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Estrutura Atômica ModernaEstrutura Atômica Moderna
ProfProfaa. Lílian Fernandes. Lílian Fernandes
ESTRUTURA ATÔMICA CLÁSSICAESTRUTURA ATÔMICA CLÁSSICA
1808 1897 1911
Teoria Atômica ClássicaMecânica Newtoniana
INÍCIO DA TEORIA ATÔMICA MODERNA
 No início do século XX, os cientistas se confrontaram com umconjunto de observações que tornavam inconsistente a teoriaatômica de Rutherford e que precisavam ser efetivamenteesclarecidas.
 O átomo de Rutherford possuía um sério problema: Pelas leis O átomo de Rutherford possuía um sério problema: Pelas leisda mecânica clássica, um átomo contendo um núcleo pequenode carga positiva com elétrons orbitando ao seu redordeveria ser instável.
 Diante de tal situação, era imprescindível que houvesse umareformulação do modelo do átomo.
Conclusão: os fenômenos envolvendoelétrons não poderiam ser explicadosem termos de mecânica clássica.Diante disso, Niels Bohr tentouresolver o paradoxo utilizando ateoria quântica da energia.
INÍCIO DA TEORIA ATÔMICA MODERNA
resolver o paradoxo utilizando ateoria quântica da energia.
 Mas para abordarmos o ModeloAtômico de Bohr precisamosinicialmente estudar o teoriaquântica da matéria.
Dinamarca 1885 – 1962Nobel Física 1922
A Natureza Ondulatória da Luz
 Nossa compreensão da luz e das ondasdecorre das experiências realizadaspelos físicos no século XIX, entre eles oescocês James Clerk Maxwell.
 Maxwell, desenvolveu em 1864 uma Maxwell, desenvolveu em 1864 umaelegante teoria matemática paradescrever todas as formas de radiaçãoem termos de campos elétricos emagnéticos oscilantes, ou seja, na formade ondas. James Clerk MaxwellEscócia: 1831 – 1879
Lei da indução de Faraday: “um campomagnético variável no tempo gera umcampo elétrico”
Maxwell: “um campo elétrico variável no tempo gera um campo magnético”
Michael FaradayInglaterra: 1791 – 1867
 Luz = fenômeno ondulatório: propagação de ondaselétricas e magnéticas (efeito eletromagnético)
A Natureza Ondulatória da Luz
 Cada um dos campos édescrito por uma ondasenoidal, que correspondea função matemática quedescreve a onda.
 Tais campos oscilantesemanam das cargas quevibram na superfície deuma fonte luminosa, talcomo uma lâmpada.
Radiação eletromagnéticaoscilação perpendicular em fase dos campos elétrico e magnético.
A Natureza Ondulatória da Luz
 A luz que nós podemos enxergar com nossos olhos éconhecida como luz visível.
 A luz visível é um tipo de radiação eletromagnética, outambém conhecida como luz radiante.
 Além da luz visível podemos encontrar vários tipos deradiação eletromagnética tais como:
- Ondas de rádio- Radiação Infravermelho- Radiação Ultravioleta- Raios X- Microondas
A Natureza Ondulatória da Luz
 Todos os tipos de radiaçãoeletromagnética movem-se no vácuo auma velocidade de 3,00 x 108 m s-1, avelocidade da luz.
 Todas as radiações têmcaracterísticas ondulatóriascaracterísticas ondulatóriassemelhantes às das ondas que semovem na água.
 Uma seção transversal de umaonda do mar mostra que ela éperiódica.
 O padrão de picos e depressõesrepetem-se a intervalos regulares.
A Natureza Ondulatória da Luz
 A distância entre picos é chamadacomprimento de onda. Essa distânciapode ser dada em metros, nanômetrose etc. O símbolo para o comprimentode onda é a letra grega  (lambda).
 As ondas são tambémcaracterizadas pela sua frequência,simbolizada pela letra grega  (ni).
 A frequência é o número de ondasque passam por um determinado pontoem 1 segundo. A unidade defrequência é geralmente escrita comos-1 (hertz).

A Natureza Ondulatória da Luz
 Se o comprimento de onda é longo, existirão menos ciclos deonda passando por um ponto por segundo logo a frequência serábaixa.
 De maneira inversa, para uma onda que tem frequência alta, ocomprimento de onda será menor.
A Natureza Ondulatória da Luz
 Essa relação inversa entre a frequência e o comprimento de ondade uma radiação eletromagnética pode ser expressa pela equaçãoabaixo:  == cc
A Natureza Ondulatória da Luz
 A velocidade de qualquer movimento periódico, inclusive umaonda, é o produto de comprimento de onda pela frequência daonda.
