MODELO ATÔMICO: DO SIMPLES AO ELABORADO

UMA TENTATIVA DE DESVENDAR OS MISTÉRIOS DA MATÉRIA

� Leucipo → Demócrito → Epicuro (de 400-250 a.C): a matéria seria constituída de átomos e espaços vazios;

� Aristóteles (384-322 a.C.): a matéria seria contínua. Negava a existência de espaços vazios na matéria. As menores partículas seriam grãos de matéria, que exibiriam todas as suas propriedades. Por mais de 2000 anos prevaleceu a teoria aristotélica...

� Stahl, séc. XVIII: Flogistico, um outro elemento?

Século XIX � 1803 (?) : Dalton retomou a hipótese atômica para e xplicar as Leis

Ponderais, o comportamento dos diversos gases da at mosfera e das misturas gasosas;

� 1833: Faraday estabelece uma relação entre a eletricidade e a idéia de partículas;

� Segunda metade do século:

Willian Crookes desenvolve a ampola de raios catódicos.

� 1897: J. J. Thomson comprovou a natureza corpuscula r dos raios catódicos e mediu não só a velocidade das par tículas, mas também a relação entre sua carga e sua massa (E m 1911, Millikan determina a carga do elétron).

� 1900: A partir dos resultados de suas experiências, Thomson propõe um novo modelo para o átomo...

� Porém, antes do modelo atômico de Thomson, outros experimentos marcaram o final do século XIX e provocaram conseqüências profundas no século XX: a descoberta do raio X por Rötngen (1895), a descoberta e os estudos sobre a radioatividade realizados por Henri Becquerel (1896) e o casal Curie e a descoberta das radiações α, β α, β α, β α, β e γγγγ por Rutherford (1898);

� Experimento I de Rutherford:

PRIMEIRA METADE DO SÉCULO XX

� Experimento II de Rutherford (orientador): � Resultado esperado: de acordo com os cálculos de Ge iger e Marsden

a partir dos conhecimentos já disponíveis sobre a f orça de interação coulombiana que ocorre entre partículas carregadas:

� Resultados reais obtidos:

� Rutherford propõe um novo modelo atômico:

� O átomo é constituído por duas regiões: a eletrosfera e o núcleo;

� No núcleo estaria concentrada toda a massa do átomo. Esse núcleo seria ainda formado por prótons (de carga + e m = 1,6 · 10-24) e nêutrons (sem carga e m = 1,672x10 -24 g). Esta última partícula foi verificada experimentalmente por Chadwick em 1932;

� A eletrosfera seria povoada por elétrons (de carga – e m = 9.10 × 10−28 g);

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UNIVERSO ATÔMICO E SUAS PARTÍCULAS

CONCEITOS IMPORTANTES

ESTRUTURA BÁSICA

� Partículas básicas do núcleo e da eletrosfera

Um átomo eletricamente neutro possui igual n° de pr ótons e elétrons *Íons: átomo com n ° diferente de prótons e elétrons.

� Número atômico (Z) = n° de prótons

� Número de massa (A): A = Z + n

� Representação simbólica:

Exemplos: 1) Átomo eletricamente neutro: 2) Átomo eletricamen te carregado:

� Elemento químico e isótopos

� Elemento químico: conjunto de átomos de mesmo número atômico;

� Isótopos: átomos de mesmo Z, mas com A diferente;

� Qual seria então a massa do elemento químico Hidrogênio?

� Representação simbólica:

� Determinação da massa do elemento químico

� A massa atômica de um

elemento químico é a média ponderada das massas atômicas de seus isótopos.

MAE = x%.MA I1 + ... + x%MA In

100

Exemplo:

MAN = 99,63.14 + 0,37.15 100

MAN = 14,004 u

� Aprimoramento do modelo de Rutherford: PRELÚDIO

� 1675: Newton faz experimentos com a decomposição da luz

� Espectro eletromagnético: � Em um movimento ondulatório é possível identificar dois elementos

principais:

� O comprimento de onda ( λλλλ) e a freqüência ( νννν) que mantêm a seguinte relação:

� 1859: Kircchhoff e Bunsen começam a estudar os espe ctros dos átomos;

� Aprimoramento do modelo de Rutherford: PRELÚDIO

� Espectro eletromagnético

� 1900: Planck propôs que a radiação é emitida na for ma descontínua, em minúsculas quantidades fixas, denominadas quanta.

ε = hν

MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD-BOHR

� Principais postulados: � O elétron estaria em órbita circular em torno no nú cleo; � A energia do elétron estaria quantizada associada e ntão a um nível de

energia ou camada; � O elétron estaria em estado estacionário de energia . Nessa condição,

o átomo estaria no chamado estado fundamental (esta do mínimo de energia);

� Ao receber energia, os elétrons realizariam saltos quânticos (a níveis mais energéticos). Retornando para sua posição orig inal, o elétron devolveria a energia recebida sob a forma de ondas eletromagnéticas;

MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD-BOHR

LIMITAÇÕES DA MECÂNICA CLÁSSICA E O SURGIMENTO DA MECÂNICA ONDULATÓRIA (Quântica)

1 – DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA DA MATÉRIA

� Louis de Broglie (1924): sugeriu que assim como “as ondas de luz” tinham propriedades de partículas o inverso também deveria ser válido. De Broglie propôs que toda partícula está associada a um comprimento de onda λ λ λ λ , que poderia ser determinado pela seguinte equação :

λλλλ = h.m–1.νννν−−−−1111

Em que h é a constante de Planck ( h = 6,6260693 x 10 -34 J.s)

2 – PRINCÍPIO DA INCERTEZA

� Heisenberg (1925): quando se deseja descrever a tra jetória de uma

partícula em movimento, deve-se determinar sua posi ção e velocidade. Para partículas macroscópicas isso é perfeitamente possível. No entanto, Heisenberg propôs um princípio que revela a significativa incerteza em se determinar a velocidade e posição ( portanto, trajetória) de partículas atômicas (elétrons).

3 – FUNÇÃO DE ONDA E OS ORBITAIS

� Schrödinger (1926): após a elucidação do caráter on dulatório do elétron, os esforços dos cientistas se direcionaram no senti do de adaptar o modelo de Bohr a esse conceito. Uma brilhante soluç ão foi então encontrada por Erwin Schrödinger (contribuições pos teriores de Paul Dirac).

Utilizando a equação de De Broglie, Schrödinger de duziu uma equação de onda tridimensional para os elétrons. Calculando as soluções possíveis para essa equação e plotando em um gráfico, são obt idas as posições com probabilidade de conter o elétron. Essa região é en tão chamada de orbital:

Possível região em que podem ser encontrados os 2 primeiros elétrons

� As soluções numéricas para essa equação, denominada s números

quânticos (principal, secundário, magnético e spin) , permitem que cada elétron seja caracterizado pela sua quantidade de e nergia.