Faculdade de Tecnologia e Ciências – FTCColegiado de Engenharia CivilQuímica Geral

PROFESSORA: Shaiala Aquinoshaiaquino@hotmail.com

AULA 02

Estrutura Atômica

Evolução da Estrutura Atômica

Modelo de Demócrito

Modelo de Thomson

Modelo de Bohr

Modelo de Dalton

Modelo de Rutherford

Modelo da Nuvem

Eletrônica

Teoria Atômica de Dalton Entre 1803 e 1808, Dalton propôs uma teoria para

explicar as leis enunciadas por Lavoisier e Proust.

John Dalton (1766 – 1844)

1 – Matéria é formada por átomos.

2 – Átomos são indestrutíveis e imutáveis.

3 – Cada elemento é caracterizado pela sua massa.

4 –Elementos combinam –se em razões de números inteiros.

Dalton acreditava que o átomo era:

uma esfera maciça homogênea indestrutível indivisível Carga elétrica neutra

Teoria da bola de bilhar

Teoria Atômica de Dalton

Sir Joseph John Thomson ( 1856 – 1940)

Tubos de raios catódicos

Os raios catódicos são constituídos pelo fluxo de partículas menores que o átomo é dotados de carga elétrica negativa – Os elétrons.

Teoria Atômica de Thomson

Teoria Atômica de Thomson

Eletrodo negativo

Eletrodo Positivo

Ímã

Tela sensibilizada

Partículas eletricamente carregadas

1. Um feixe de elétrons (raios de cátodo) passa através de um campo elétrico e de um campo magnético.

2. Campo elétrico faz com que o feixe de elétrons seja defletido em um sentido. O campo magnético deflete o feixe no sentido oposto.

3. A relação da carga-massa do elétron determinada balanceando-se os efeitos desses campos.

Experiência da Gota de Óleo de Millikan

Robert Andrews Millikan1868 - 1953

1. Nada pode possuir carga menor do que a do elétron (chamada carga fundamental e = 1,60x10 -19 C);

2. Toda a carga elétrica é um múltiplo inteiro da carga fundamental, ou seja, Q = N.e (N é um inteiro).

Experiência da Gota de Óleo de Millikan

1. Um névoa fina de gotas de óleo é introduzida em uma câmara. As gotas caem uma a uma na câmara inferior.

2. As moléculas de gás na câmara inferior são ionizadas (separadas em elétrons e em fragmento positivo) por um feixe de raios X.

3. Os elétrons aderem-se às gotículas de óleo.

4. As gotículas negativamente carregadas caem devido à força da gravidade.

5. Ajuste da tensão nas placas, a força da gravidade sobre a gotícula balanceada pela atração da gota negativa pela placa superior, positiva . A analise dessas forças fornece um valor para a carga no elétron.

Descoberta do Próton

Eugene Goldstein (1850 – 1930)

Descoberta do Próton

Teoria Atômica de Rutherford

Ernest Rutherford (1871 – 1937)

O átomo consistiria em um núcleo muito pequeno, positivamente carregado, rodeado por uma nuvem de elétrons. A massa do átomo estaria quase que totalmente concentrada no núcleo.

Modelo Atômico de Rutherford

Descoberta do Nêutron

James Chadwick (1891 – 1974)

Os átomos são constituídos por núcleos muito pequenos e muito densos, cercados por “nuvens” de elétrons relativamente grandes distâncias do núcleo. Todos os núcleos contêm prótons. Núcleos de todos os átomos, exceto o hidrogênio, contêm também nêutrons.

Partícula Massa (g) Carga (C) Unidade de Carga

Elétron 9,1095 x10 -28 -1,6022 x 10 -19 -1

Próton 1,67252 x 10 -24 -1,6022 x 10 -19 +1

Nêutron 1,67495 x 10 -24 0 0

Teoria Atômica Moderna (Século XX)

Qual a relação entre a estrutura atômica e o comportamento químico das substâncias?

Interação da Luz/matéria - As substâncias emitem e absorvem luz.

Mas, o que é a luz?

Radiação Eletromagnética

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Nó

Amplitude

Teoria Atômica Moderna (Século XX)

DireçãoCampo elétricoCampo magnético

Grandeza Símbolo Unidade S.I.

Frequência  ν  (letra grega ni ) Hertz (Hz)

Comprimento de Onda

λ(letra grega lambda) Metro (m)

Amplitude A Metro (m)

V

Espectros visível da luz.

16

Teoria Atômica Moderna (Século XX)

Para explicar a relação entre temperatura, a intensidade luminosa e os comprimentos de onda da radiação emitida por um corpo negro, em 1900 o físico alemão chamado Max Planck propôs que a energia absorvida ou liberada só poderia ocorrer em “pacotes” definidos de tamanhos mínimos, que receberam o nome de QUANTUM.

Energia Quantizada

Max Planck1858 - 1947

Energia Quantizada

Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons.

