1

QUMICA INORGNICAQB72F

2015 DABQI - 1o Semestre Professora Responsvel: Renata Danielle Adati

ESTRUTURA ATMICA

2

Motivao

Evoluo dos tomos Composio interna;

Facilitar a organizao da distribuio eletrnica ao redor do ncleo;

Estabelecer algumas propriedades peridicas em

funo da distribuio eletrnica;

3

Objetivos

Evoluo do modelo atmico partculas subatmicas; Espectros eletromagnticos;

Mecnica clssica x Mecnica Quntica;

Dualidade onda partcula;

Nmeros Qunticos;

tomo de hidrognio / Diagramas de energia ;

4

Resgate de outras aulas Origem do Universo - Big Bang

5

Fuso termonuclear o processo no qual dois ou mais ncleos atmicos se juntam e formam um outro ncleo de maior Z.

nas Estrelas ...

Requer muita energia; Libera muito mais energia que consome;

Resgate de outras aulas

6

Evoluo atmica Descrio da estrutura atmica

7

Dalton

Matria constituda pequenas partculas;

tomos so indestrutveis e imutveis;

Elementos so caracterizados pela massa de seus tomos, em reaes estes se combinam em razes simples de nmeros inteiros;

1766 - 1844

8

Partculas subatmicas - Eltron

J. J. Thomson

O desvio do raio catdico de uma linha reta usando campo eltrico e magntico permitiram que Thomson calculasse o valor e/m.

9

O tomo de Thomson

Thomsom foi capaz de medir a razo entre a carga do

eltrons e sua massa

Modelo de Thomson tem partculas negativas (eltrons e uma esfera de carga positiva). No h prtons neste modelo!

Este modelo ser de influncia at Ernest Rutherford anunciar o modelo nuclear do tomo em 1911.

10

Gota de leo Carga do eltron

Robert Millikan (fsico americano)

(1868-1953)

Determinao da carga do eltron Carga do eltron (1910)

1,602 x 10-19 C

11

A descoberta do ncleo

12

Partculas subatmicas Nutrons

Neutrons Avanos tecnolgicos Espectrmetros de massas.

James Chadwick (1891- 1974)

Quantos istopos? Quais as massas? Quais as porcentargens? Porcentagem isotpica Espectro de massas

13

Caractersticas das partculas subatmicas 14

Nmero atmico, Z Nmero de massa, A Istopos;

Consideraes importantes

O modelo planetrio

Os eltrons estariam em rbita do ncleo como num sistema solar. Para o Hidrognio teramos: Fora centrfuga = fora de atrao

m = massa do eltron v = velocidade e = carga r = raio da rbita Energia total = Energia cintica + Energia potencial:

E = mev2 e2/r = -e2/2r Problemas:

E e r podem ter qualquer valor Partculas carregadas aceleradas perdem energia emitindo radiao

Assim o tomo colapsaria!

15

Modelo de Bohr

1913 Teoria bem sucedida da estrutura atmica

Niels Bohr (1885-1957) Nobel Fsica 1922

Modelo planetrio

h a constante de Planck (6,626 x 10-34 J s)

Energia Quantizada = Max Planck Quantum de energia

E = h

16

Modelo de Bohr

Representao do Modelo de Bohr

17

Espectros de linhas e o modelo de Bohr

Espectros de linhas Radiao monocromtica / contnua Luz branca

18

John J. Balmer 1825-1898

MRD

Balmer: descobriu que as linhas no espectro de linhas visveis do hidrognio se encaixam em uma simples equao.

Mais tarde, Rydberg generalizou a equao de Balmer para:

onde RH a constante de Rydberg (1,096776 x 107 m-1), h a constante de Planck (6,626 x 10-34 Js), n1 e n2 so nmeros inteiros (n2 > n1).

= 2221111nnh

RH

BROWN,LeMAY,BURSTEN,2005

Espectros de linhas

Espectros dos tomos 19

Outras raias 20

Srie de rais no espectro do hidrognio

Modelo Bohr - Sommerfeld

Mas e quando se considera um tomo situado em um campo magntico?

Pressupe-se 2 nmeros qunticos: Nmero quntico principal n /

que caracteriza o nvel energtico Nmero quntico secundrio l /

que descreve a conformao da rbita Orientao de rbitas no espao? Sem referncia no se define orientao?

