slide aula 1parte 2 quimica geral

ComportamentoComportamento ondulatondulatóóriorio dada matmatéériaria

•Em 1942, Louis De Broglie, propós uma nova abordagem da

matéria em detrimento do sucesso alcançado pela Teoria de

Planck.

•Surgiu então a questão:.

“O que acontece quando se considera que a matéria, em

particular os eletrons, pudessem ser descritos como ondas?”•De Broglie sugeriu relação entre o comprimento de onda e o

momento de um fóton relacionando o caráter corpuscular

(partículas) e ondulatório da matéria.

ComportamentoComportamento ondulatondulatóóriorio dada matmatéériaria

• O momento da matéria, é o produto da massa vezes a velocidade, sendo possível calcular o comprimento de onda associado a um elétron (partícula com carácter ondulatório) pela seguinte expressão:

De acordo com De Broglie, um elétron ligado ao núcleo comporta-se como uma onda estacionária.

E = mc 2 ⇔ E =hcλ

Se c = v temos

mc = hλ⇒ λ = h

mv

ComportamentoComportamento ondulatondulatóóriorio dada matmatéériaria

Por que as propriedades de onda das partículas não são facilmente detectadas?

1J= Kg.m2s-2

O O PrincPrincíípiopio dada IncertezaIncerteza de Heisenbergde Heisenberg•Com a descoberta da natureza ondulatória da matéria, coloca-se a questão de saber qual a posição de uma partícula?

•O princípio da incerteza de Heisenbergdiz que a dualidade onda-partícula elimina a possibilidade de descrever a localização se o momento linear é conhecido e não se pode especificar a trajetóriadas partículas.

•A expressão quantitativa do princípio da incerteza é definido aoestabelecer que se a localização de uma partícula é conhecida com uma incerteza Δx, então, o momento linear paralelo ao eixo x somente pode ser conhecido com incerteza Δp, em que:

Δx.Δmv ≥ h4π

MecMecânicaânica QuânticaQuântica e e OrbitaisOrbitais

A equação de Schrödinger•Necessitou-se então encontrar uma equação que descrevesse a trajetória (posição e velocidade) do elétron ⇒ Equação de Schrödinger dada por:

ψ- função de onda (comportamento ondulatório do elétron)ψ2- densidade electrônica (probabilidade de um elétron poder ser encontrado numa determinada região de um átomo).A Equação de Schrödinger iniciou uma nova era da Física e daQuímica a era da Mecânica Quântica.

∂ 2ψ∂x 2 +

∂ 2ψ∂y 2 +

∂ 2ψ∂z2 +

8π 2mh2 E −V( )ψ = 0

MecMecânicaânica QuânticaQuântica e e OrbitaisOrbitais

A equação de Schrödinger• Teoria quântica –evita visualizar o eléctron como uma espécie

híbrida onda-partícula que ocupa uma das possíveis órbitas, mas sim como uma certa distribuição de densidade de probabilidade ψ2 ;

• Assim o elétron não esta restrito a uma órbita específica, exigindo 3 coordenadas para definir o seu estado físico, a queestão associados 3 números quânticos:

1. Número quântico principal, n2. Número quântico secundário, l3. Número quântico magnético , ml

MecMecânicaânica QuânticaQuântica e e OrbitaisOrbitais

Número quântico principal = nChamado também de número quântico energético, indica a distância aproximada do núcleo.

Denota as camadas eletronicas ao redor do átomo, e é derivadadiretamente da equação de Schrödinger.

Quanto maior o valor de “n”, maior a energia do orbital, portantoa energia do elétron naquele orbital.

Valores positivos inteiros de n = 1 , 2 , 3 , etc.

MecMecânicaânica QuânticaQuântica e e OrbitaisOrbitaisNúmero quântico secundário ou azimuthal = L

Denota os diferentes subníveis de energia dentro de um nívelprincipal “n”

Também indica a forma que os orbitais assumem ao redor do núcleo.

Os valores de l começam de 0 e aumentam até n − 1. Normalmenteutilizamos letras para l (s, p, d e f para l = 0, 1, 2, e 3). Geralmente nos referimos aos orbitais s, p, d e f. n = 1 , l = 0n = 2 , l = 0 e 1 n = 3 , l = 0 , 1 , 2

sharp, principle, diffuse, fundamental

MecMecânicaânica QuânticaQuântica e e OrbitaisOrbitais

Número quântico magnético = mLTambém chamado de orientação quântica do orbitalDenota a direção ou orientação do orbital em um campo

magnético.

O número quântico magnético tem valores inteiros entre -L e +L.

l = 0 , mL = 0 l =1 , mL = -1,0,+l = 2 , mL = -2,-1,0,1,2

MecMecânicaânica QuânticaQuântica e e OrbitaisOrbitais

MecMecânicaânica QuânticaQuântica e e OrbitaisOrbitais

n

l

mL

Valores permitidos

1 2 3 4

0 0 1 0 1 2 0 1 2 3

0 0 -1 0 +1 0 -1 0 +1 0 -1 0 +1

-2 -1 0 +1 +2 -2 -1 0 +1 +2-3 -2 -1 0 +1 +2 +3

RepresentaRepresentaççãoão dos dos OrbitaisOrbitais

Orbitais s•Todos os orbitais s são esféricos.•À medida que n aumenta, os orbitais s ficam maiores.•À medida que n aumenta, aumenta o número de nós.•Um nó ou plano nodal é uma região no espaço onde a probabilidade de se encontrar um elétron é zero Ψ2 = 0 •Para um orbital s, o número de nós é n-1.

