AULA_DE_ESTRUTURA_ATOMICA[1]

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ESTRUTURA ATÔMICA
2º SEMESTRE DE 2009
PROFESSORA: GRACE FERREIRA GHESTI
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
PORQUE ESTUDAR A ESTRUTURA ATÔMICA?
 Depois das TVs CRT, Plasma e LCD, vêm aí as TVs FED, com
nanotubos de carbono
http://www.azonano.com/Details.asp?ArticleID=2038
 Desvendado o segredo do aquecimento do plasma
Physical Review Letters
Vol.: 101, 085004 (2008)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.101.085004
 Uso da radiação terahertz fica mais próxima com metamaterial
sintonizável
Experimental demonstration of frequency-agile terahertz metamaterials
Hou-Tong Chen, John F. O'Hara, Abul K. Azad, Antoinette J. Taylor, Richard D. Averitt, 
David B. Shrekenhamer, Willie J. Padilla
Nature Photonics
13 April 2008
Vol.: Advance online publication
DOI: 10.1038/nphoton.2008.52
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
Cronologia
 Primeiro Modelo Atômico “Esfera rígida indivisível” – 1808
 Descoberta da Eletricidade – 1834
 Descoberta dos Raios Catódicos – 1859
 Descoberta dos Raios X – 1895
 Descoberta da Radioatividade – 1896
 Descoberta do Elétron e Modelo “Pudim com Passas” – 1897
 Teoria dos Quanta – 1900
 Teoria da Relatividade – 1905
 Modelo Atômico Nucleado (Planetário) – 1911
 Distribuição eletrônica em níveis de energia – 1913
 Modelo dos Orbitais – subníveis energéticos – 1916
 Modelo da partícula-onda para o elétron – 1924
 Princípio da Incerteza – 1926
 Equação da Função de Onda para o elétron – 1927
 Descoberta do Nêutron – 1932
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
Postulados da Teoria Quântica
 Átomos e moléculas apenas podem existir em certos estados
discretos de energia. Quando um átomo ou molécula muda de estado,
ele absorve ou emite uma quantidade de energia correspondente à
diferença energética entre os dois estados – Quantum de energia.
 Quando átomos ou moléculas absorvem ou emitem luz ao passarem
de um estado energético para outro, o comprimento de onda  da luz
está relacionado com as energias dos dois estados pela equação:
E = hc/
 = c/
 Os estados energéticos permitidos de átomos e moléculas podem ser
descritos por um conjunto de números denominados Números
Quânticos.
h = 6,626 x 10-34 J.s/partícula
c = 2,998 x 108 m/s
E em J/partícula
 em m
 = freqüência em ciclos/s ou Hz
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
O espectro atômico do hidrogênio e o 
modelo de Bohr
 No átomo de hidrogênio há apenas um elétron se movendo entre níveis
energéticos. Quando o átomo absorve energia, o elétron passa para um
nível energético superior. Quando o elétron retorna a um nível menos
energético, ele libera energia sob forma de luz com comprimentos de
onda discretos.
 Bohr postulou que o átomo de hidrogênio consiste em um próton central
em torno do qual o elétron de move em uma órbita circular. Deste
modo, foi capaz de expressar a energia do átomo em termos do raio da
órbita do elétron.
Momento angular  mvr = nh/2 n = (1, 2, 3,...)
Estado fundamental  n = 1
Energias permitidas  E = -B/n2 B = 2,179 x 10-18 J/partícula
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
Mecânica Quântica
 Natureza ondulatória do elétron – a relação de De Broglie
“As partículas poderiam exibir propriedades de onda”.
 Como é possível especificar a posição de uma onda em um dado
instante?
 A mecânica quântica trata apenas da probabilidade de encontrar uma
partícula numa dada região do espaço (nuvem eletrônica). Por exemplo:
há uma probabilidade de 90% de encontrar um elétron até uma
distância de 0,14 nm do núcleo de um átomo de hidrogênio.
 Em 1926 Schrödinger descobriu que o elétron no átomo de hidrogênio
poderia ser descrito por três números quânticos aos quais são dados os
símbolos: n, l e ml (três coordenadas para descrever seu movimento).
Para descrever completamente o estado de um elétron, um quarto
número quântico foi criado, o ms.
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
Camadas eletrônicas
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
Subníveis de energia
 Os subníveis (s, p, d e f) são preenchidos sucessivamente na ordem
crescente de energia com o número máximo de elétrons possível em
cada subnível (Regra de Aufbau).
 O número máximo de elétrons em cada subnível é dado pela relação
2(2l + 1).
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
Orbitais
 Os subníveis são formados de orbitais.
 Orbital é a região da eletrosfera onde há maior probabilidade de estar
localizado o elétron do átomo. O número máximo de elétrons em cada
orbital é 2.
 A cada orbital foi atribuído um número quântico magnético (ml) cujo valor
varia de -l a +l, passando por zero.
 O número de orbitais em cada subnível é dado pela relação 2l + 1.
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
Spin
 Spin (m
s
) é o movimento de rotação do elétron em torno de seu eixo.
Pode ser horário (+) ou anti-horário (-). A cada um deles foi atribuído
um número quântico: +1/2 e -1/2.
Princípio da exclusão de Pauli
 Em um mesmo átomo, não existem dois elétrons com quatro números
quânticos iguais. Como conseqüência, dois elétrons de um mesmo
orbital têm spins opostos.
 Um orbital semicheio contém um elétron desemparelhado; um orbital
cheio contém dois elétrons emparelhados (spins opostos).
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
Regra de Hund
 Ao ser preenchido um subnível, cada orbital desse subnível recebe
inicialmente apenas um elétron. Somente depois de o último orbital
desse subnível ter recebido o seu primeiro elétron, começa o
preenchimento de cada orbital semicheio com o segundo elétron.
QUÍMICA PARA ENGENHARIA
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