1. ESTRUTURA ATMICA SQM 0405 Qumica Geral e Experimental: Terica e Prtica Engenharia Eltrica e Engenharia de Computao Aline A. Oliveira

2. 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. 3. 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 4. John Dalton 1808 tomo: esfera perfeita, rgida e indivisvel Hiptese atmica de Dalton Todos os tomos de um dado elemento so idnticos. Os tomos de diferentes elementos tm massas diferentes. Um composto tem uma combinao especfica de tomos de mais de um elemento. Em uma reao qumica, os tomos no so criados nem destrudos, porm trocam de parceiros para produzir novas substncias. 5. A natureza eltrica da matria 1833 Experimentos de Faraday sobre a eletrlise Uma dada quantidade de eletricidade sempre depositar uma mesma massa de uma dada substncia no eletrodo. As massas das vrias substncias depositadas, dissolvidas ou formadas no eletrodo por uma quantidade definida de eletricidade so proporcionais aos pesos equivalentes das mesmas. Eu tenho a convico de que a fora que controla a eletrodecomposio e a atrao entre tomos a mesma. 6. 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! 7. 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 8. 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 9. 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 10. 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!!! 11. 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 12. O campo eltrico afeta partculas carregadas como os eltrons! O campo eltrico de uma radiao eletromagntica oscila no tempo e no espao! 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. 13. 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 14. Espectro Eletromagntico 15. Espectro Eletromagntico 16. 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 17. Catstrofe do ultravioleta PLANCK - 1900 18. 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 19. 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 20. O efeito fotoeltrico Albert Einstein Concluso de Einstein: a luz era constituda por partculas discretas, ou ftons, de energia h. = + = + = A luz onda ou partcula??? 21. 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? = + 22. 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? 23. Difrao Radiao eletromagntica comportando-se como onda: 24. Johann Balmer Espectro do Hidrognio 1885 srie de frequncias emitidas pelo tomo de hidrognio 25. Espectro do Hidrognio 1885 srie de frequncias emitidas pelo tomo de hidrognio: = 1 4 1 2 3,29 1015 2 2 2 1 11 nn RH = 3,29 1015 1 = 1, 2, 2 = 1 + 1, 1 + 2, 26. 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. 27. 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. 28. Clculo das energias dos estados permitidos de um tomo: Para que o eltron se mantenha estvel em sua rbita Bohr postulou que o momento angular, mvr, tomo de Bohr = 2 40 2 = 2 2 40 = 2 = 2 = 1, 2, 3, . 29. Clculo das energias dos estados permitidos de um tomo: Combinando equaes e rearranjando: Definindo o raio de Bohr: tomo de Bohr 2 40 = 2 = 2 = 1, 2, 3, . = 220 2 = 1, 2, 3, 0 = 02 2 = 2 0 0 = 0,52918 30. 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, 31. 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 32. 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 =