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EstruturaEstrutura AtômicaAtômicaEstruturaEstrutura AtômicaAtômica
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô iatômicaatômica
• Os gregos antigos foram os primeiros a postular que a matéria é constituída de elementos indivisíveis.
Th l á • Thales – água
• Anaxímenes – ar
H á lit f• Heráclito – fogo
• Empédocles – terra, ar, água e fogo (grande erro do pensamento humano )pensamento humano…)
• Leupico – “a matéria é discreta ou contínua?” - átomos
• Demócrito – existem muitos tipos de átomos (V AC)Demócrito existem muitos tipos de átomos (V AC)
Teoria atômica da matériaTeoria atômica da matéria• John Dalton:
Cada elemento é composto de átomos– Cada elemento é composto de átomos.– Todos os átomos de um elemento são idênticos.– Nas reações químicas os átomos não são alterados– Nas reações químicas, os átomos não são alterados.
• Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam.
• Lei de Dalton das proporções múltiplas: Quando dois elementos formam diferentes compostos, a proporção da massa dos elementos
t tá l i d à ã d d t em um composto está relacionada à proporção da massa do outro através de um número inteiro pequeno.
• Mais tarde, os cientistas constataram que o átomo era constituído de entidades carregadas. – Faraday e seus co st tu do de e t dades ca egadas a aday e seusexperimentos de eletroquímica…
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
Raios catódicos e elétrons
atômicaatômicaRaios catódicos e elétrons
• Um tubo de raios catódicos é um recipiente com um eletrodo em cada extremidade.
• Uma voltagem alta é aplicada através dos eletrodos.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
R i tódi lét
atômicaatômica
Raios catódicos e elétrons
A lt f tí l ti d l d • A voltagem faz com que partículas negativas se desloquem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo.
• A trajetória dos elétrons pode ser alterada pela presença de um A trajetória dos elétrons pode ser alterada pela presença de um campo magnético.
• Considere os raios catódicos saindo do eletrodo positivo através de um pequeno orifício.– Se eles interagirem com um campo magnético perpendicular a
um campo elétrico aplicado os raios catódicos podem sofrer um campo elétrico aplicado, os raios catódicos podem sofrer diferentes desvios.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
R i tódi lét
atômicaatômica
Raios catódicos e elétrons
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
R i tódi lét
atômicaatômica
Raios catódicos e elétrons
A tid d d d i d i tódi d d d – A quantidade de desvio dos raios catódicos depende dos campos magnético e elétrico aplicados.
– Por sua vez, a quantidade do desvio também depende da Por sua vez, a quantidade do desvio também depende da proporção carga-massa do elétron.
• Em 1897, Thomson determinou que a proporção carga-massa de um elétron é 1,76 × 108 C/g.
• Objetivo: encontrar a carga no elétron para determinar sua massa.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
R di ti id d
atômicaatômica
RadioatividadeConsidere o seguinte experimento:• Uma substância radioativa é colocada em um anteparo contendo • Uma substância radioativa é colocada em um anteparo contendo
um pequeno orifício de tal forma que um feixe de radiação seja emitido pelo orifício.p
• A radiação passa entre duas chapas eletricamente carregadas e é detectada.T ê b d d• Três pontos são observados no detector:– um ponto no sentido da chapa positiva, – um ponto que não é afetado pelo campo elétricoum ponto que não é afetado pelo campo elétrico,– um ponto no sentido da chapa negativa.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô iatômicaatômica
Radioatividade
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
R di ti id d
atômicaatômica
Radioatividade• Um alto desvio no sentido da chapa positiva corresponde à
radiação que é negativamente carregada e tem massa baixa Essa se radiação que é negativamente carregada e tem massa baixa. Essa se chama radiação β (consiste de elétrons).
• Nenhum desvio corresponde a uma radiação neutra. Essa se chama p çradiação γ.
