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O átomo Segundo a Mecânica Quântica Universidade Federal de Sergipe Departamento de Química Química I Prof. Michel Rubens dos Reis Souza Radiação Eletromagnética • Transporta Energia por meio de ondas eletromagnéticas • Ondas são oscilações, ou trens de pulso, que se afastam de uma perturbação... Comprimento de onda Radiação Eletromagnética • Quando oscila produz um pulso no campo elétrico em torno dela, a medida que o campo elétrico pulsa cria um pulso magnético que produz um pulso no campo elétrico... Radiação Eletromagnética • Amplitude – relacionada a intensidade da radiação ou brilho da radiação; • Frequência (ν) – relacionada ao número de cíclos/seg (Hertz, Hz – 1 Hz = 1 s-1); • Comprimento de onda (λ) – relacionada ao afastamento de cada crista. Distância entre dois picos sucessivos. Radiação Eletromagnética • A velocidade da onda é o resultado da multiplicação do comprimento de onda pela frequência... C = λ · ν C = velocidade da luz = 3 x 108 m s-1 Radiação Eletromagnética Ex.: O hélio tem seu nome derivado do nome sol em latim. O hélio foi descoberto quando espectroscopistas verificaram que o comprimento de onda 588 nm estava faltando no espectro solar. Qual a frequência de radiação? (1 nm = 1 x 10-9 m) Radiação Eletromagnética • Espectro eletromagnético • Qual a diferença do rádio para os raios gama? • Faixa visível Radiação Eletromagnética • Aplicabilidade: identificação de compostos, pois cada espectro de absorção é único. • Radiação eletromagnética = feixe de fótons Quando uma onda eletromagnética passa por um objeto, os campos elétricos e magnéticos oscilantes podem interagir com ele. Ex.: Partícula carregada que esteja no caminho da onda será sacudida pelos campos elétricos e magnéticos. Radiação Eletromagnética Radiação Eletromagnética • Ondas de TV ou rádio... Elétrons da antena vibram – trabalho é realizado - gera corrente alternada – corrente codificada em sinal. http://www.geocities.ws/saladefisica7/funciona/anten a.html Radiação Eletromagnética • Max Planck (1900): propôs que a radiação eletromagnética poderia ser vista como um feixe de pequeno pacotes, ou quanta, de energia... Os fótons. • Albert Einstein, confirmou esse fluxo de pacotes minúsculos de energia... E disse que a energia de um fóton é proporcional à frequência de radiação. Radiação Eletromagnética • Energia do fóton: E = h · ν h = contante de Planck = 6,66 x 10-34 J · s Relaciona duas representações da radiação eletromagnética: Lado esquerdo: propriedade de partícula Lado direito: propriedade de onda Radiação Eletromagnética • A energia radiante é quantizada Espectro contínuo de linhas ou de emissão; • Decarga elétrica no gás – Excitação de elétron – absorção de energia – emissão em forma de luz Radiação Eletromagnética • Espectro de Hidrogênio Joham Balmer (1885): linhas no espectro de Hidrogênio se encaixam numa simples equação; Ryldberg (Equação de Ryldberg): Permitiu calcular os comprimentos de onda de todas as linhas espectrais do hidrogênio. Radiação Eletromagnética • Energia do elétrons nos átomos é quantizada Quantidade de energia emitida é específica, pois cada átomo excitado emite luz em certas frequências específicas, ou seja, quando um átomo excitado perde energia, não é uma quantidade arbitrária que pode ser perdida. ex.: Linha vermelha do espectro de hidrogênio ou de qualquer outro átomo tem valores: λ = 656,4 nm ν = 4,567 x 1014 Hz E = 3,026 x 10-19 J Radiação Eletromagnética • O que seria essa absorção e perda de energia em forma de luz? λ = 656,4 nm ν = 4,567 x 1014 Hz E = 3,026 x 10-19 J Como somente certos saltos de energia podem acontecer, apenas certas frequências de luz aparece no espectro. Radiação Eletromagnética • Modelo de Bohr (1885 – 1962) 1. Primeiro a explicar a equação de Ryldberg; 2. Propôs que os elétrons se moviam em torno do núcleo em trajetórias fixas, ou orbitais; 3. Instituiu o Número Quântico (n) E= energia do elétron E = -b/n2 b= combinação de constantes = 2,18 x 10-18 J n = 1 infinito Radiação Eletromagnética • Níveis de Energia para o átomo de Hidrogênio E = -b E = -0,25b E = -0,11b Estado de mais baixa energia Átomo no estado fundamental Átomo com n = infinito corresponde ao e- não-ligado, que escapou do núcleo e tem energia nula Radiação Eletromagnética 1. O Sinal negativo de “b”, na equação, garante que qualquer elétron com um valor finito de energia “n” tem energia menor que a de um elétron não-ligado. Dessa forma, energia é liberada quando um elétron livre se une a um próton para formar um átomo de hidrogênio. Radiação Eletromagnética 2. Quando um átomo de H absorve energia, quando por exemplo um gás desse átomo faz ao passar por uma descarga elétrica, o elétron da orbita n=1 passa para a orbita n=2, n=3, ou mais elevada. O átomo de H está num estado mais excitado. No entanto, essas orbitas superiores são menos estáveis que as inferiores e o elétron rapidamente cai em uma orbita inferior. Quando isso ocorre, a energia é emitida em forma de luz. Como a energia do elétron é fixa, a queda de uma orbita para outra, como de n=2 para n=1 por exemplo, sempre libera a mesma quantidade de energia, e a frequência de luz emitida devido a essa mudança é precisamente sempre a mesma. OBS.: O modelo de Bohr falha para os espectros dos átomos com mais de um elétron. Radiação Eletromagnética • Difração: padrão de intensidade máximas e mínimas geradas por um objeto colocado no caminho de um feixe de luz. Podem ser interferências construtivas e destrutivas. Radiação Eletromagnética • Dualidade Onda-Partícula Se a radiação eletromagnética, interpretada como onda por muito tempo, tem caráter dual, será que a matéria, que desde Dalton foi entendida como sendo constituída de partículas, poderia ter propriedade de onda? Radiação Eletromagnética • De broglie (1924): 1. Todas as partículas deveriam ser entendidas como tendo propriedades de onda; 2. Sugeriu que o comprimento de onda de uma matéria, λ, seria dado pela equação: h = constante de Planck λ = h/mv m = massa v = velocidade Radiação Eletromagnética • Princípio da Incerteza de Heisenberg Partícula Trajetória definida Onda Não é possível especificar sua localização Isso não pode ser resolvido Radiação Eletromagnética • A dualidade onda-partícula elimina a possibilidade de descrever a localização se o momento linear (p) é conhecido e não pode especificar a trajetória das partículas. • Heizenberg definiu que a localização da partícula é conhecida com incerteza Δx e o momento linear conhecido como Δp. Δp Δx > ½ Ћ Radiação Eletromagnética • Funções de Onda e Níveis de Energia Erwin Schorödinger (1927): Como partículas tem propriedade de onda, não podemos esperar que elas se comportem como objetos pontuais que se movem em trajetórias precisas. FUNÇÕES DE ONDA “Função matemática na qual os valores variam com a posição.” Radiação Eletromagnética • Max Born: A probabilidade de encontrar uma partícula em uma região é proporcional ao valor de ѱ2 (densidade de probabilidade) ѱ ѱ2 Nó ou nodo Ѱ ou ѱ2 Quando ѱ2 = 0, é um nodo e a partícula tem densidade de probabilidade zero de ser encontrada.
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