Albert Einstein1879 - 1955

O fóton é um pacote minúsculo de energia que se comporta como uma

partícula.

Efeito Fotoelétrico

Energia Radiante

Elétrons Emitidos

Superfície Metálica

Terminal Positivo

Energia Radiante

CâmaraEvacuada

Superfície Metálica

Fonte de Voltagem

Indicador de Corrente

Capacidade da luz em ejetar elétrons de diversas superfícies metálicas.

Espectros de LinhasRadiação composta por um único comprimento de onda é chamada de monocromática.

A radiação que se varre uma matriz completa de diferentes comprimentos de onda é chamada de contínua.

A luz branca pode ser separada em um espectro contínuo de cores.

Tela

Prisma

Fenda

Fonte de Luz

Teoria Atômica de Bohr

Os elétrons movem-se ao redor do núcleo em trajetórias circulares, chamadas camadas ou níveis.

Cada um desses níveis tem um valor determinado de energia.

Não é permitido a um elétron permanecer entre dois níveis.

Niels H. D. Bohr (1885 – 1962)

O retorno do elétron ao nível inicial é acompanhado pela liberação de energia na forma de ondas eletromagnéticas.

Uma novidade da teoria de Bohr está na afirmação de a energia dos elétrons ser quantizada, isto é, ter apenas alguns determinados valores.

Modelo Atômico de Bohr

Modelo de Bohr

Os átomos são estáveis, e seus espectros de emissão são discretos, isto é, mostram apenas algumas freqüências bem

definidas, específicas de cada elemento.23

Modelo Atômico de Bohr

Teoria Atômica de Bohr

Elétron na orbita de menor energia

Elétron absorve a quantidade de energia

do fóton adequado.

Teoria Atômica de Bohr

Na

Este modelo adequa-se muito bem a átomos com apenas um eletron, falhando para átomos com vários eletrons;

Este modelo também não explica a interação entre vários átomos.

No entanto, ainda é o modelo mental utilizado por muitos cientistas, visto ser de fácil visualização.

Teoria Atômica de Bohr

Mecânica Quântica do Átomo

COMO PODE UM ELÉTRON SER UMA PARTÍCULA E UMA ONDA?

Hipótese de De Broglie – Um elétron em um átomo pode ser descrito por equações para o movimento ondulatório.

Princípio da incerteza de Heisenberg É impossível fixar a posição de um elétron em um átomo e sua energia com qualquer grau de certeza se o elétron for escrito como uma onda. 27

Werner Heisenberg (1901 – 1976)

Mecânica Quântica e Orbitais Atômicos

Schrödinger propôs uma equação que contém os termos onda e partícula.

A resolução da equação leva às funções de onda.

A função de onda fornece o contorno do orbital eletrônico.

O quadrado da função de onda fornece a probabilidade de se encontrar o elétron, isto é, dá a densidade eletrônica para o átomo.

Erwin Schrödinger1887 - 1961

Mecânica Quântica e Orbitais AtômicosSchrödinger desenvolveu uma equação para calcular a

amplitude da onda em vários pontos do espaço. O quadrado da amplitude é proporcional à probabilidade de encontrar uma partícula nesse ponto. Por essa razão, ψ2 é chamada de densidade de probabilidade.

Para os elétrons, é chamada de densidade eletrônica, a partir da qual são criados os diagramas de nuvens eletrônicas.

z

x

y

Os números quânticos descrevem as energias dos elétrons nos átomos e são de enorme relevância quando se trata de descrever a posição dos elétrons nos átomos.

Orbitais e Números Quânticos

Número quântico principal (n);

Número quântico secundário ou azimutal (l );

Número quântico magnético (m ou ml ) ;

Número quântico spin (s ou ms).

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l : Indica a energia do elétron no subnível.

n: Indica o nível de energia do elétron no átomo.

Orbitais e Números Quânticos

2n2

2p representa o subnível p l = 1) do 2º nível.

3d representa o subnível p ( l = 1) do 2º nível.

Níveis e Subníveis de Energia

Spin Eletrônico e o Princípio da Exclusão de PauliO spin eletrônico é quantizado,

definido como 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.

33ou

Orbital cheio elétrons emparelhados

Orbital semicheio elétrons desemparelhados

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Regra de Hund Em um dado subnível, os elétrons tendem a ocupar

orbitais diferentes e a manter spins desemparelhados.

Ex: Preenchimento da subcamada d:

-2 -1 0 1 2

Distribuição Eletrônica em Níveis e Subníveis de Energia

Período: 1 1s2

Período: 2 2s2 2p6

Período: 3 3s2 3p6 3d10

Período: 4 4s2 4p6 4d10 4f14

Período: 5 5s2 5p6 5d10 5f14

Período: 6 6s2 6p6 6d10

Período: 7 7s2 7p6

Diagrama de Linus Pauling