1. ESTRUTURA ATMICA SQM 0405 Qumica Geral e Experimental: Terica e Prtica Engenharia Aeronutica, Mecatrnica e Produo 2 Semestre / 2014 Estevo Bombonato Pereira estevaobombonato@iqsc.usp.br

2. BLOGQUMICA GERAL E + http://quimicageralemais.blogspot.com.br/ 3. http://quimicageralemais.blogspot.com.br/ 4. http://quimicageralemais.blogspot.com.br/ 5. http://quimicageralemais.blogspot.com.br/ 6. http://quimicageralemais.blogspot.com.br/ 7. Estrutura Atmica Referencial Bibliogrfico Mahan, Bruce M. Qumica: um curso universitrio. Bruce M. Mahan, Rollie J. Myers; coordenador Henrique Eisi Toma; traduo de Koiti Araki, Denise de Oliveira Silva, Flvio Massao Matsumoto. So Paulo: Edgard Blcher, 2003. Atkins, Peter. Princpios de qumica: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Peter Atkins, Loretta Jones; traduo Ricardo Bicca de Alencastro. Porto Alegre: Bookman, 2006. 8. Estrutura Atmica Referencial Bibliogrfico Martins, Jader Benuzzi. A histria do tomo - de Demcrito aos quarks. Rio de Janeiro: Editora Cincia Moderna, 2001. 9. TEORIA DA ESTRUTURA ATMICA Descoberta da natureza da matria e do eltron tomo: ncleo rodeado de eltrons Equaes mecnico-qunticas para explicar o comportamento dos eltrons nos tomos 10. Qual a constituio da matria que compe o universo? Antiguidade grega... Tales de Mileto (640 a.C. 550 a.C.) Empdocles (490 a.C. 430 a.C.) 11. Qual a constituio da matria que compe o universo? HIPTESE ATOMSTICA Antiguidade grega... 12. Atomistas Leucipo (500 a.C. - ?) Demcrito (472 a.C. 357 a.C.) Constituio do universo: tomos e vcuo Matria: pode ser subdividida em pedaos cada vez menores at atingir um limite TOMO tomo: do grego, a = no, thomo = diviso 13. Aristteles Aristteles (384 a.C. 322 a.C.) Frio, quente, mido e seco Seco + frio = terra Seco + quente = fogo mido + frio = gua mido + quente = ar Evidncia experimental queima da madeira Prevalncia da teoria at XVII 14. Renascer... Sculo XVII Traduo de antigos textos gregos redescoberta das ideias atomistas R. Boyle (1627-1691) primeira definio clara de elemento qumico: Elementos so certos corpos perfeitamente puros, primitivos e simples e no so feitos de nenhum corpo, nem um do outro: so os ingredientes dos quais so feitos diretamente todos os corpos chamados de combinados, e nos quais esses corpos por fim se decomporo. A. L. Lavoisier (1743 1794) Lei da Conservao da Matria + + 15. Teorias Atmicas John Dalton Thomson Rutherford Bohr Arnold Sommerfeld Erwin Schrdinger 16. Teorias Atmicas John Dalton Thomson Rutherford Bohr Arnold Sommerfeld Erwin Schrdinger 17. John Dalton 1808 tomo: esfera perfeita, rgida e indivisvel Hiptese atmica de Dalton Postulados: I Os elementos qumicos consistem de discretas partculas de matria, os tomos, que no podem ser subdivididos por qualquer processo qumico conhecido e preservam as suas individualidades nas reaes qumicas. II Todos os tomos de um mesmo elemento so idnticos em todos os aspectos, particularmente em peso diferentes elementos tm tomos diferindo em peso. Cada elemento caracterizado pelos pesos de seus respectivos tomos. III Os compostos qumicos so formados pela reunio de tomos de diferentes elementos em propores numricas simples, isto , 1:1, 1:2, 2:1, 2:3 ... 