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QUÍMICA INORGÂNICA I Prof. Priscila Silva Estrutura Eletrônica dos Átomos Parte 1 • Evolução dos modelos atômicos •Ondas eletromagnéticas •Origem da teoria quântica •O efeito fotoelétrico •O modelo atômico de Bohr •Propriedades ondulatórias da matéria •A equação de onda de Schrödinger Evolução dos modelos atômicos Demócrito: partícula indivisível Chadwick: Comprovou a existência do nêutron V a.C. 1808 1898 1911 1932 Dalton: bola de bilhar Thomson: pudim de passas Rutherford: existência do núcleo, previu existência de nêutrons 2 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Tubo de raios catódicos (radiação) Razão entre carga elétrica e a massa de um elétron. (1906 Prêmio Nobel de Física) Experimento de J. J. Thomson (1898) Fonte de alta tensão Ânodo Cátodo Tela fluorescente Fonte de alta tensão Ânodo Cátodo Tela fluorescente (-) (+) campo elétrico desligado campo magnético ligado campo elétrico desligado campo magnético desligado campo elétrico ligado campo magnético desligado 3 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Tubo de raios catódicos Modelo atômico de Thomson 4 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Experimento de R. A. Millikan (1908) carga e- = -1,60 x 10-19 C (Thomson) razão carga/massa e- = -1,76 x 108 C/g massa e- = 9,10 x 10-28 g Medida da massa do e- a partir do valor da carga: (Prêmio Nobel de Física em 1923) Atomizador Prato carregado Gotículas de óleo Abertura do telescópio Gotícula de óleo sobre observação Prato carregado (+) (-) orifício carga carga / massa Massa do e - = 5 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Experimento de Ernest Rutherford (1911) Lâmina de ouro Tela de detecção Fenda Emissor de partículas (+) Velocidade de partículas ~ 1,4 x 107 m/s (~ 5% da velocidade da luz) Substância Radioativa 6 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 1. Cargas positivas do átomo estão no núcleo. 2. Próton (p) tem carga oposta (+) a do elétron (-). 3. A massa do p 1840 x a massa do e- (1,67 x 10-24 g). Conclusões de Rutherford (1911) 7 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 100.000 x menor Bola de gude Raio atômico ~ 100 pm = 1 x 10-10 m Raio nuclear ~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m Modelo Atômico de Rutherford 8 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Quais os problemas do modelo de Rutherford ? 1- Não considerava os nêutrons. 2- O modelo de elétrons girando ao redor do núcleo era inconsciente com a teoria clássica do eletromagnetismo. 3- Não explicava os novos fenômenos observados. 9 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Radiação de corpo negro Todos os corpos emitem radiação eletromagnética Corpo negro 10 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Nascimento da teoria quântica Aumentando-se gradativamente a temperatura de um corpo, ele começa a emitir luz visível, de início a luz vermelha, passando a seguir para a amarela, a verde, a azul e, em altas temperaturas, a luz branca, chegando à região do ultravioleta do espectro eletromagnético. Max Planck E=nhn h= 6,626 x 10-34 J.s 11 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Nascimento da teoria quântica Aumentando-se gradativamente a temperatura de um corpo, ele começa a emitir luz visível, de início a luz vermelha, passando a seguir para a amarela, a verde, a azul e, em altas temperaturas, a luz branca, chegando à região do ultravioleta do espectro eletromagnético. Um corpo negro, independentemente do material com que é confeccionado, emite radiações térmicas com a mesma intensidade, a uma dada temperatura e para cada comprimento de onda. Max Planck E=nhn h= 6,626 x 10-34 J.s 12 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Efeito Fotoelétrico Superfície metálica Positivo Radiação Eletromagnética Fonte de tensão Indicador de corrente Elétrons ejetados da superfície metálica Câmara evacuada E=hn 13 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Formulada por Einstein: prêmio Nobel em 1921 Espectro da luz branca X espectro atômico 14 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Espectro da luz branca Espectro do Hidrogênio Espectro da luz branca contínuo em linhas Espectro do Hidrogênio 15 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Espectro de emissão de alguns átomos 16 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Modelo Atômico de Bohr Duas considerações importantes: 1- Energia quantizada (descontínua) Planck Einstein 17 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 2- Espectros atômicos (em linhas) Modelo Atômico de Bohr 1- Os elétrons podem girar em órbita somente a determinadas distâncias permitidas do núcleo. Premissas: 18 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 2- Um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia. Modelo Atômico de Bohr 2 1 2 2 2 0 2 42 21 11 8 nnh emZ EEhE n 19 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Onde: m = massa Z = carga e = carga do elétron (1,6 x 10-19C) h = constante de Planck 0= constante dielétrica do vácuo (8,85 x 10-12C2J-1m-1) RH= constante = 2,178 x 10 -18 J Diferença entre níveis atômicos: Modelo Atômico de Bohr 20 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Órbitas de Bohr para o átomo de hidrogênio A linha vermelha no espectro atômico é causada por elétrons saltando da terceira órbita para a segunda órbita O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e maior energia. Modelo Atômico de Bohr 21 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 A linha verde-azulada no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quarta para a segunda órbita. A linha azul no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quinta para a segunda órbita Espectro de emissão do Hidrogênio 22 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Dualidade onda-partícula: A dualidade onda-partícula. Os elétrons: -comportam-se como partícula ( efeito fotoelétrico); -Comportam-se como onda (difração). 23 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 As ondas eletromagnéticas são uma combinação de um campo elétrico e de um campo magnético que se propagam simultaneamente através do espaço transportando energia. Ondas eletromagnéticas 24 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Espectro eletromagnético 25 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Louis de Broglie – teoria da dualidade da matéria. = h / mv Propriedades ondulatórias da matéria 1- Comprimento de onda associado a um elétron de m =9,1 x 10-31Kg e v =2,187 x 106 m.s-1 2- Comprimento de onda associado a uma bala de metralhadora de m =10 g e v =300 m.s-1 Não mensurável! 26 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 R: Comprimento de onda 3,33 x 10-10 m R: Comprimentode onda 2,21x 10-34 m Princípio da incerteza 27 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Heisenberg – princípio da incerteza Duas variáveis 1- Não é possível determinar de modo exato e simultâneo a energia de uma partícula e sua posição. Na mecânica quântica é impossível conhecer exatamente o presente. 3- Não sabe-se de modo preciso a posição do elétron, então trabalha-se com probabilidades. 2- A medida interfere o sistema. Problemas de identidade dos elétrons/fótons Onde eu estou? Ou qual é o meu momento? Ô inferno... Porque me aborrecer com isso de novo? Eu nem sei se sou onda ou partícula... 28 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Necessidade de elaborar um novo modelo que pudesse englobar a dualidade onda-partícula e a incerteza das medidas. Equação de onda - Schrödinger 29 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010 Considerando a energia total e o comportamento ondulatório da matéria, podemos escrever a seguinte equação de onda para as 3 dimensões do espaço: 0 .8 0 .8 2 2 2 22 2 2 2 2 2 VE h m VE h m zyx Modelo Atual ! Evolução dos modelos atômicos 30 Qui Inorg 1 - Parte 1 - Prof. Priscila Silva - UFV- CRP agosto/2010
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