• Um pequeno desvio no sentido da chapa carregada negativamente corresponde à radiação carregada positivamente e de massa alta. Essa se chama radiação α.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
R i tódi lét
atômicaatômica
Raios catódicos e elétrons
C id i t i tConsidere o seguinte experimento:• Gotas de óleo são borrifadas sobre uma chapa carregada
positivamente contendo um pequeno orifício. positivamente contendo um pequeno orifício. • À medida que as gotas de óleo passam através do orifício, elas são
carregadas negativamente.• A gravidade força as gotas para baixo. O campo elétrico aplicado
força as gotas para cima.• Quando uma gota está perfeitamente equilibrada seu peso é igual à • Quando uma gota está perfeitamente equilibrada, seu peso é igual à
força de atração eletrostática entre a gota e a chapa positiva.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
R i tódi lét
atômicaatômica
Raios catódicos e elétrons
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
R i tódi lét
atômicaatômica
Raios catódicos e elétrons
Utili d t i t Millik d t i • Utilizando este experimento, Millikan determinou que a carga no elétron é 1,60 x 10-19 C.
• Conhecendo a proporção carga-massa, 1,76 x 108 C/g, Millikan calculou a massa do elétron: 9,10 x 10-28 g.
• Com números mais exatos, concluimos que a massa do elétron é 9 10939 x 10-28 g9,10939 x 10 28 g.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
O át ú l
atômicaatômica
O átomo com núcleo• Pela separação da radiação,
conclui se que o átomo consiste de conclui-se que o átomo consiste de entidades neutras e carregadas negativa e positivamente.g p
• Thomson supôs que todas essas espécies carregadas eram
d fencontradas em uma esfera.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
O át ú l
atômicaatômica
O átomo com núcleo Rutherford executou o seguinte experimento:• Uma fonte de partículas α foi colocada na boca de um detector • Uma fonte de partículas α foi colocada na boca de um detector
circular.• As partículas α foram lançadas através de um pedaço de chapa de p ç p ç p
ouro.• A maioria das partículas α passou diretamente através da chapa,
d isem desviar.• Algumas partículas α foram desviadas com ângulos grandes.• Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto o resultado Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado
de Rutherford seria impossível.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
O át ú l
atômicaatômica
O átomo com núcleo
P f i i d tí l t é d • Para fazer com que a maioria das partículas α passe através de um pedaço de chapa sem sofrer desvio, a maior parte do átomo deve consistir de carga negativa difusa de massa baixa − o elétron.consistir de carga negativa difusa de massa baixa o elétron.
• Para explicar o pequeno número de desvios grandes das partículas α, o centro ou núcleo do átomo deve ser constituído de uma carga positiva densa.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô i
O át ú l
atômicaatômica
O átomo com núcleo• Rutherford modificou o modelo de
Thomson da seguinte maneira:Thomson da seguinte maneira:
– Suponha que o átomo é esférico p qmas a carga positiva deve estar localizada no centro, com uma
i dif carga negativa difusa em torno dele.
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô iatômicaatômica
A descoberta da estrutura A descoberta da estrutura tô itô iatômicaatômica
• O átomo consite de entidades neutras, positivas e negativas (prótons elétrons e nêutrons)(prótons, elétrons e nêutrons).
• Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é p , qpequeno. A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo.– Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo
ú d ó O i ó ê ú d número de prótons. Os isótopos têm o mesmo número de prótons, mas números diferentes de nêutrons.
• Os elétrons estão localizados fora do núcleo. Grande parte do volume do átomo se deve aos elétrons.
A visão moderna da estrutura A visão moderna da estrutura tô itô i
Isótopos números atômicos e números de massa
atômicaatômicaIsótopos, números atômicos e números de massa
• Número atômico (Z) = número de prótons no núcleo Número de Número atômico (Z) = número de prótons no núcleo. Número de massa (A) = número total de núcleos no núcleo (por exemplo, prótons e nêutrons).
• Por convenção, para um elemento X, escreve-se XAZ
• Isótopos têm o mesmo Z, porém A é diferente.Z
• Encontramos o Z na tabela periódica.