21

Espectro de emisso do H atmico em alta resoluo

Nmero quntico de spin 22

Modelo semi-clssico

Modelo Vetorial do tomo

Desdobramento de raias (linhas) espectrais Efeito Zeeman Sob efeito de campo magntico Efeito Stark sob efeito de campo eltrico

Nmeros qunticos

n = nmero quntico principal; pode assimuir os valores 1, 2, 3, ,

l = nmero quntico secundrio; pode assumir os valores 0, 1, 2 , (n-1)

ml = nmero quntico magntico; pode assumir os valores +l, + (l-1),0.,-l

ms = nmero quntico de spin; pode assumir os valores +1/2 e -1/2

23

Coroado com xito para prever aspectos gerais do espectro de hidrognio atmico;

tomos hidrognionicos;

24

Espectros mais complicados

Propriedades ondulatrias

Partcula x Onda

Partcula - Apresenta unidade discreta

de massa;

- Podemos prev-la pelo momento, P = m.v

- Apresenta energia cintica mv2/2

Onda - Variao peridica de alguma

quantidade em funo do tempo ou posio;

- Interferncias construtivas (somam),

- Destrutivas (cancelam);

- Ondas so vibraes do campo eltrico e magntico;

25

Natureza Ondulatria 26

Fatos que desafiavam a interpretao da fsica final sec. XIX

I) Efeito fotoeltrico; II) Radiao do corpo negro;

II.1) Catstrofe do UV-Vis

Figure 7.7 When a metal is illuminated with light, electrons are ejected, provided the frequency is above a threshold frequency that is characteristic of the metal. Radiation with a lower frequency will not cause electrons to be ejected, no matter how intense it is.

Efeito FotoeltricoMetal

Fonte de Luz

Superfcie Metlica

Eltrons

JONES & ATKINS, 1997

27

III. Experimento de Difrao

As ondas podem ser distorcidas por obstculos em seu caminho.

Efeito est relacionado com o

Quanto menor maior o efeito Partculas (clssicas) no sofrem o efeito da difrao

28

Dualidade Onda partcula

Louis de Broglie

Evidncias que levaram a modificao do Teoria Quntica Clssica :

a) Dualidade Partcula-Onda

b) Princpio da Incerteza

= h/mv

29

a) Dualidade Onda partcula

Em 1924, Louis de Broglie fez a seguinte considerao: Se a luz (em certas circunstncias) tem o comportamento de uma partcula, talvez a matria tenha propriedades de ondas!

30

b) Princpio da Incerteza

No possvel determinar simultaneamente a posio e momento exatos de uma partcula.

31

Heisenberg Nobel 1932

Mecnica ondulatria e o tomo de Bohr

(a) (b)

32

Modelo quntico

Como determinar a probabilidade de encontrar 1 eltron em uma posio particular ou em um volume particular? Heisenberg Schrodinger

Matrizes Equaes diferenciais (1927) (1926)

Mecnica Quntica de Ondas

33

Equao de Schrodinger Solues aceitveis Fisicamente possveis

34

Erwin Schrdinger (1887-1961)

Funo de distribuio angular 35

Funo de distribuio angular 36

Funo de distribuio angular 37

Funo de distribuio radial 38

39

Funo de distribuio radial

tomo multieletrnico 40 Blindagem da carga nuclear

O Efeito tatal das cargas do tomo sobre um eltron a uma certa distncia do ncleo considerado como:

Funo de distribuio radial 41

Diagrama dos nveis de energia 42

Nmeros qunticos 43 Camadas subcamadas orbitais

Estruturas eletrnicas - Multieletrnicos

44

Preenchimento de orbitais

Princpio de Aufbau Princpio de excluso de Pauli Em um tomo dois eltrons no podem ter todos os nmeros qunticos iguais. Regra de Hund Quando mais de um orbtial tem a mesma energia, os eltrons ocupam orbitais separados, com spins paralelo.

45

O nenio tem o subnvel 2p completo. O sdio marca o incio de um novo perodo. Logo, escrevemos a configurao eletrnica condensada para o

sdio como Na: [Ne] 3s1

[Ne] representa a configurao eletrnica do nenio. Eltrons mais internos: os eltrons no [Gs Nobre]. Eltrons de valncia: os eltrons fora do [Gs Nobre].

Configurao eletrnica - Condensada

47

Clculo da carga nuclear efetiva

48

Clculo da carga nuclear efetiva

49

Clculo da carga nuclear efetiva

EXEMPLOS 50

N (Z = 7)

Cl (Z = 17)

Ca (Z = 20)

Zn (Z = 30)

Ao final deste assunto

- Principais experimentos que nos conduziram viso atual do modelo atmico.

- Constituio dos tomos (estrutura interna).

- Distribuio eletrnica segundo os princpios de preenchimento.

51