teorias, modelos atômicos e estrutura atômica dos átomos:
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Teorias, modelos atômicos e estrutura
atômica dos átomos:
Átomos, moléculas e íons
Configuração eletrônica
Modelo atômico de Dalton
Entre 1803-1807 surgiu a base para a teoria atômica, no trabalho do professor inglês John Dalton
Dalton e seus Postulados
1. Cada elemento é composto de partes extremamente pequenas chamadas átomos
2. Os átomos de um dado elemento são idênticos
3. Os átomos de um elemento não se convertem em diferentes tipos de átomos em reações químicas
4. Compostos são formados quandos átomos de mais de um elemento se combinam
A teoria de Dalton deu origem a leis simples de combinação química:
1.Lei da composição constante (postulado 4)Em um determinado composto o número relativo de átomos e seus tipos são constantes
2.Lei da conservação das massas (postulado 3)A massa total dos materiais presentes depois da reação química é igual a massa total antes da reação
3.Lei das proporções múltiplasH2O 8g O se combinam com 1g de H (1:1)
H2O2 16g O se combinam com 1g de H (2:1)
Assim a água oxigenada contém 2 x mais oxigênio por hidrogênio do que a água
Hoje se sabe que os átomos possuem uma estrutura interna (não são maciços).
São constituídos de partículas menores ainda, as partículas subatômicas.
Um elemento difere de outro porque seus átomos possuem números diferentes de cada partícula subatômica e, conseqüentemente, diferentes massas e tamanhos.
Descoberta da estrutura atômica
A 1ª partícula subatômica
(elétrons)
1897 por
John Thomson “raios catódicos”
Descoberta da estrutura atômicaComportamento das partículas:
“Partículas de mesma craga se repelem, partículas com cargas diferentes se atraem”
cátodo ânodo
A existência do elétron levava a crer na existência de uma partícula positiva que anulasse a carga negativa, uma vez que o átomo é neutro
Modelo de Thomson (1897)
O átomo seria uma esfera carregada positivamente e os elétrons estariam suspensos nessa massa, “como pudim de ameixas”
Elétrons
Massa Positiva
Radioatividade
1896: Henri Becquerel estudndo urânio descobriu que este mineral emitia radiação de alta energia espontâneamente
Rutherford: revelou 3 tipos de radiação:
Partículas de movimento rápido
compactas, carga positiva elétrons em alta velocidadealta energia, não possui carga
Partículas dispersadas quando passavam por folha de ouro
Rutherford concluiu que quase toda a massa do átomo está concentrada em um núcleo, núcleo atômico
O núcleo é carregado positivamente
Falhas no Modelo de Rutherford
Não explicava como os elétrons estavam localizados ao redor
do núcleo
1919: Rutherford descobre os prótons1923: Chadwick descobre os nêutrons
Rutherford
Com o experimento da folha de ouro comprova a existência de um núcleo atômico. Não explica a distribuição de elétrons ao redor do núcleo.
Propõe que os elétrons estão em constante movimento ao redor do núcleo.
Bohr
2) Átomos liberam ou absorvem energia quando um elétrons passa para outro nível energia
1) Os elétrons podem orbitar somente a certas distâncias do núcleo
3) A energia só é emitida ou absorvida quando ele muda o estado de energia
Sistema solar microscópico no qual os elétrons se movimentam ao redor do núcleo.
Modelo Moderno da Estrutura Atômica
O modelo de Bohr oferece uma explicação para o átomo de hidrogênio, mas não explica o espectro de outros átomos.
O modelo atual é definido pela MECÂNICA QUÂNTICA
O entendimento de como a luz (radiação eletromagnética)
interage com a matéria fornece a compreensão clara do
comportamento dos elétrons no átomo
Estrutura eletrônica
• Descreve as energias e os arranjos dos elétrons ao redor do núcleo
• A observação da interação da luz com a matéria revela bastante sobre a estrutura eletrônica
LUZ = RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Componentes elétricos
Componentes magnéticos
Natureza ondulatória da luz
Comprimento de onda
Amplitude
Ondas que transportam energia
Frequência = número de comprimentos de onda completos que passam por determinado ponto a cada segundo
Comprimento de onda
Frequência
Radiação Eletromagnética
Consiste de campos elétrico e magnético oscilando a uma velocidade de 3 x 108 ms-1 (c) – chamada velocidade da luz
Formas de Radiação Eletromagnética
Luz Visível Ondas de Rádio Microondas Raios-X
Empurra partículas carregadas como os elétrons em uma direção e depois na direção oposta, e assim sucessivamente (um ciclo)
Oscila também quanto a intensidade.