Pesos atômicosPesos atômicosA escala de massa atômica
• A massa do 1H é 1,6735 x 10-24 g e do 16O é 2,6560 x 10-23 g.
• Definimos: a massa de 12C = exatamente 12 u.
• Usando unidades de massa atômica:
1 u = 1,66054 x 10-24 g1 g = 6,02214 x 1023 u
Como 1mol = 6,02214 x 1023 unidades, Podemos associar u e g para 1 mol de substânciaPodemos associar u e g para 1 mol de substância
Pesos atômicosPesos atômicosMassas atômicas médias
• A massa atômica relativa: massas médias dos isótopos:– O C natural: 98,892 % de 12C + 1,107 % de 13C., ,
• A massa média do C: (0 9893)(12 ) (0 010 )(13 00335) 12 01 • (0,9893)(12 u) + (0,0107)(13,00335) = 12,01 u
• A massa atômica (MA) é também conhecida como massa atômica • A massa atômica (MA) é também conhecida como massa atômica média, ou simplesmente peso atômico.
• As massas atômicas estão relacionadas na tabela periódica.
Espectros de linhas e o Espectros de linhas e o modelo de Bohrmodelo de Bohr
O d l d B h
modelo de Bohrmodelo de Bohr
O modelo de Bohr• Rutherford supôs que os elétrons orbitavam o núcleo da mesma
forma que os planetas orbitam em torno do sol.
• Entretanto, uma partícula carregada movendo em uma trajetória circular deve perder energia.
• Isso significa que o átomo deve ser instável de acordo com a teoria d R h f dde Rutherford.
Natureza ondulatória da luzNatureza ondulatória da luz
Natureza ondulatória da luzNatureza ondulatória da luz
• Todas as ondas têm um comprimento de onda característico, λ, e uma amplitude, A.
• A frequência, ν, de uma onda é o número de ciclos que passam por dum ponto em um segundo.
• A velocidade de uma onda, V, é dada por sua frequência lti li d l i t d d V λmultiplicada pelo seu comprimento de onda. V=ν. λ
• Para a luz, velocidade = c = ν. λ
Natureza ondulatória da luzNatureza ondulatória da luz
Espectros de linhas e o Espectros de linhas e o modelo de Bohrmodelo de Bohr
O modelo de Bohrmodelo de Bohrmodelo de Bohr
• Bohr observou o espectro de linhas de determinados elementos e admitiu que os elétrons estavam confinados em estados específicos de energia Esses foram denominados órbitas ou camadasde energia. Esses foram denominados órbitas, ou camadas.
Espectros de linhas e o Espectros de linhas e o modelo de Bohrmodelo de Bohrmodelo de Bohrmodelo de Bohr
Espectros de linhas• Balmer: descobriu que as linhas no espectro de linhas visíveis do
hidrogênio se encaixam em uma simples equação.
• Mais tarde Rydberg generalizou a equação de Balmer• Mais tarde, Rydberg generalizou a equação de Balmer para:
⎞⎛⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−⋅= 2
221
111096781nnλ
em que 109678 é uma constante empírica.
⎠⎝ 21
q p
Espectros de linhas e o Espectros de linhas e o modelo de Bohrmodelo de Bohr
O modelo de Bohr
modelo de Bohrmodelo de Bohr
O modelo de Bohr• Já que os estados de energia são quantizados, a luz emitida por
át it d d ti d t dátomos excitados deve ser quantizada e aparecer como espectro de linhas.
• Após muita matemática Bohr mostrou que• Após muita matemática, Bohr mostrou que
( ) ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛×−= −
218 1J 1018.2E
onde n representa o número da camada em que se encontra o elétron mais tade conhecida como número quântico principal (por
( )⎠⎝ 2n
elétron, mais tade conhecida como número quântico principal (por exemplo, n = 1, 2, 3, … e nada mais).
