Estrutura atmica - aula 1

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ESTRUTURA ATÔMICA 
Profª: Viviana Oliveira 
Um pouco de história ... 
De que é feito o mundo em que vivemos? 
Breve retrospectiva 
Gregos antigos Dalton (1803) 
• Separação, combinação 
ou rearranjo promovem 
transformações químicas 
Maciça 
Permanente 
Indivisível 
J. J. Thomson (1890) 
Raios catódicos elétrons (-)* 
* 
R
. 
M
ill
ik
a
n
 
Rutherford (1911) 
Feixe de partículas α 
Modelo nuclear 
e- 
p 
n ? 
 Água 
 
Fogo Terra 
 
 Ar 
Breve retrospectiva 
Bohr (1913) 
• Física clássica falha - movimento de 
partículas muito pequenas 
• Elementos exibem espectro de 
linhas 
• Níveis de E quantizada 
• Dedução da eq. de Rydberg 
Contribuições 
Limitação 
• Inadequada para espectros além do 
H 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
Fóton emitido E=hv 
 
Fóton incidente E 
Um elétron pode ter somente quantidades específicas de E, ou seja, E quantizada. 
Dualidade onda – partícula 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
• O comprimento de onda associado a “onda da partícula” é inversamente 
proporcional ao seu momento linear. 
Todas as partículas podem ser entendidas como tendo propriedade de onda. 
Relação de De Broglie: mc2 = hν 
Momento 
linear, p 
Ex: Estimar o comprimento de onda de uma partícula de 1g viajando a 1 m s-1 
 6,63 x 10-34 J s-1 
(1 x 10-3 kg) (1 m s-1) 
= 7 x 10-30 m = 
 
Objetos grandes possuem 
 propriedades de ondas, 
mas devido à grande massa 
 seus λ são ínfimos. 
 
Características da radiação 
eletromagnética 
A =Amplitude 
f λ = c 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
Princípio da incerteza de Heisenberg 
“ É impossível conhecer simultaneamente e com certeza a posição e o 
momento de uma partícula tal como o elétron.” 
Se a localização de uma partícula é conhecida dentro de uma 
incerteza ∆x , então o momento linear paralelo a Ox somente pode 
ser conhecido como ∆p. 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
• Cada solução da equação (função de onda 
- ψ) representa um nível quantizado de E. 
 
• Determinação de propriedades ondulatórias 
do elétron naquele nível. 
 
• A função de onda corresponde à amplitude 
da onda do elétron. 
 
• ψ2 fornece a probabilidade de se encontrar 
o elétron numa estreita região do espaço - 
densidade eletrônica para o átomo. 
Schrödinger propôs uma 
equação que contempla 
características de onda e 
partícula. 
Funções de onda e orbitais 
atômicos 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
Níveis eletrônicos de energia 
 Estados individuais de E que podem ser ocupados por um 
elétron em um átomo 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
 Região do espaço com maior manifestação eletrônica 
ORBITAIS 
Subcamadas 
1 orbital / 2 e- 
3 orbitais / 6 e- 
5 orbitais / 10 e- 
7 orbitais / 14 e- 
s 
p 
d 
f 
E
n
e
rg
ia
 
Diagrama de preenchimento 
Estado fundamental 
de energia 
Níveis eletrônicos de energia 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
• Procedimento de Aufbau: os elétrons 
são adicionados do nível de menor 
para o de maior energia 
• À medida que n aumenta, o 
espaçamento entre os níveis de 
energia se torna menor. 
• Obs.: inversão 4s e 3d 
• Todos os orbitais em uma dada 
subcamada tem a mesma quantidade 
de E. 
 H (Z=1) : 1s1 
Ne (Z=10) : 1s2 2s2 2p6 
S (Z=16) : 1s2 2s2 2p6 3s1 ou [Ne] 3s1 
Exemplos: 
Níveis eletrônicos de energia 
 Spin eletrônico: é uma propriedade dos elétrons onde 
eles, em alguns aspectos, comportam-se como esferas 
rodopiantes. 
 Em um mesmo orbital, os e- possuem spins em 
direções opostas (antiparalelos) de modo a compensar 
forças magnéticas. 
ms 
 ms: número magnético de 
spin 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
Números quânticos 
Princípio da exclusão de Pauli: 
não existem dois e- num átomo que possuam os mesmos 
valores para todos os números quânticos. 
Nome Símbolo Característica 
especificada 
Informação fornecida Valores possíveis 
Principal n Camada Distância média do núcleo 1,2,3,4... 
Azimutal l Subcamada Forma do orbital 0,1,2,...(n-1) 
Magnético ml Orbital Orientação do orbital l-1,(-l +1),...0,...(l-1),l 
Spin ms Spin Spin +1/2,-1/2 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
* Tabela adaptada de Russel, 2004. 
Elétrons no mesmo 
orbital tem sempre 
spins opostos 
2s 
Orbitais s 
- Todos os orbitais s são esféricos. 
- À medida que o número de camadas (n) aumenta, os orbitais s ficam maiores. 
Orbitais p 
Mecânica Quântica e orbitais atômicos 
• Diferem apenas quanto a orientação no espaço. 
Exceção: 3p 
 
Orbital 3p 
Exercícios 
9) “Quando um átomo se transforma em um íon, a variação do 
número de elétrons, ‘ganho ou perda’, ocorre sempre na 
camada (nível) mais externa, chamada camada de valência.” 
Com base nessa informação, faça a distribuição eletrônica do 
26Fe2+. 
Exercícios 
11) Calcule os comprimentos de onda de um elétron (massa = 9,1 x 
10-31) viajando a 1 x 106 m s-1 e de um elefante (massa = 5.500 kg) 
a 1 m s-1. Discuta os resultados com base na natureza onda - 
partícula da matéria (h = 6,63 x 10-34 J.s). 
Referências 
 Russel, J. B. Química Geral. 2ª ed.Vol. 1. Makron Books: São Paulo, 1994. 
 
 Atkins, P. e Jones, L. Princípios de Química – questionando a vida 
moderna e o meio ambiente. Bookman: Porto Alegre, 1999. 
 
 Brown, T. L. et al. Química – A Ciência Central, 9ª ed. Pearson Prentice 
Hall: São Paulo, 2005. 
 
 Lee, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. 5ª ed. Edgard Blücher: 
São Paulo, 2006.