ciencia dos materiais

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Modelo Atmico de BohrEm busca de dar continuidade e reparar erros fsicos apresentados no trabalho feito por Rutherford, o dinamarqus Niels Bohr criou o modelo planetrio, O seu modelo baseia-se no Sistema Solar, no qual os planetas giram ao redor do Sol. Possui como fundamento principal a teoria que o tomo est representado como um ncleo pequeno e carregado positivamente cercado por eltrons que circundam o ncleo, regidos por orbitais que tem nveis de energias quantizados. Esse modelo est organizado em nveis de energia e esses nveis possuem um nmero mximo de eltrons. Bohr chegou a essa concluso com um experimento em que concluiu que um gs emitia luz quando uma corrente eltrica passava nele. O que permitiu concluir que os eltrons armazenavam energia eltrica e liberavam em forma de luz, assim constatando que a energia de um eltron quantizada e organizada em nveis de energia.Nmeros QunticosExistem alguns rtulos paraos eltrons, chamados de nmeros qunticos e denotados pelas letras n,l,m,s. Esses nmeros caracterizam o eltron de forma nica e inequvoca. como descrever uma pessoa a partir de algumas caractersticas, como a cor do cabelo, a estatura e etc. Cadacombinao diferentede n, l e m corresponde a um estado quntico nico chamadoorbital. Os valores destes nmeros qunticos especificam o tamanho, forma e orientao espacial do orbital eletrnico.A teoria da Mecnica Quntica postula que o eltron no pode ser considerado como uma partcula que possui uma rbita com um raio definido. Existe a probabilidade de que o eltron seja encontrado em algumas posies. A localizao do eltron , ento, melhor descrita como umadistribuio de densidade de probabilidade, que tambm chamada denuvem eletrnica.O nmero quntico principalnpode ser entendido como uma medida da energia total quantizada e pode assumir os valores de 1 at 7. Para n = 1 o eltron est no menor estado de energia ou, em outras palavras, orbita o mais prximo possvel do ncleo atmico. Quanto maior forn, maior a distncia da camada at o ncleo.O segundo nmero quntico,l, chamado tambm de nmero quntico domomento angular, descreve o modo como o momento angular do eltron quantizado e tem pequeno efeito sobre a energia; l pode ter somente os valores 0, 1,..., (n 1). Os estados l so usualmente indicados por letras.O terceiro nmero quntico, chamado denmero quntico magntico, governa aorientao espacialda distribuio de densidade de probabilidade eletrnica e uma medida do ngulo entre o vetor momento angular do eltron e um campo magntico aplicado;pode ter somente valores inteiros entre - l e +l, inclusive zero.O quarto nmero quntico,, chamado nmero quntico dospindo eltron. De acordo com o princpio de excluso de Pauli, cada orbital no pode ter mais que dois eltrons, e estes dois devem terspinsopostos (e). Usualmente utiliza-se uma seta para cima () para indicarpositivo (ouspinpositivo) e seta para baixo () para indicarnegativo. Para catalogar os elementos suficiente designar apenas os valores de n e l e o nmero de eltrons em cada estado l.Princpio de excluso de PauliDe acordo com a Qumica Quntica, para cada eltron em um tomo poder ser associado um conjunto de valores referente aos quatro nmeros qunticos, que determinaro a posio ocupada pelo eltron, incluindo o orbital, assim como a orientao em que executa seu movimento de rotao. No existem dois eltrons em um tomo que podem ter nmeros qunticos idnticos. Este um exemplo de um princpio geral que se aplica no s para eltrons, mas tambm a outras partculas de spin semi-inteiros (os frmions), no se aplicando a partculas de spin inteiras (bsons). O princpio foi formulado pelo fsico austraco Wolfgang Pauli em 1925. O princpio de excluso de Pauli de extrema importncia j que os principais constituintes da matria ordinria (eltrons, prtons e nutrons), sendo estes exemplos de frmions, incluindo ainda partculas elementares, como os quarks (partculas constituintes de prtons e nutrons) e neutrinos, tm que lhe obedecer. De fato, muitas propriedades fsicas e qumicas observadas na matria, como a sua estabilidade, as regularidades expressas na tabela peridica ou as ligaes qumicas entre os elementos, devem-se ao princpio de excluso de Pauli.Uma das implicaes mais visveis do princpio de excluso de Pauli observado nos eltrons. Segundo este princpio, cada estado quntico num sistema fsico pode ser ocupado, no mximo, por um eltron. Considerando o tomo como um sistema fsico, daqui se deduz que no possvel que existam dois eltrons com a mesma energia (isto , ocupando a mesma camada no tomo) e que possuam os mesmos nmeros qunticos. Desta forma, o nmero mximo de eltrons numa camada ou orbital de dois e os seus spins tero de ser