Velocidade (msVelocidade (ms--11) = Comprimento de onda (m) x frequência (s) = Comprimento de onda (m) x frequência (s--11))
 Como a radiação eletromagnética se move a velocidade da luz, Como a radiação eletromagnética se move a velocidade da luz,a equação acima pode ser reescrita como sendo:
 = frequência = comprimento de ondac = velocidade da luz.
 = c = c 
A velocidade da luz visível e de todasas outras formas de radiaçãoeletromagnética no vácuo é umaconstante: cc == 33,,00 xx 101088 m/sm/s
O Espectro Visível da Luz
 Diariamente somosbanhados em radiaçãoeletromagnética vinda do sol,que é um tipo de luz visível(aquela que nós podemosenxergar).
 A luz visível consiste em umespectro de cores, variandodo vermelho na extremidadecorrespondente ao maiorcomprimento de onda, aovioleta, na extremidadecorrespondente aocomprimento de onda maiscurto.
 O arco-íris é um exemplo de espectro de cores.
O Espectro Visível da Luz
O arco-íris é o espectro da luz do sol no visível, que é formado peladecomposição da luz através da refração (semelhante ao que ocorrenum prisma – Porém aqui são as gotículas de água no ar que refratama luz).
O Espectro Visível da Luz
O Espectro Visível da Luz
 Se a luz branca visível forcolimada em um feixe estreito,passando por uma fenda e depoisatravessar um prisma, ao sechocar com um anteparo,observa-se um espectro contínuosemelhante a um arco-íris. Esteobserva-se um espectro contínuosemelhante a um arco-íris. Esteprocesso é conhecido comoespectroscopia.
 A maior parte dos nossosconhecimentos sobre átomos,moléculas e núcleos vêm doestudo da radiação emitida ouabsorvida por eles.
O Espectro Eletromagnético
 A luz visível corresponde a somente uma pequena parcela doespectro eletromagnético total (4000 < λ < 7000 Angstroms)
O Espectro Eletromagnético
Exercício
• A luz amarela emitida por uma lâmpada de vapor desódio usada para a iluminação pública tem umcomprimento de onda de 589 nm. Qual é a frequênciadessa radiação?
Modelo Ondulatório da Luz
 Apesar do Modelo Ondulatório de Maxwell explicar muitosaspectos do comportamento da luz, existiam alguns fenômenosque ele nao pôde explicar. Tais como:
1- A emissão de luz por objetos quentes;
2- A emissão de elétrons a partir de uma superfície metálicaonde a luz incide (o efeito fotoelétrico);
3- A emissão de luz a partir de átomos gasosos aquecidos(espectros de emissão).
Teoria Clássica da Radiação
• Teoria eletromagnética: explicava com perfeição fenômenos ópticos (difração e espalhamento)
• Ondas encontram partículas ~ do mesmo tamanho do da luz;• Limitação: não explicava a natureza da radiação emitida por um corpo sólido aquecido (radiação do corpo negro)
A temperatura é mais alta no centro desse derramamentode aço fundido. Como resultado, a luz emitida do centro émais intensa e de comprimento de onda mais curto.
Equação de Planck
 Em 1900, o físico alemão Max Planck,ofereceu uma explicação audaciosa.
 Ele supôs que a energia só podia serliberada (ou absorvida) por átomos em apenas“pacotes” distintos de tamanhos mínimos.
 Planck deu o nome quantum (fixo) para amenor quantidade de energia que podia seremitida ou absorvida como radiaçãoeletromagnética.
 No seu modelo, a quantização de energiasignifica que somente determinadas energias,com frequências específicas são permitidas.
Max PlanckAlemanha 1858 – 1947Nobel Física 1918
Equação de Planck
 Nesse sentido, Planck introduziu uma equação das maisimportantes da ciência, a chamada Equação de Planck, que afirmaque a energia de um único quantum é proporcional à frequência .
E = hE = h
 A constante h ficou conhecida como a constante de Planck comvalor igual a:
h = 6,63 x 10-34 J.s
Equaçãode Planck
 De acordo com a teoria de Planck, a energia é sempre emitida ouabsorvida pela matéria em múltiplos inteiros de h, 2h, 3h eassim por diante.
 Na teoria de Planck, as energias permitidas são quantizadas, Na teoria de Planck, as energias permitidas são quantizadas,isto é, seus valores são restritos a determinadas quantidades.
 A proposta revolucionária de Planck lhe rendeu o prêmio Nobelde Física de 1918.
