ea01 alunos

1

SQMSQM--405: 405: QuQuíímicamica GeralGeral e e TecnolTecnolóógicagica

EstruturaEstrutura AtômicaAtômica

EdnilsomEdnilsom OrestesOrestes

2

Objetivos e Programa

Fornecer fundamentos básicos científicos e tecnológicos de Química Geral e Experimental, visando aplicações na Engenharia.

Estrutura atômica e propriedade dos elementos.

3

EstruturaEstrutura atômicaatômica no no contextocontextodada QuQuíímicamica..

⇨ Estrutura atômica⇨ Configuração eletrônica⇨ Propriedades elementos⇨ Ligações químicas⇨ Propriedades materiais; composição molecular

submicroscópico ............ macroscópico.10-10.................................1020

próton...........................universo

FORMULÁRIO

Massa do elétron: me = 9,1091 x 10-28 g; Massa do próton: mp = 1,6725 x 10-24 g;

Massa do neutron: mn = 1,6748 x 10-24 g; Carga do elétron: qe = -4,8030 x 10-10 u.e.s.

Velocidade da luz: c = 3,0 x 1010 cm/s;

Unidades atômicas:

qe = -1; me =1; a0 = unidade atômica de distância = 1;

a0 = 0,5292 Å; 1 Å = 10-8 cm;

1 unidade atômica de energia = 1 Hartree = 2 Rydberg = 27,205 eV = 623 kcal/mol;

1 eV = 1,602 x 10-12 erg

1 J = 1 kg.m2.s-1

En= -½ n2 (Hartree); n=1,2,… ∆E = Em – En = ½ (1/n2 – 1/m2)

∆E = hν; Ν frequência (s-1) (ν=c/λ);

h = 6,6256 x 10-27 erg.seg = 6,62608 x 10-34 J.s

∆E = hc/λ hν = ½ mv2 + hν0

Número de Avogadro: 6,02 x 1023.

7

Bibliografia

MAHAN, B., “Química: um curso universitário”.

BRECK, W. G.; BROWN, R. J. & COWAN, J. D., “Chemistry for Science and Engineering”.

VAN VLACK, L. H., “Princípios de Ciências dos Materiais”.

8

Bibliografia Extra

ATKINS, P.; JONES, L., “Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente”.

KOTZ, J. C.; PURCELL, K. F., “Chemistry and Chemical Reactivity”.

9

http://www.powersof10.com/film

10

OndasOndas

velocidadecperíodoT

ocomprimentfreqüênciaf

====

λ

fcfc

=

=

λ

λ

Tc

Tf

λ=

=1

ν

νλ

cfcf

=

==1

Número de onda

12

DemDemóócritocrito

Filosofia Indiana (2000 a.c.): matéria=agregado pequenaspartículas.

Atomistas (400 a.c.): – Demócrito (Átomo, do grego: a = não,

thomo = divisão.

– Aristóteles (divisão ad infinitum).

Supõe combinações.

Hipótese especulativa.

Aristóteles prevalece até XVII.

13

SSééculosculos XVII e XVIIIXVII e XVIII

R. Boyle: Oposição a Aristóteles - corpos primitivos (elementares) puros constituem corpos mistos; Lei dos Gases (Mariotte).

p1V1 = p2V2

A. Lavoisier: Lei Conservação. Reação química como

equação algébrica. Decaptado – desvio impostos.

A + B → C + D

J. Proust: Lei das Proporções definidas (bases do atomismo). Independe do método utilizado.

2H + 1O → 1H2O

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Matéria é formada de átomos: maciço,

indivisível e indestrutível.

Átomos iguais, propriedades iguais,

diferentes, propriedades diferentes.

Combinados, formam substâncias.

Não são criados nem destruídos.

Falhas: eletricidade e radioatividade

(Por quê?).

1808: Postula sua1808: Postula suaTeoria AtômicaTeoria Atômica

John DaltonJohn Dalton

16

SSééculoculo XIXXIX

1811: Gay-Lussac e Avogadro: Lei Volumétrica dos Gases e Química.

1833: Faraday – Leis da eletrólise: Relação carga/estrutura atômica ?.

1864: Maxwell: O “Newton” das ondas.

1869: Mendelev: Organização da Tabela Periódica – As propriedades são periodicas com a massa atômica.

1877: Boltzman: Teoria Cinética Gases.

1885: J. Balmer: Espectro Hidrogênio ?.

1887: H. Hertz: Efeito Fotoelétrico (Não totalmente explicado) ?.

Maioria dos cientistas considerava o átomo a forma fundamental da matéria.

Mecânica Clássica / Termodinâmica / Mecânica Estatística“Só resta trabalhar no aumento da precisão. Michelson, 1889 ”

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Michel Faraday

Eletricidade das substâncias em solução - Eletroquímica.Material depositado éproporcional a duração e intensidade da corretne elétrica.Íons estão carregados e carga émúltiplo da carga do elétron.1F = carga elétrica carregada por 1 mol de elétrons.