18. John Dalton 19. Avogadro Volumes iguais de gases, nas mesmas condies fsicas (presso e temperatura), apresentam o mesmo nmero de molculas. Nmero de molculas existentes em um mol de qualquer gs, nas condies normais de presso e temperatura: NMERO DE AVOGADRO 20. A natureza eltrica da matria 1833 Experimentos de Faraday: eletrlise de compostos qumicos A massa da substncia decomposta diretamente proporcional quantidade de eletricidade que passa atravs da soluo. Quando se faz passar a mesma corrente, atravs de vrios eletrlitos dispostos em srie, as massas liberadas de cada substncia so proporcionais ao seus equivalentes qumicos. Pelas leis de Faraday foi estabelecido que o equivalente grama de qualquer elemento liberado pela passagem de 96490 coulombs de carga eltrica. Explicao da eletricidade conceito material e atmico 21. A natureza eltrica da matria 1874 G. J. Stoney Sugere o nome eltron para a partcula eltrica fundamental At 1897 sem evidncias experimentais claras da existncia e das propriedades dos eltrons! 22. A classificao peridica 1869 D. I. Mendeleev 23. Teorias Atmicas John Dalton Thomson Rutherford Bohr Arnold Sommerfeld Erwin Schrdinger 24. Experimentos de Thomson 1897 Descargas eltricas em gases tubo de raios catdicos Propriedades dos raios catdicos: Se propagam em linha reta; Podem penetrar pequenas espessuras da matria; Apresentam carga negativa; So defletidos por um campo eltrico; So defletidos por um campo magntico. 25. Experimentos de Thomson 1897 Descargas eltricas em gases tubo de raios catdicos Concluso: qualquer matria continha partculas com carga negativa!!! Modelo do Pudim de Passas 26. Contribuies de Millikan EXPERIMENTO DA GOTA DE LEO Provou que todas as cargas eltricas so mltiplos de uma unidade elementar definida: 1,60 x 10-19 C 27. Teorias Atmicas John Dalton Thomson Rutherford Bohr Arnold Sommerfeld Erwin Schrdinger 28. O experimento de Rutherford 1911 - Espalhamento de partculas por folhas de metal A maioria das partculas no sofriam desvio porque no acertavam o alvo = tomos deveriam ser altamente desuniformes com relao distribuio de massa e de densidade de carga RESULTADO = indicao qualitativa da existncia do ncleo! Possibilitou ainda a medida da carga e do tamanho do ncleo 29. Modelo atmico de Rutherford Rutherford sugeriu que: Carga positiva do tomo concentrada numa pequena regio que foi denominada de ncleo; Eltrons gravitavam ao redor do ncleo por uma atrao eltrica, de maneira anloga a um sistema planetrio. 30. Modelo atmico de Rutherford Um tomo contendo um ncleo pequeno positivamente carregado deveria ser instvel. Se os eltrons estivessem parados, seriam atrados para o ncleo. Se os eltrons estivessem em movimento translacional em volta do ncleo, segundo uma trajetria circular, as leis de eletromagnetismo prediziam que o tomo deveria emitir luz dissipando energia continuamente, at que todo o movimento dos eltrons cessasse. NIELS BOHR!!! 31. Teorias Atmicas John Dalton Thomson Rutherford Bohr Arnold Sommerfeld Erwin Schrdinger 32. Relembrando... Radiao Eletromagntica Espectro Eletromagntico Difrao Fatos importantes... Catstrofe do Ultravioleta Planck Hiptese Quntica Einstein Efeito Fotoeltrico Balmer Espectro do Hidrognio 33. Radiao Eletromagntica Um feixe de radiao eletromagntica o produto de campos eltricos e magnticos oscilantes que atravessam o vcuo a 3,00 x 108 m s-1. c = velocidade da luz c = 2,998 x 108 m s-1 34. O campo eltrico afeta partculas carregadas como os eltrons! O campo eltrico de uma radiao eletromagntica oscila no tempo e no espao! 35. Frequncia da radiao () = nmero de ciclos por segundo Unidade de frequncia = 1 hertz (1 Hz) 1 Hz = 1 s-1 A radiao eletromagntica de frequncia 1 Hz empurra uma carga em uma direo, a seguir na direo oposta e retorna direo original uma vez a cada segundo. 36. Comprimento de onda () a distncia entre dois mximos sucessivos Amplitude a altura da onda em relao a linha central. O quadrado da amplitude fornece a intensidade da radiao. Frequncia da radiao () o nmero de ciclos por segundo 37. Espectro Eletromagntico 38. Espectro Eletromagntico 39. RELAO ENTRE COMPRIMENTO DE ONDA E FREQUNCIA c = Comprimento de onda vezes a frequncia igual a velocidade da luz! Determine o comprimento de onda da luz verde, de frequncia 5,75 x 1014 Hz. c = 2,998 x 108 m s-1 40. Difrao Radiao eletromagntica comportando-se como onda: 41. Catstrofe do ultravioleta PLANCK - 1900 ~ 42. Hiptese quntica de Planck 1900 - Prope que um sistema possui quantidades discretas, ou quanta, de energia oscilao dos tomos quentes do corpo negro frequncia do oscilador Constante de Planck h=6,626x10-34 J s = 43. O efeito fotoeltrico Albert Einstein Nenhum eltron era emitido a menos que a frequncia da luz fosse maior que um determinado valor crtico 0. A energia cintica dos eltrons emitidos aumentava concomitantemente com o aumento da frequncia da onda eletromagntica O aumento da intensidade da luz incidente no alterava a energia dos eltrons ejetados, mas aumentava o nmero de eltrons emitidos por unidade de tempo 44. O efeito fotoeltrico Albert Einstein A luz onda ou partcula??? Concluso de Einstein: a luz era constituda por partculas discretas, ou ftons, de energia . = + = + = 45. Quando a luz de comprimento de onda de 4500 incide numa superfcie limpa de sdio metlico, so expelidos eltrons cuja energia mxima 2,1 eV ou 3,36 x 10-12 erg. Qual ser o comprimento de onda mximo da luz que expele eltrons do sdio metlico? Qual a energia de ligao de um eltron a um cristal de sdio? = + 46. Uma lmpada produz 4,5 x 102 J de energia por meio de uma luz cujo comprimento de onda de 434 nm. Quantos ftons so emitidos? 47. Johann Balmer Espectro do Hidrognio 1885 srie de frequncias emitidas pelo tomo de hidrognio 48. Espectro do Hidrognio 1885 srie de frequncias emitidas pelo tomo de hidrognio: 2 2 2 1 11 nn RH = 1 4 1 2 3,29 1015 = 3,29 1015 1 = 1, 2, 2 = 1 + 1, 1 + 2, 49. tomo de Bohr No tomo, somente permitido ao eltron estar em certos estados estacionrios, sendo que cada um deles possui uma energia fixa e definida. Quando um tomo estiver em um destes estados, ele no pode emitir luz. No entanto, quando o tomo passar de um estado de alta energia para um estado de menor energia h emisso de um quantum de radiao, cuja energia h igual diferena de energia entre os dois estados. Se o tomo estiver em qualquer um dos estados estacionrios, o eltron se movimenta descrevendo uma rbita circular em volta do ncleo. Os estados eletrnicos permitidos so aqueles nos quais o momento angular do eltron quantizado em mltiplos de h/2. 50. Clculo das energias dos estados permitidos de um tomo: Para que o eltron se mantenha estvel em sua rbita tomo de Bohr = 2 40 2 = 2 2 40 = 2 51. Clculo das energias dos estados permitidos de um tomo: Bohr postulou que o momento angular, mvr, tomo de Bohr = 2 = 1, 2, 3, . Combinando equaes e rearranjando: 2 40 = 2 = 2 = 1, 2, 3, . = 2 2 0 2 = 1, 2, 3, 52. Clculo das energias dos estados permitidos de um tomo: Definindo o raio de Bohr: tomo de Bohr = 220 2 = 1, 2, 3, 0 = 02 2 = 2 0 0 = 0,52918 53. Clculo das energias dos estados permitidos de um tomo: Energia total do eltron tomo de Bohr 2 40 = 2 = + = 1 2 2 2 40 = 1 2 2 40 2 40 = 1 2 2 40 = 2 0 = = , , , . . = 2 22 = 1, 2, 3, 54. Clculo das energias dos estados permitidos de um tomo: Transio com emisso tomo de Bohr . . = 2 22 = 1, 2, 3, = = = = 2 2 2 1 111 nn RH 55. Calcule o comprimento de onda da linha de emisso para a transio de n=2 para n=1 do tomo de H. = = = 2 240 0 = 56. Teorias Atmicas John Dalton Thomson Rutherford Bohr Arnold Sommerfeld Erwin Schrdinger