Espectros de linhas e o Espectros de linhas e o modelo de Bohrmodelo de Bohr
O modelo de Bohr
modelo de Bohrmodelo de BohrO modelo de Bohr
Espectros de linhas e o Espectros de linhas e o modelo de Bohrmodelo de Bohr
OO ensaioensaio dede chamaschamas
modelo de Bohrmodelo de Bohr
O O ensaioensaio de de chamaschamas
Li Na K
Energia quantizada e fótonsEnergia quantizada e fótons
• Planck: a energia só pode ser liberada (ou absorvida) por átomos em certos pedaços de tamanhos mínimos, chamados quantum.
• A relação entre a energia e a frequência éonde h é a constante de Planck (6,626 × 10-34 J s).
ν= hE
Espectros de linhas e o Espectros de linhas e o modelo de Bohrmodelo de Bohr
O modelo de Bohr
modelo de Bohrmodelo de Bohr
O modelo de Bohr• Podemos mostrar que
( )⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛−×−=
λ=ν=Δ −
2218 11J 1018.2
nnhchE
• Quando ni > nf, a energia é emitida.
⎟⎠
⎜⎝λ if nn
f
• Quando nf > ni, a energia é absorvida.
( ) ⎞⎛18( )⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
×−=
−
22
18 11J1018.21
if nnhcλ
109730
ExercícioExercício
Espectros de linhas e o Espectros de linhas e o modelo de Bohrmodelo de Bohr
Limitações do modelo de Bohr
modelo de Bohrmodelo de Bohr
Limitações do modelo de Bohr
• Pode explicar adequadamente apenas o espectro de linhas do átomo de hidrogênio.
• Os elétrons não são completamente descritos como partículas pequenas.
O Comportamento O Comportamento ondulatório da matériaondulatório da matériaondulatório da matériaondulatório da matéria
• Sabendo-se que a luz tem uma natureza de partícula, parece razoável perguntar se a matéria tem natureza ondulatória.razoável perguntar se a matéria tem natureza ondulatória.
• Utilizando as equações de Einstein e de Planck, De Broglie mostrou:
m vh
=λ
• O momento, mv, é uma propriedade de partícula, enquanto λ é uma propriedade ondulatória.d B li i i d d í l f i• de Broglie resumiu os conceitos de ondas e partículas, com efeitos notáveis se os objetos são pequenos.
O Comportamento O Comportamento ondulatório da matériaondulatório da matériaondulatório da matériaondulatório da matéria
O Comportamento O Comportamento ondulatório da matériaondulatório da matéria
O princípio da incerteza
ondulatório da matériaondulatório da matéria
O princípio da incerteza• O princípio da incerteza de Heisenberg: na escala de massa de
tí l tô i ã d d t i t tpartículas atômicas, não podemos determinar exatamente a posição, a direção do movimento e a velocidade simultaneamente.
• Para os elétrons: não podemos determinar seu momento e sua posição simultaneamenteposição simultaneamente.
• Mas podemos baseando nos na estatística determinar a• Mas podemos, baseando-nos na estatística, determinar a probabilidade de encontrar um elétron em determinada região.
Mecânica quântica e Mecânica quântica e orbitais atômicosorbitais atômicosorbitais atômicosorbitais atômicos
• Schrödinger propôs uma equação que contém os termos onda e tí l f t tí tipartícula, com enfoque estatístico.
A l d l à f d d d fi• A resolução da equação leva às funções de onda, que definem o elétron em termos de energia, posição espacial no átomo, etc.
• O quadrado da função de onda fornece a probabilidade de se encontrar o elétron isto é dá a densidade eletrônica para o átomo eencontrar o elétron, isto é, dá a densidade eletrônica para o átomo e nos leva à definição de orbital.
Mecânica quântica e Mecânica quântica e orbitais atômicosorbitais atômicosorbitais atômicosorbitais atômicos
• Equações de Schrödinger:
PartículasPartículas elementareselementares……
• O Modelo Padrão: