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ESTRUTURA ATÔMICA

BLOG “QUÍMICA GERAL E +”

http://quimicageralemais.blogspot.com.br/

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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

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



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



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



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

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:

2

2

2

1

11

nnRH

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


• Bohr postulou que o momento angular, mvr, é

Átomo de Bohr

• Combinando equações e rearranjando:


• Definindo o raio de Bohr:

Átomo de Bohr


• Energia total do elétron

Átomo de Bohr


• Transição com emissão

Átomo de Bohr

2

2

2

1

111

nnRH

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



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