Modelos Atômicos

?

Partículas Indivisíveis

negaçãodivisão

1807 – John Dalton

Razão entre as massas dos elementos que se combinam para formar substâncias apresentavam uma tendência

8g O2 : 1g H2

H2O

H2O2 16g O2 : 1g H2

� A matéria é formada por átomos;

� Átomos são esferas maciças, indestrutíveis e

intransformáveis;

� Átomos que apresentam mesmas propriedades (tamanho,

massa e forma) constituem um elemento químico;

� Átomos de elementos diferentes possuem propriedades

diferentes;

� Átomos se unem para formar "átomos compostos";

� Reação química é a união e separação de átomos.

Concorda com as seguintes leis:

� Conservação da massa: “nada se cria ou se perde, tudo se transforma.”

� Proporções definidas: um composto possui sempre os mesmos elementos combinados sempre nas mesmas proporções de massa

� Proporções múltiplas: quando mais de um composto éformado por uma combinação de 2 elementos a razão das massas do segundo elemento para uma massa fixa do primeiro elemento são pequenos números inteiros.

1850- William CrookesRaios Catódicos

gás

1887 – Joseph John Thomson

� Feixe composto por partículas que são desviadas por carga positiva

�Observou feixe com todos os metais

20 metais diferentes (cátodo) + variedade de gasesThomson encontrou a mesma razão entre carga/ massa

20 metais diferentes (cátodo) + variedade de gasesThomson encontrou a mesma razão entre carga/ massa

As partículas eram as mesmas independente do metal, portanto, estavam presentes em todos os

átomos Essas partículas foram chamadas de elétrons

Joseph John Thomson

Razão carga/massa do elétron

m

e

1908- Robert Millikan

http://www.dnatube.com/video/2801/Millikan-Oil-Drop-Experiment

Força elétrica

Força gravitacional

m= 9,1 x 10-31 kg

Robert Millikan

e = -1,6 x 10-19C

m

e

Joseph John Thomson

� Átomo é divisível�Contém partículas de carga negativa�Átomos são neutros (sem carga)

Joseph John Thomson

e-

e-

e-

“Pudim de passas”

1897 – Joseph John Thomson

“Pudim de passas”

� Explica formação de íons

� Não explica exitência de outras radiações

Hantaro Nagaoka

Elétrons giram em órbitas ao redor de um corpo central carregado positivamente

�Partículas α (alfa) são núcleos completamente ionizados

�carga de 3.2x10^-19 coulombs y una masa de 6.68x10^-27 kg.

�Descoberta em 1899 por Rutherford.

1908- Ernest Rutherford

�Partículas positivas (partículas α) sofrem deflexão quando atingem folha de ouro

http://www.learnerstv.com/animation/animation.php?ani=121&cat=chemistry

+++

--

-

- +

�Massa do átomo não é proporcional ao número de prótons.

�Nem todos os átomos de um mesmo elemento têm a mesma massa.

Núcleo deve conter outras partículas!

Evidência experimental para a existência do nêutron

Partículas provenientes do polônio radioativo atingem alvo de berílio

Radiação penetrante

partículas pesadas e sem carga

� Número atômico (Z) = número de prótons presentes no núcleo atômico

� Um elemento químico é definido por seu número atômico.

Composição atômicaNúmero de prótonsNúmero de nêutronsNúmero de elétrons

� Número de Massa (A) = soma do número de prótons e nêutrons

Símbolo do elemento

A

Z

� Átomos de um mesmo elemento: mesmo número atômico (Z)� Número de massa diferente

� Isóbaros: átomos com mesmo número de massa mas de elementos químicos diferentes

20Ne10

21Ne10

22Ne10

+++

--

-

- + nnn

n

Como os elétrons estão distribuídos ao redor do núcleo?

� Movimento dos elétrons requer perda contínua de energia preciptariam no núcleo.

� Parados: os elétrons seriam atraídos e fixados ao núcleo

+++

--

-

- + nnn

n

produto de campos elétrico e magnético oscilantes (variam com o tempo)

�Campo eletromagnético oscila com o tempo em direção e intensidade. �O número de ciclos (mudança completa de direção e intensidade até voltar a direção e intensidade iniciais) por segundo é chamdo frequência.�Amplitude é a altura em relação à linha central. �A intensidade é o quadrado da amplitude.�Comprimento de onda é a distância entre dois máximos.

�Corpo negro: corpo capaz de absorver e emitir todas as frequências de radiação.

�Explicar a variação de radiação emitida por um corpo quando aquecido.

Física clássica: a energia da radiação emitida aumenta continuamente em função da frequência.

I

ν

T

1900- Max Planck: troca de energia entre matéria e radiação ocorre em quanta (pacotes).

E=h ν

energia

Cte de Planckh = 6,626.10-34J.s

Frequência da radiação

�A incidência de radiação eletromagnética sobre uma superfície de metal causa a emissão de elétrons

Albert Einstein�Relação entre os elétrons emitidos e a frequência de radiação incidente.�Nenhum elétron é ejetado até que a radiação tenha frequência de determinado valor.