Espectro contínuo
Os átomos desprendem cores características de luz o que fornece
pistas de como os elétrons estão arranjados nos átomos
- Quando o gás H2 recebe alta energia ele emite luz com um comprimento de onda (específico
- H2 (g) absorve energia, elétrons ficam excitados, e quando retornam ao estado fundamental emitem luz
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
Luz+ 984 kJ - 984 kJ
n = 1
n = 2
n = 3
n = 4
E = Efinal - Einicial
Efeito fotoelétricoEINSTEIN propôs que quando um fóton (pacote de energia) atinge
uma superfície metálica emite elétrons
O Modelo atômico de Bohr explicava apenas o H e outros sistemas com um elétron como He +
Erwin Schrödinger - trabalhou em uma teoria com relação ao comportamento do elétron nos átomos utilizando a mecânica quântica.
- dualidade onda partícula do elétron - descreveu o movimento do e- como uma função de onda
A localização de um elétron em um átomo é descrita
por uma função de onda conhecida como orbital
atômico. Os orbitais atômicos são designados por seus
números quânticos.
Forma dos orbitais moleculares
Cada orbital descreve uma distribuição específica da densidade eletrônica no espaço
Números Quânticos
Os números quânticos designam o arranjo eletrônico de todos os átomos (configurações eletrônicas).
1) Número quântico principal (n) – descreve o nível ou camada que o elétron ocupa. Está relacionada com a distância do núcleo e energia do elétron. Pode ser qualquer número inteiro positivo
n = 1, 2, 3, 4, 5 …
2) Número quântico do momento angular (l)– descreve a forma da região espacial que o elétron pode ocupar. Designa um subnível dentro de n. Números inteiros partindo de 0 até n-1
l = 0, 1, 2, 3, 4…
s, p, d, f, g…
3) Número quântico magnético (ml) – está relacionado com a orientação do orbital no espaço. Designa um orbital específico dentro de uma subcamada. Pode ser qualquer valor partindo de -l até + l.
l = 0 m(l) = 0l = 1 m(l) = -1, 0, +1
4) Número quântico magnético de spin (ms) – sentido em que o elétron gira em torno de si mesmo. Pode ser +1/2 (sentido horário) ou -1/2 (sentido anti-horário)
Spin eletrônico
O elétron se comporta como se estivesse girando em volta de um eixo
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+ 1/2
- 1/2
Número quântico magnético
m(s) = +1/2 e -1/2 para cada m(l)
Configurações Eletrônicas no Estado Fundamental
Na Tabela Periódica os elementos foram organizados de acordo com sua Estrutura Eletrônica
Camada de Valência camada eletrônica ocupada de maior (n), número quântico principal
Propriedades Químicas
1860 – Congresso na Alemanha reuniu muitos químicos com a intenção de obter concordância em alguns resultados tais como: existência do átomo, as massas atômicas corretas, e como os elementos se relacionam entre si.
Número atômico (Z) = número de prótons presentes no núcleo atômico
Um elemento químico é definido por seu número atômico.
Isótopos: átomos com mesmo número de prótons (Z)
Composição atômicaNúmero de prótonsNúmero de nêutronsNúmero de elétrons
Número de Massa (A) = soma do número de prótons e nêutrons
Isóbaros: átomos com mesmo número de massa
Símbolo do elemento
A
Z
Linhas Horizontais
Período - Elementos de um mesmo período tem a mesma camada de valência expressa pelo número quântico principal (n)
Linhas Verticais
Grupo - Elementos de um mesmo Grupo tem a mesma configuração de elétrons de valência
Qual a configuração eletrônica do Na no estado fundamental?
Diagrama de Linus Pauling
Na Z = 11
1s2 2s2 2p6 3s1
X
Íons e compostos ionicos
Átomo que perde um elétron = + cátion
Átomo que ganha um elétron = - ânion
Energia de Ionização
Energia necessária para retirar um elétron de um átomo na fase gasosa
I1 → átomo neutroI2 → cátion gasoso com uma carga unitária
Contração devido ao aumento da atração nuclear
A Energia de Ionização diminui com o aumento de camadas
eletrônicas
Menor atração nuclear
A Energia de Ionização aumenta com o aumento de Z
Maior atração nuclear
É um fator de conversão entre o número de átomos, moléculas, íons etc... em gramas, em outras palavras, entre a escala atômica e a escala macroscópica
1 mol contém o mesmo número de espécies (átomos, moléculas, íons, partículas) = 6,022 x 1023
Este é o chamado número de Avogadro
O que é Mol?
Massa molar = a quantidade em gramas de 1 mol (6, 022 x 1023) de qualquer átomo, molécula, etc.