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21-11-2014 1 Sumário Das Estrelas ao átomo – Unidade temática 1 O átomo de hidrogénio e a estrutura atómica Espectro do átomo de hidrogénio. Quantização de energia. História do átomo, modelos atómicos: De Dalton ao modelo quântico. APSA 6– Espectro atómico do átomo de hidrogénio. 17/11/2014 O átomo de H e a estrutura atómica Espectro do átomo de hidrogénio Porque é que o espectro do átomo de hidrogénio é descontínuo? 17/11/2014

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21-11-2014

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Sumário

Das Estrelas ao átomo – Unidade temática 1

O átomo de hidrogénio e a estrutura atómica

• Espectro do átomo de hidrogénio. • Quantização de energia. • História do átomo, modelos atómicos: De Dalton ao modelo quântico. APSA 6– Espectro atómico do átomo de hidrogénio.

17/11/2014

O átomo de H e a estrutura atómica

Espectro do átomo de hidrogénio

Porque é que o espectro do átomo de hidrogénio é descontínuo?

17/11/2014

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Porque é que o espectro do átomo de hidrogénio é descontínuo?

Após Max Planck ter enunciado a quantificação da energia e Einstein ter interpretado o efeito fotoelétrico, Bohr forneceu uma explicação teórica para o átomo de hidrogénio.

Bohr para colmatar as falhas do modelo de Rutherford, apresentou algumas ideias, que ficaram conhecidas por postulados de Bohr:

1. O eletrão só pode ocupar certas “orbitas” com determinado raio.

2. A cada “orbita” está associado um certo valor de energia.

3. Os eletrões só podem transitar para “orbitas” permitidas por absorção ou emissão de certas quantidades de energia.

Diz-se que a energia do eletrão está quantizada ou quantificada.

O átomo de H e a estrutura atómica Espectro do átomo de hidrogénio

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A energia do eletrão está quantizada ou quantificada.

Ao subir uma escada só se sobe degrau a degrau.

Não é possível subir meio degrau!!!

O átomo de H e a estrutura atómica Espectro do átomo de hidrogénio

No átomo, só alguns estados de energia são permitidos para o eletrão – são os estados

estacionários ou níveis de energia. O eletrão nunca poderá ter valores de energia que

não pertençam a um destes estados estacionários. Diz-se por isso que a energia do

eletrão no átomo está quantizada ou quantificada.

Para Bohr os estados estacionários correspondiam a órbitas eletrónicas bem definidas.

Para que o eletrão possa transitar de um estado estacionário para outro tem de haver

emissão ou absorção de energia.

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Excitação/Desexcitação

Os átomos e as moléculas podem ser excitados por:

- corrente elétrica num filamento metálico;

- impacto de eletrões em sólidos;

- descargas elétricas em gases rarefeitos;

- reações químicas (combustões);

- absorção de radiações eletromagnéticas (visível e UV).

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Absorção de energia

Se o átomo receber energia suficiente para que o eletrão passe a um nível de maior

energia, o átomo passa a um estado excitado.

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Emissão de energia

O eletrão ao passar a um nível de menor energia (desexcitação), há emissão de energia

na forma de radiação e o átomo passa a um estado de menor energia.

O átomo de H e a estrutura atómica Espectro do átomo de hidrogénio

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O átomo de H e a estrutura atómica Espectro do átomo de hidrogénio

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Resumindo

• Se o eletrão se encontra no nível de energia mais baixo (nível 1) diz-se que o átomo

de hidrogénio está no estado fundamental.

• Se o eletrão absorver energia e transitar para um nível energético superior diz-se que

o átomo ficou excitado.

• A energia de excitação pode ser causada por uma descarga elétrica, choques entre

partículas e por ondas eletromagnéticas.

• O estado excitado não é estável e o átomo volta ao estado fundamental, libertando

espontaneamente a energia adicional através de fotões de luz.

• O estado fundamental é o mais estável.

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Quantização da energia dos níveis

• Níveis energéticos.

• As diferenças energéticas (E) entre os

vários níveis não apresentam o mesmo

valor.

E1

E2

E3

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Quantização da energia dos níveis

• Fora do átomo o eletrão, supostamente no infinito, tem um valor zero de energia

devido a estar fora do raio de ação do núcleo.

Energia máxima do eletrão = 0 J.

• Se a energia máxima é zero (fora do raio de ação do núcleo) então todos os valores

de energia do eletrão dentro do átomo são negativos.

• Quanto mais próximo do núcleo mais baixa será a energia do eletrão.

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Quantização da energia dos níveis

• Bohr, usando argumentos baseados em interações

electroestáticas e nas leis do movimento de Newton,

estabeleceu uma relação matemática para os valores

das energias que o eletrão pode assumir em cada

nível.

Bohr (1885-1962)

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Quantização da energia dos níveis

As riscas surgem mais espaçadas à medida que os comprimentos de onda aumentam.

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Energia da radiação emitida

E Radiação emitida = E f – E i

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Séries espectrais do átomo de hidrogénio

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Séries espectrais do átomo de hidrogénio

• Série de Lyman:

Zona do Ultravioleta (transição de um nível superior para o nível n = 1).