Ecinética = hν - ɸ

Característico de cada metal

Albert Einstein�Radiação eletromagnética é feita de partículas (Fótons).�Energia de cada fóton:

E=h ν

�Energia do fóton depende da frequência da radiação.

�Intensidade da radiação é proporcional ao número de fótons.

Absorção e emissão de energia de determinados valores:

Pacotes de energia; Fótons.

Radiação eletromagnética

Albert EinsteinRadiação eletromagnética é feita de partículas(fótons).

� Elétrons estão em constante movimento ao redor do núcleo.

�Elétrons estáveis em órbitas fixas (níveis de energia).

+++

+ nnn

n

+++

+ nnn

n

+++

+ nnn

n

+++

+ nnn

n

ÁÁtomo de Hidrogênio e Espectro de Linhastomo de Hidrogênio e Espectro de Linhas

+++

+ nnn

n

Energia do elétron no nível n de energia:

2n

RhEn −=

n = nível de energia = número quântico principal

Fótons+ 984 kJ - 984 kJ

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

∆E =?

� Um elétron permanece no menor nível de energia caso não sofra nenhuma perturbação� Energia é absorvida ou emitida se um elétron muda de um nível de energia para outro

Fótons+ 984 kJ - 984 kJ

n = 1

n = 2

n = 3

n = 4

∆E = Efinal - Einicial

e-

−−=∆

22

11

inicialfinal nnRhE

H

H

hν

H*

H*

Excited State

H*

hν

H

hν

H

e-

�Órbitas de valores diferentes de energia�Átomo absorve energia

Elétron passa a um orbital de energia maior

�Elétron perde energia e passa para nível de menor energia

Átomo emite energia

e-

Estado Fundamental: n=1

e-

Estado Excitado: n>1

O Modelo atômico de Bohr explicava apenas o H e outros sistemas com um elétron como He +

Louis de Broglie Todas as partículas têm propriedades de

onda.

mv

h=λ

Massa da partícula

Velocidade

Comprimento de onda

associado àpartículas

Interferência

Dualidade ondaDualidade onda--partpartíículacula

Clinton Davisson e Lester Germer: difração de elétrons por um cristal

http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/oscar2004/mod05/m_s03.html

G.P. Thomson: difração dos elétrons ao passar por folha de ouro.

Feixe de elétrons

Folha de ouro

G.P. Thomson: difração dos elétrons ao passar por folha de ouro.

Elétron: onda e partícula

Disposição dos elétrons no átomo?

Modelo atômico de BohrModelo atômico de Bohr

Disposição dos elétrons no átomo?

Movimento 2D, mas elétron é uma partícula tridimentsional

�Partícula: trajetória definida.�Onda: localização específica indefinida

Se o momento linear (p=mv) da partícula éconhecido não se pode especificar sua localização.

h2

1≥∆∆ xp Heisenberg

h2

1≥∆∆ xp

Heisenberg

sJxh

.1005457,12

34−==π

h

�Dualidade onda-partícula�Trajetória descrita por função de onda

ψ Função matemática com valores que variam com a

posição

Erwin Schrödinger

ψψ

ψ )(2

2

22

xVdx

d

mE +−=

h

ψψ EH =

Onde está o elétron???

Max Born: probabilidade de encontrar uma partícula em uma região.

Densidade de probabilidade

2ψ

=

L

xnsen

Lxn

πψ

2/12

)(L

2

22

8mL

hnEn =

L

Energia para cada n?

�Energia é quantizada�Cada valor corresponde a um nível de energia

�Elétron tem valores de energia diferentes.�Níveis de energia�Quais são os níveis de energia do elétron no átomo?

ψψ

ψ )(2

2

22

xVdx

d

mE +−=

h

�Cada solução para a equação = função de onda.

�Função de onda: define a trajetória do elétron no átomo.

�(Função de onda)2 : define a “localização do elétron” : Orbital Atômico.

região de alta densidade de probabilidade de se encontrar o elétron

Coordenadas de cada ponto ao redor do núcleo

Cada conjunto de coordenadas (r, θ, Φ) = 1 função de onda.

�Cada função de onda = conjunto de números quânticos diferentes

n = número quântico principalCamada do átomo; orbitais de energia semelhante.

l = momento angularSubcamada.l= 0, 1, 2, …, n-1 l= s, p, d, f, g, h,…“formato”do orbital.

ml = número quântico magnéticoml = l, l-1, …, -l“orientação do movimento do elétron.

ms= magnético de spin“sentido”do movimentoms = ½ ; -½;

Números quânticos

Função de onda Ψ

Densidade de probabilidade = Ψ2

Elétron em um orbital 1s do átomo do hidrogênio

�Elétrons preenchem os orbitais em ordem crescente de energia:

n: 1<2<3<…l: s<p<d<…

�Dois elétrons em um átomo não podem ter o mesmo conjunto de quatro números quânticos.

1. Por que os orbitais de uma mesma camada possuem energias diferentes?

2. Qual a energia necessária para se retirar um elétron do átomo de Li com n=1? E com n=2?

3. Qual a energia de ionização do átomo de Na?4. Quais a frequências das linhas espectrais

destacadas no espectro do átomo do hidrogênio abaixo? (n1 = 2)