Quantização de Energia
 Analogia: A medida que o homem sobe a rampa, sua energia potencialaumenta uniformemente, de maneira contínua. Quanto do homem sobea escada, ele pisa em degraus individuais, de modo que a sua energiapotencial está restrita a determinados valores, e portanto, eenergia nesse caso é quantizada.
O Efeito Fotoelétrico e os Fótons
 Alguns anos depois de Planck apresentar sua teoria a respeitoda quantização de energia, muitos cientistas começaram aobservar sua aplicabilidade para um grande número deobservações experimentais que antes não eram explicados pelafísica clássica.
 Torna-se claro, portanto, que a teoria de Planck havia trazidouma revolução no modo como o mundo físico era visto.
 Dentro os experimentos que passaram a ser explicados comessa nova teoria destaca-se o EFEITO FOTOELÉTRICO.
O Efeito Fotoelétrico e os Fótons
 Albert Einstein, em 1905 usou a teoria dePlanck para explicar o EFEITO FOTOELÉTRICO.
 Os experimentos haviam mostrado que a luzradiante incidindo sobre uma superfície metálicalimpa, fazia com que a mesma emitisse elétrons.
Albert Einstein
O Efeito Fotoelétrico e os Fótons
 Einstein mostrou que para cada metal existia uma frequênciamínima de luz abaixo da qual nenhum elétron era emitido.
 Para explicar esse efeito, Einstein criou a chamada CÉLULAFOTOELÉTRICA.
Célula Fotoelétrica
 Um potencial elétrico éaplicado à célula. Quando a luzatinge o cátodo da célula,elétrons são ejetados dasuperfície do cátodo e movem-sem para o ânodo positivamentecarregado. Um fluxo decarregado. Um fluxo deelétrons – uma corrente- fluiatravés da célula.
 As experiências com célulasfotoelétricas mostraram que oselétrons eram ejetados dasuperfície somente se afrequência da luz fosse alta obastante.
 Einstein mostrou que paracada metal existia umafrequência mínima de luzabaixo da qual nenhum elétronera emitido.
Célula Fotoelétrica
 Por exemplo: a luz comfrequência 4,60 x 1014 s-1 oumaior fazia com que o Césiometálico emitisse elétrons, masa luz com frequências maisbaixas que isso não faziamefeito nenhum.
O Efeito Fotoelétrico e os Fótons
 Einstein mostrou que essas observações experimentais poderiamser explicadas combinando-se a equação de Planck (E = h).
 Einstein supôs, portanto, que a energia radiante atingindo asuperfície metálica era um fluxo de pacotes minúsculos de energia.
 Cada pacote de energia, foi denominado FÓTON.
 O fóton se comportava como se fosse uma “partícula semmassa”.
O Efeito Fotoelétrico e os Fótons
 Einstein deduziu que cada fóton deveria ter uma energiaproporcional a frequência da luz: E = h.
 Portanto, a própria energia radiante tinha que ser quantizada.
 A proposta de Einstein explica definitivamente o Efeitofotoelétrico.
 Após essa explicação, tornou-se razoável supor que um elétronsó pode ser arrancado de um átomo se o fóton possuir energiasuficiente.
O Efeito Fotoelétrico e os Fótons
 Einstein prova também, que se a radiação eletromagnética édescrita como um corrente de fótons, então, quanto maior for aintensidade da luz, mais fótons existirão na superfície por unidadede tempo.
Vídeo Efeito Fotoelétrico
02:39
O Efeito Fotoelétrico e os Fótons
 Aplicações práticas do Efeito Fotoelétrico no nosso dia a dia:
- Células fotoelétricas são comumente utilizadas em portasautomáticas, elevadores, interruptor em circuitos elétricos, pois aejeção de elétrons ocorre quando a luz ou as ondas eletromagnéticasatingem a superfície de um metal.
- Altas frequências (comprimentos de onda curto), como por- Altas frequências (comprimentos de onda curto), como porexemplo os raios X, fazem com que os fótons desse tipo tenham altaenergia, suficiente para causar danos aos tecidos e até mesmo câncer.
Exercícios
1- Os aparelhos de CD utilizam lasers que emitem luz vermelha comum comprimento de onda de 685 nm.
a) Qual a energia de um fóton dessa luz vermelha?b) Qual é a energia de um mol de fótons da luz vermelha?
2- O molibdênio metálico tem que absorver radiação com a frequênciamínima de 1,09 x 1015 s-1 antes que ele emita um elétron de suasuperfície via efeito fotoelétrico.
(a) Qual é a energia mínima necessária para produzir esse efeito?(b) Qual o comprimento de onda de radiação fornecerá um fóton comessa energia?
Dados: h = 6,63 x 10-34 J.sc = 3,0 x 108 m.s-1