÁTOMO
• Átomo: do grego, a = não, thomo = divisão
Aristóteles
• Aristóteles (384 a.C. – 322 a.C.)
• Frio, quente, úmido e seco
• Seco + frio = terra
• Seco + quente = fogo
• Úmido + frio = água
• Úmido + quente = ar
• Evidência experimental – queima da madeira
• Prevalência da teoria até XVII
Renascer...
•
Teorias Atômicas
• John Dalton
• Thomson
• Rutherford
• Bohr
• Arnold Sommerfeld
• Erwin Schrödinger
Teorias Atômicas
• John Dalton
• Thomson
• Rutherford
• Bohr
• Arnold Sommerfeld
• Erwin Schrödinger
John Dalton
• 1808
• Átomo: esfera perfeita, rígida e indivisível
Hipótese atômica de Dalton – Postulados:I – Os elementos químicos consistem de discretas partículas de matéria, os átomos, quenão podem ser subdivididos por qualquer processo químico conhecido e preservam assuas individualidades nas reações químicas.
II – Todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos osaspectos, particularmente em peso – diferentes elementos têm átomos diferindo empeso. Cada elemento é caracterizado pelos pesos de seus respectivos átomos.
III – Os compostos químicos são formados pela reunião de átomos de diferenteselementos em proporções numéricas simples, isto é, 1:1, 1:2, 2:1, 2:3 ...
John Dalton
Avogadro
• Volumes iguais de gases, nas mesmas condições físicas (pressãoe temperatura), apresentam o mesmo número de moléculas.
• Número de moléculas existentes em um mol de qualquergás, nas condições normais de pressão e temperatura: NÚMERODE AVOGADRO
A natureza elétrica da matéria
• 1833 – Experimentos de Faraday: eletrólise de compostosquímicos
• A massa da substância decomposta é diretamente proporcional àquantidade de eletricidade que passa através da solução.
• Quando se faz passar a mesma corrente, através de várioseletrólitos dispostos em série, as massas liberadas de cadasubstância são proporcionais ao seus equivalentes químicos.
Pelas leis de Faraday foi estabelecido que o equivalente grama de qualquer elemento é liberado pela passagem de 96490
coulombs de carga elétrica.
Explicação da eletricidade – conceito material e atômico
A natureza elétrica da matéria
• 1874 – G. J. Stoney
• Sugere o nome elétron para a partícula elétrica fundamental
• Até 1897 – sem evidências experimentais claras da existência e das propriedades dos elétrons!
A classificação periódica
• 1869 – D. I. Mendeleev
Teorias Atômicas
• John Dalton
• Thomson
• Rutherford
• Bohr
• Arnold Sommerfeld
• Erwin Schrödinger
Experimentos de Thomson
• 1897
Descargas elétricas em gases – tubo de raios catódicos
• Propriedades dos raios catódicos:• Se propagam em linha reta;
• Podem penetrar pequenas espessuras da matéria;
• Apresentam carga negativa;
• São defletidos por um campo elétrico;
• São defletidos por um campo magnético.
Experimentos de Thomson
• 1897
Descargas elétricas em gases – tubo de raios catódicos
• Conclusão: qualquer matéria continha partículas com carga negativa!!!
• Modelo do “Pudim de Passas”
Contribuições de Millikan
EXPERIMENTO DA GOTA DE ÓLEO
• Provou que todas as cargas elétricas são múltiplos de uma unidade elementar definida: 1,60 x 10-19 C
Teorias Atômicas
• John Dalton
• Thomson
• Rutherford
• Bohr
• Arnold Sommerfeld
• Erwin Schrödinger
O experimento de Rutherford
1911 - Espalhamento de partículas α por folhas de metal
A maioria das partículas α não sofriamdesvio porque “não acertavam o alvo”= átomos deveriam ser altamentedesuniformes com relação àdistribuição de massa e de densidadede carga
RESULTADO = indicação qualitativa da existência do núcleo!
Possibilitou ainda a medida da carga e do tamanho do núcleo
Modelo atômico de Rutherford
• Rutherford sugeriu que:
• Carga positiva do átomo concentrada numa pequena região quefoi denominada de núcleo;
• Elétrons gravitavam ao redor do núcleo por uma atraçãoelétrica, de maneira análoga a um sistema planetário.
Modelo atômico de Rutherford
• Um átomo contendo um núcleo pequeno positivamentecarregado deveria ser instável.
• Se os elétrons estivessem parados, seriam atraídos para onúcleo.
• Se os elétrons estivessem em movimento translacional emvolta do núcleo, segundo uma trajetória circular, as leis deeletromagnetismo prediziam que o átomo deveria emitir luzdissipando energia continuamente, até que todo o movimentodos elétrons cessasse.
NIELS BOHR!!!
Teorias Atômicas
• John Dalton
• Thomson
• Rutherford
• Bohr
• Arnold Sommerfeld
• Erwin Schrödinger
Relembrando...