RepresentaRepresentaççãoão dos dos OrbitaisOrbitais

RepresentaRepresentaççãoão dos dos OrbitaisOrbitais

RepresentaRepresentaççãoão dos dos OrbitaisOrbitais

Orbitais p•Existem três orbitais p, px, py, e pz.

•Os três orbitais p localizam-se ao longo dos eixos x-, y- e z- de um sistema cartesiano.

•As letras correspondem aos valores permitidos de ml, -1, 0, e +1.

•Os orbitais têm a forma de halteres.

•À medida que n aumenta, os orbitais p ficam maiores.

•Todos os orbitais p têm um plano nodal no núcleo.

RepresentaRepresentaççãoão dos dos OrbitaisOrbitais

Orbitais p

RepresentaRepresentaççãoão dos dos OrbitaisOrbitais

Orbitais d e f•Existem cinco orbitais d e sete orbitais f.

•Três dos orbitais d encontram-se em um plano bissecante aoseixos x-, y- e z.

•Dois dos orbitais d se encontram em um plano alinhado ao longodos eixos x-, y- e z.

•Quatro dos orbitais d têm quatro lóbulos cada.

•Um orbital d tem dois lóbulos e um anel.

RepresentaRepresentaççãoão dos dos OrbitaisOrbitaisOrbitais d

RepresentaRepresentaççãoão dos dos OrbitaisOrbitaisOrbitais f

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicasOrbitais e suas energias

No átomo de hidrogênio, a energia do elétron depende apenas do seu número quântico principal n. Assim as energias das órbitaiscrescem de acordo com a figura abaixo.

PenetraPenetraççõaõa

A seguir as figuras que representam a função probabilidade da parte radial da função de onda.

É apenas para mostrar que os orbitais s são mais penetrantes

s>p>d>f para um mesmo nivel

Este gráfico mostra como a energia dos subníveis éinfluenciada pela penetração dos orbitais

FunFunçção Probabilidade Radialão Probabilidade Radial

Estrutura dos Estrutura dos áátomos tomos hidrogenhidrogenóóidesides

1s

2s

2p

3s

3p

3d

2s

2p

3s

3p

3d

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicasOrbitais e suas energias

Num átomo polieletrônico e energia de um elétron, não depende sóde n, mas também do seu número quântico angular, L,.

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicasSpin eletrônico e o princípio da exclusão de Pauli

•O spin eletrônico é quantizado, define-se ms = número quântico de rotação = ± ½.

•O princípio da exclusão de Pauli:: dois elétrons não podem ter a mesma série de 4 números quânticos. Portanto, dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins opostos.

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicasRegra de Hund

• As configurações eletrônicas nos dizem em quais orbitais oselétrons de um elemento estão localizados.

• Três regras:

1. Os orbitais são preenchidos em ordem crescente de n.

2. Dois elétrons com o mesmo spin não podem ocupar o mesmo orbital (Pauli).

3. Para os orbitais degenerados, os elétrons preenchem cadaorbital isoladamente antes de qualquer orbital receber um segundo elétron (regra de Hund). Máximo de multiplicidade

Estrutura dos Estrutura dos áátomos tomos hidrogenhidrogenóóidesides

O principio de AufbauPrincípio de exclusão de Pauli Regra Hund – Máxima multiplicidade 2S+1

Estrutura dos Estrutura dos áátomos tomos hidrogenhidrogenóóidesides

Notação de gás nobrePotássio [Ar]4s1

Cálcio [Ar] 4s2

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d .......(Notação espectroscópica)

Configuração dos elementos do bloco dReduz a repulsão entre os elétrons

3dn4s2

Sc : [Ar] 3d1 4s2

Ti : [Ar] 3d2 4s2

Cr : [Ar] 3d4 4s2 (ESPERADO)Cr : [Ar] 3d5 4s1 (ENCONTRADO)

Estrutura dos Estrutura dos áátomos tomos hidrogenhidrogenóóidesides

ÁTOMOS COM MUITOS

ELÉTRONS

A Partir do CÁLCIO

O orbital 3d fica com energia

menor que o 4s

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicas e e tabelatabela periperióódicadica

• A tabela periódica pode ser utilizada como um guia para as configurações eletrônicas.

• O número do periodo é o valor de n.

• Os grupos 1A e 2A têm o orbital s preenchido.

• Os grupos 3A -8A têm o orbital p preenchido.

• Os grupos 3B -2B têm o orbital d preenchido.

• Os lantanídeos e os actinídeos têm o orbital f preenchido.

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicas e e tabelatabela periperióódicadica

ConfiguraConfiguraççõesões eletrônicaseletrônicas e e tabelatabela periperióódicadica

Final da aulaFinal Final dada aulaaula

1- Estime o comprimento de onda de uma bola de gude de massa 5,00 g que viaja a 1,00 m /s. Esse comprimento de onda éfacilmente deectável a olho nú?

1J =1Kg. m2 . s-2

2- Para remover um elétron de um metal, necessita-se de 4,2 eV de energia. Quando fótons de luz ultravioleta atingem o metal, elétrons com energia cinética de 1,5 eV. Calcule a

energia dos fótons incidentes

3- Calcule as energias correspondentes às seguintes transições de um estado de energia para outro no átomo de hidrogênio:

a) ni = 2 → nf = 1