opostos. O princpio da excluso de Pauli coloca assim limitaes ao princpio da energia mnima que afirma que todo o sistema tem uma tendncia natural para se manter no estado de energia mnima possvel pelo que, no caso dos tomos, os eltrons teriam tendncia para se concentrar na primeira orbital, junto ao ncleo. Com base nestes dois princpios e com o apoio da Regra de Hund, possvel efetuar a distribuio dos eltrons de qualquer tomo pelas diferentes orbitais no tomo e, consequentemente, deduzir toda a tabela peridica dos elementos.Ligaes QumicasPara falar de ligaes qumicas temos que entender que h duas foras distintas atuando de forma simultnea na matria. Esto classificadas em foras intramoleculares que so as ligaes que ocorrem entre uma molcula e outra e podem ser do tipo inica, covalente ou metlica, e foras intermoleculares que ocorrem no interior da molcula e so de trs tipos, pontes de hidrognio, dipolo - dipolo ou foras de Van der Walls.As ligaes inicas ocorrem atravs dos ons, que so tomos que possuem uma carga eltrica por adio ou perda de um ou mais eltrons, portanto um nion, de carga eltrica negativa, se une com um ction de carga positiva formando um composto inico por meio da interao eletrosttica existente entre eles. Nas ligaes covalentes no necessariamente ocorre entre um tomo e outro, mas sim de ligaes em que ocorre o compartilhamento de eltrons para a formao de molculas estveis, segundo a Teoria do Octeto. Ligaes metlicas so caracterizadas por ser uma ligao que ocorre entre os metais, elementos considerados eletropositivos e bons condutores trmico e eltrico. Para tanto, alguns metais perdem eltrons da sua ltima camada chamados de "eltrons livres" formando assim, os ctions.Ligaes denominadas de pontes de hidrognio so consideradas a mais forte entres as demais intermoleculares e ela se d pela juno de dois tomos polares que possuem que, de um lado um tomo muito eletronegativo se ligando a um muito eletropositivo. Dipolo dipolo ocorre da mesma forma que a ligao de pontes de hidrognio, s que menos intensas. Considerada a mais fraca entre as demais, a fora de Van der Walls ou fora de London se estabelece em tomos apolares e se caracteriza por no haver atrao eltrica entre elas. Impacto das ligaes qumicas nas propriedades dos materiaisAs propriedades dos materiais, tais como estado fsico, ponto de fuso, ponto de ebulio, densidade, entre outros, so correlacionadas com as ligaes qumicas que os seus tomos realizam para a sua formao.Nos materiais formados por ligaes inicas, a atraes dos ons acaba produzindo aglomerados com formas geomtricas e iguais, formando os retculos cristalinos. So slidos a temperatura ambiente por conta da fora que as ligaes inicas possuem e da organizao dos tomos. Possuem elevados pontos de fuso e ebulio, j que necessria uma grande quantidade de energia, ou seja, altas temperaturas, para quebrar a atrao entre os ons. Geralmente, so materiais quebradios, desestruturando-se quando sofrem algum impacto, pois, ao sofrerem algum tipo de tenso, os ons de mesma carga repelem-se. Alm de serem polares, os materiais compostos por ligaes inicas so timos condutores eltricos.Os materiais formados por ligaes covalentes podem se apresentar nos trs estados fsicos a temperatura ambiente dependendo do comportamento de cada elemento qumico ou molcula. Possuem pontos de fuso e ebulio menores se comparados aos materiais inicos e podem ser polares e apolares, dependendo dos tomos que constituem o material. Geralmente, no conduzem corrente eltrica.Em sua maioria, os materiais formados por ligaes metlicas esto, a temperatura ambiente, na forma slida. Podem apresentar brilho metlico, so timos condutores de eletricidade e calor e possuem densidade elevada. Os pontos de fuso e ebulio so altamente elevados. Muitos metais so empregados na indstria por conta desse aspecto, em caldeiras ou reatores nucleares, por exemplo. Alguns metais so exceo a esse tipo de propriedade, como o mercrio e os metais alcalinos terrosos. So maleveis, ou seja, podem ser transformados em lminas, dcteis, propriedade em que o metal pode ser transformado em fios e resistentes a trao.RefernciasBREYER, A. et al. Ligaes Qumicas: a construo de modelos que buscam explicar e prever as propriedades das substncias. Porto Alegre. Colgio de Aplicao/UFRGS, s/d, mimeoL. Pauling e E.B. Wilson, Introduction to Quantum Mechanics - With Applications to Chemistry (McGrawHill Book Company, New York, 1935).

Massimi, Michela. Pauli's Exclusion Principle (em ingls). [S.l.]: Cambridge University Press, 2005.R. Eisberg e R. Resnick, Fsica Quntica dos tomos, Molculas, Slidos, Ncleos e Partculas (Ed. Campus, Rio de Janeiro, 1979).

Solomons,T.W.G., Qumica Orgnica, Rio de Janeiro: LTC, 1983. v,3.