• Radiação Eletromagnética
• Espectro Eletromagnético
• Difração
Fatos importantes...
• Catástrofe do Ultravioleta
• Planck – Hipótese Quântica
• Einstein – Efeito Fotoelétrico
• Balmer – Espectro do Hidrogênio
Radiação Eletromagnética
“Um feixe de radiação eletromagnética é o produto de campos
elétricos e magnéticos oscilantes que atravessam o
vácuo a 3,00 x 108 m s-1.”
c = velocidade da luzc = 2,998 x 108 m s-1
O campo elétrico afeta partículas carregadas como os elétrons!
O campo elétrico de uma radiação eletromagnética oscila no tempo e
no espaço!
Frequência da radiação (ν) = número de ciclos por segundo
Unidade de frequência = 1 hertz (1 Hz)1 Hz = 1 s-1
A radiação eletromagnética de frequência 1 Hz empurra uma
carga em uma direção, a seguir na direção oposta e retorna à direção original uma vez a cada segundo.
Comprimento de onda (λ) é a distância entre dois máximos sucessivos
Amplitude é a altura da onda em relação a linha central. O quadrado da amplitude fornece a intensidade da radiação.
Frequência da radiação (ν) é o número de ciclos por segundo
Espectro Eletromagnético
Espectro Eletromagnético
RELAÇÃO ENTRE COMPRIMENTO DE ONDA E FREQUÊNCIA
c = λν
Comprimento de onda vezes a frequência é igual a velocidade da luz!
Determine o comprimento de onda da luz verde, de
frequência 5,75 x 1014
Hz.
c = 2,998 x 108 m s-1
Difração
• Radiação eletromagnética comportando-se como onda:
Catástrofe do ultravioleta
PLANCK - 1900
Hipótese quântica de Planck
• 1900 - Propõe que um sistema possui quantidades discretas, ou quanta, de energia – oscilação dos átomos quentes do corpo negro
frequência do oscilador
Constante de Planck
h=6,626x10-34 J s
O efeito fotoelétrico Albert Einstein
• Nenhum elétron era emitido a menos que a frequência da luz fosse maior que um determinado valor crítico ν0.
• A energia cinética dos elétrons emitidos aumentava concomitantemente com o aumento da frequência da onda eletromagnética
• O aumento da intensidade da luz incidente não alterava a energia dos elétrons ejetados, mas aumentava o número de elétrons emitidos por unidade de tempo
O efeito fotoelétrico Albert Einstein
A luz é onda ou partícula???
•
Quando a luz de comprimento de onda de 4500 Å incide numa superfície limpa de sódio metálico, são expelidos elétrons cuja energia máxima é 2,1 eV ou 3,36 x 10-12 erg. Qual será o comprimento de onda máximo da luz que expele elétrons do sódio metálico? Qual a energia de ligação de um elétron a um cristal de sódio?
Uma lâmpada produz 4,5 x 102 J de energia por meio de uma luz cujo comprimento de onda é de 434 nm. Quantos fótons são emitidos?
Johann Balmer – Espectro do Hidrogênio
• 1885 – série de frequências emitidas pelo átomo de hidrogênio
Espectro do Hidrogênio
• 1885 – série de frequências emitidas pelo átomo de hidrogênio:
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Átomo de Bohr
• No átomo, somente é permitido ao elétron estar em certos estados estacionários, sendo que cada um deles possui uma energia fixa e definida.
• Quando um átomo estiver em um destes estados, ele não pode emitir luz. No entanto, quando o átomo passar de um estado de alta energia para um estado de menor energia há emissão de um quantum de radiação, cuja energia hν é igual à diferença de energia entre os dois estados.
• Se o átomo estiver em qualquer um dos estados estacionários, o elétron se movimenta descrevendo uma órbita circular em volta do núcleo.
• Os estados eletrônicos permitidos são aqueles nos quais o momento angular do elétron é quantizado em múltiplos de h/2π.
Cálculo das energias dos estados permitidos de um átomo:
• Para que o elétron se mantenha estável em sua órbita
Átomo de Bohr
Cálculo das energias dos estados permitidos de um átomo:
• Bohr postulou que o momento angular, mvr, é
Átomo de Bohr
• Combinando equações e rearranjando:
Cálculo das energias dos estados permitidos de um átomo:
• Definindo o raio de Bohr:
Átomo de Bohr
Cálculo das energias dos estados permitidos de um átomo:
• Energia total do elétron
Átomo de Bohr
Cálculo das energias dos estados permitidos de um átomo:
• Transição com emissão
Átomo de Bohr
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Calcule o comprimento de onda da linha de emissão para a transição de n=2 para n=1 do átomo de H.
Teorias Atômicas
• John Dalton
• Thomson
• Rutherford
• Bohr
• Arnold Sommerfeld
• Erwin Schrödinger