• Série de Balmer:

Zona do Visível (transição de um nível superior para o nível n = 2).

• Série de Paschen:

Zona do Infravermelho (transição de um nível superior para o nível n = 3).

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História do átomo, modelos atómicos

Modelo Grego

Leucipo e Demócrito (400 a.C.) – Atomistas

Sustentavam a ideia que toda a matéria era

descontínua e formada por partículas muito

pequenas e indivisíveis os átomos.

(A = não ; tomo = divisão)

ÁTOMO = não + divisível

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Modelo de Dalton

Baseado nas “Leis Ponderais” (1808)

(Lei de Lavoisier ou lei da conservação das massas, lei de Proust

ou lei das proporções constantes, …)

• Esfera maciça;

• Indivisível;

• Indestrutível;

• Perpétuo;

• Sem carga elétrica.

“Modelo da Bola de Bilhar” – o átomo é como uma pequena esfera sólida.

(1766 – 1844)

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Modelo Atómico de Thomson

Em 1897, Thomson, propôs um novo modelo, após a

descoberta do eletrão.

Admitiu que o átomo era uma esfera maciça de carga

positiva, estando os eletrões dispersos no seu interior.

(tal como as passas num pudim).

Joseph Thomson (1856-1940)

“Modelo do Pudim de passas”

• Esfera maciça;

• Divisível;

• Indestrutível;

• Perpétuo;

• Com carga elétrica. (positiva e negativa)

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Descoberta do eletrão por Joseph J. Thomson

No final do século XIX, Joseph J. Thomson, estudou as descargas elétricas produzidas

num tubo de Crockes, quando se submetia um gás a baixa pressão e a elevadas

diferenças de potencial.

Tubo de Crockes

(10 000 V – 20 000 V)

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Descoberta do eletrão por Joseph J. Thomson

Do cátodo sai um fluxo de partículas

denominado raios catódicos, que se

dirigem à parede oposta do tubo,

produzindo uma fluorescência devido

ao choque dos eletrões, com os átomos

do vidro da ampola.

Os raios catódicos, ao incidirem sobre

um anteparo, produzem uma sombra na

parede oposta do tubo, permitindo

concluir que se propagam em linha

reta.

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Descoberta do eletrão por Joseph John Thomson

Os raios catódicos conseguem pôr em

movimento um molinete ou catavento

de mica, permitindo concluir que são

dotados de massa.

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Descoberta do eletrão por Joseph John Thomson

Os raios catódicos são desviados por

campos elétricos e magnéticos,

permitindo concluir que são eletrões.

Sendo os raios catódicos um fluxo de

eletrões, podemos concluir que:

• os eletrões se propagam em linha reta;

• os eletrões possuem massa (são

partículas ou corpúsculos);

• os eletrões possuem carga elétrica de

natureza negativa.

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Modelo planetário de Ernest Rutherford 1911

• Núcleo e eletrosfera

• Núcleo pequeno e denso

• Eletrosfera de 10 000 a 100 000 vezes

maior que o núcleo e vazia.

Rutherford (1871-1937) Neozelandês

Rutherford, fez uma analogia

com o movimento dos planetas

em torno do Sol.

Introduziu o conceito de núcleo

atómico. “Modelo Planetário”

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Experiência da “Folha de ouro” – Ernest Rutherford 1911

• A grande maioria das partículas α passam pela folha sem serem defletidas.

• Foram poucas as partículas α defletidas pela folha de ouro.

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Experiência da “Folha de ouro” – Ernest Rutherford 1911

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Modelo planetário de Ernest Rutherford 1911

• A maior parte do espaço do átomo é

espaço vazio.

• No seu interior, existe uma pequena região

central positiva (núcleo).

• No núcleo encontra-se a maior parte da

massa do átomo.

• Os eletrões giram à volta do núcleo em

orbitas circulares.

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Modelo de Bohr

• Concebido, em 1913, por Bohr.

• O átomo possuí um núcleo central.

• Os eletrões descrevem orbitas circulares em torno do núcleo.

• Os eletrões só podem ocupar determinados níveis de energia.

• A cada orbita corresponde um valor de energia.

Niels Bohr

(1885 – 1962)

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Modelo de Bohr

K L M N O P Q

) ) ) ) ) ) ) Núcleo

Eletrosfera

) ) ) Fotão

Fotão

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Modelo Quântico (1926) – Schröedinger e Heisenberg

• O átomo possui um núcleo central de reduzidas

dimensões e uma nuvem eletrónica.

• No núcleo encontram-se os protões e os

neutrões.

• Os eletrões encontram-se à volta do núcleo, na

nuvem eletrónica.

• É possível falar em zonas onde a probabilidade

de encontrar o eletrão é maior. Erwin Schrödinger

(1887-1961)

Werner Heisenberg

(1901-1976)

Orbital

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TPC

• APSA 6 – Espectro atómico do átomo de hidrogénio (exercícios que ficarem por fazer).

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