18

Espectro do Hidrogênio

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 2

122

111nn

RHλ

Johann Johann JakobJakob BalmerBalmer

21 nn >

23

Millikan: Gota de Óleo determina a carga do elétron.

Joseph John ThomsonJoseph John Thomson

24

Catástrofe do Ultravioleta.

Max PlanckMax Planck

26

PAUSA

Max PlanckMax Planck

Wien: Correto em altasfrequências.Rayleigh: Correto em baixasfrequências. 1900: Emissão/absorção de

energia dá-se em quanta.

Contraria Mec. Clássica.

E=nhf com n = 1,2,3,...

h = 6,626x10-34 J.s

f = freqüência.

27

Albert EinsteinAlbert Einstein

28

Albert EinsteinAlbert Einstein

EsperadoIntensidade da radiação é proporcional com máxima Ke.Efeito fotoelétrico ocorre para qualquer freq e compr. onda. Deveria haver um delay entre radiação e emissão dos elétrons.

ObservadoIntensidade luz não altera a Ke máxima dos elétrons.Frequência de “corte” para fotoemissão.Não há delay significativo entre radiação e emissão.

30

Ernest RutherfordErnest Rutherford

1911: Propõe existência do núcleo.

Modelo atômico nuclear.

PorquePorque o o eleléétrontron nãonão caicai no no nnúúcleocleo??

31

NewtonNewton&&

MaxwellMaxwell

Dalton: Dalton: macimaciçço e o e

indivisindivisíívelvel

11o.o.

Thomson: Thomson: e/me/m

Millikan:Millikan:ee--

22o.o.

PlanckPlancknhfE =

33o.o.

BalmerBalmer

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−= 2

122

111nn

RHλ

55o.o.

RutherfordRutherford66o.o.

Einstein: Einstein:

onda/partonda/partíículacula

hfhfmv−= 0

2

2

44o.o.

1212

32

NielsNiels BohrBohr

“Esse joven dinamarquês éo rapaz mais inteligente que conheci.”

E. Rutherford

RutherfordRutherford+ +

PlanckPlanck++

BalmerBalmer

Newton

Newton

-

+

• Modelo Rutherford: estéticamente elegante porém instável.

• Explicava propriedades física e químicas.

• Órbitas explicavam classes de elementos, repetição das propriedades na TP. Explicava tudo!

Série do Hidrgênio

H, He+, Li2+, ...--

33

NielsNiels BohrBohr


E. Rutherford

20

2

4 rZeFe πε

=

rmvFc

2

=

-

r+

vr 1.1. ElEléétron possui tron possui óórbita circular rbita circular em torno do nem torno do núúcleo.cleo.

2.2. Momento angular quantizado.Momento angular quantizado.

3.3. Absorve/emite energia Absorve/emite energia quando muda de estado.quando muda de estado.

Postulados do Modelo de BohrPostulados do Modelo de Bohr

ce FF =

2

42 0

22

UE

rZemvE

UTE

=

+=

+=

πε TETU

T −==− 2

20

2

20

22

4

4

rZeF

mrrZev

c πε

πε

=

=

34

NielsNiels BohrBohr


E. Rutherford

-+

prL rrr×=

90o

rr pr

π2hnmvrL ==

1.1. ElEléétron possui tron possui óórbita circular rbita circular em torno do nem torno do núúcleo.cleo.




rZemv

0

22

4πε=

002

22

a42

2

πεneZE

UE

n −=

=

πε2

022

Zmehnr

FF

n

ce

=

=

00

2

a4hartree 1

πεe

=2

02

0ame

hπε

=

35

NielsNiels BohrBohr


E. Rutherford

hfEE nn =− 12





+

E

n=1

n=2

n=3

n=4

n=5

n=6E=0

Contínuo

E<0

38

NielsNiels BohrBohr


E. Rutherford

hfEE nn =− 12





Substituindo En tem-se:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−−=

22

2100

22

0021

22

0022

22

11a8

a42a42

nneZhf

neZ

neZhf

πε

πεπε

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−== 2

221

111nn

RHλν

Fazendo f = c/λ chegamos a Equação proposta por Balmer (em a.u). 00

22

a8πεhceZRH =

39

NielsNiels BohrBohr

40

PrPróóximaxima AulaAula

Modelo de Bohr-SommerfeldPrincípio da Incerteza – HeisenbergDualidade onda-partícula – de BrogliePrincípio da Exclusão – PauliInterpretação da Função de Onda – BornA Mecânica Quântica Ondulatória – SchrödingerÁtomo de HidrogênioÁtomos MultieletrônicosPropriedades Periódicas

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