Aula 02 Teoria atomica UACSA

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Química Geral 1
Aula 02: Teoria atômica 
Profa.: Ana Cláudia Vaz de Araújo
Contato: acvazdearaujo@gmail.com
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
UNIDADE ACADÊMICA DO CABO DE SANTO AGOSTINHO
UACSA
Teoria ATÔMICA
John Dalton – Bola de Bilhar:
Cada elemento é composto de átomos.
Todos os átomos de um elemento são idênticos.
Nas reações químicas, os átomos não são alterados.
Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam.
Lei de dalton das proporções múltiplas: 
“	Quando dois elementos formam diferentes compostos, a proporção da massa dos elementos em um composto está relacionada à proporção da massa do outro através de um número inteiro pequeno.”
Descoberta da estrutura atÔmica
Os gregos antigos foram os primeiros a postular que a matéria é constituída de elementos indivisíveis.
Mais tarde, os cientistas constataram que o átomo era constituído de entidades carregadas.
Raios catódicos e elétrons
Um tubo de raios catódicos (CRT) é um recipiente profundo com um eletrodo em cada extremidade.
Uma voltagem alta é aplicada através dos eletrodos.
https://www.youtube.com/watch?v=bB7VhcM8EuE
Raios catódicos e elétrons
Um tubo de raios catódicos (CRT) é um recipiente profundo com um eletrodo em cada extremidade.
Uma voltagem alta é aplicada através dos eletrodos.
Descoberta da estrutura atÔmica
A voltagem faz com que partículas negativas se desloquem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo.
A trajetória dos elétrons pode ser alterada pela presença de um campo magnético. 
Considere os raios catódicos saindo do eletrodo positivo através de um pequeno orifício.
Se eles interagirem com um campo magnético perpendicular a um campo elétrico aplicado, os raios catódicos podem sofrer diferentes desvios.
https://www.youtube.com/watch?v=bB7VhcM8EuE
Raios catódicos e elétrons
Descoberta da estrutura atÔmica
A quantidade de desvio dos raios catódicos depende dos campos magnético e elétrico aplicados.
Por sua vez, a quantidade do desvio também depende da proporção carga-massa do elétron. 
Em 1897, Thomson determinou que a proporção carga-massa de um elétron é 1,0 x 108 C/g.
Objetivo: encontrar a carga do elétron para determinar sua massa.
 e/m  1x108 C/g (valor atual através de equipamentos extremamente sofisticados = 1,7588x108 C/g) 
modelos de estrutura atÔmica
O átomo com núcleo
Pela separação da radiação, concluiu que o átomo consistia de entidades neutras e carregadas negativa e positivamente.
Thomson supôs que todas essas espécies carregadas eram encontradas em uma esfera.
“Pudim de passas”
Descoberta da estrutura atÔmica
https://www.youtube.com/watch?v=xohI5URKRvA
Determinação da massa do elétron
Considere o seguinte experimento:
Gotas de óleo são borrifadas sobre uma chapa carregada positivamente contendo um pequeno orifício. 
À medida que as gotas de óleo passam através do orifício, elas são carregadas negativamente.
A gravidade força as gotas para baixo. O campo elétrico aplicado força as gotas para cima.
Quando uma gota está perfeitamente equilibrada, seu peso é igual à força de atração eletrostática entre a gota e a chapa positiva.
Descoberta da estrutura atÔmica
https://www.youtube.com/watch?v=xohI5URKRvA
Determinação da massa do elétron:
Utilizando este experimento, Millikan determinou que a carga no elétron é 1,60 x 10-19 C.
Conhecendo a proporção carga-massa, 1,76 x 108 C/g, Millikan calculou a massa do elétron: 9,10 x 10-28 g.
Com números mais exatos, concluímos que a massa do elétron é 9,10939 x 10-28 g.
 e/m  1,7588x108
m  1,7588x108
 1,60 x 10-19 
m  9,10 x 10-28 g 
Fez a demonstração incontestável de que a eletricidade é constituída por partículas
Descoberta da estrutura atÔmica
Radioatividade
Considere o seguinte experimento:
A radiação passa entre duas chapas eletricamente carregadas e é detectada.
Três pontos são observados no detector:
um ponto no sentido da chapa positiva, 
um ponto que não é afetado pelo campo elétrico,
um ponto no sentido da chapa negativa.
Uma substância radioativa é colocada em um anteparo contendo um pequeno orifício de tal forma que um feixe de radiação seja emitido pelo orifício.
Descoberta da estrutura atÔmica
Radioatividade
Um alto desvio no sentido da chapa positiva corresponde à radiação que é negativamente carregada e tem massa baixa. Essa se chama radiação  (consiste de elétrons).
Nenhum desvio corresponde a uma radiação neutra. Essa se chama radiação 
Um pequeno desvio no sentido da chapa carregada negativamente corresponde à radiação carregada positivamente e de massa alta. Essa se chama radiação .
Descoberta da estrutura atÔmica
O átomo com núcleo:
Rutherford (aluno de J. J. Thompson) propôs o seguinte experimento:
Uma fonte de partículas (+) foi colocada na boca de um detector circular.
As partículas  foram lançadas através de um pedaço de chapa de ouro.
A maioria das partículas  passaram diretamente através da chapa, sem desviar (espaços vazios).
Algumas partículas  foram desviadas com ângulos grandes (choque com algo carregado positivamente).
Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado de Rutherford seria impossível.
Descoberta da estrutura atÔmica
O átomo com núcleo:
Para fazer com que a maioria das partículas  passe através de um pedaço de chapa sem sofrer desvio, a maior parte do átomo deve consistir de carga negativa difusa de massa baixa  o elétron.
Para explicar o pequeno número de desvios grandes das partículas , o centro ou núcleo do átomo deve ser constituído de uma carga positiva densa. 
modelos de estrutura atÔmica
O átomo com núcleo
Rutherford modificou o modelo de Thomson da seguinte maneira:
Suponha que o átomo é esférico mas a carga positiva deve estar localizada no centro, com uma carga negativa difusa em torno dele.
Qual o problema com o modelo de Rutherford?
modelos de estrutura atÔmica
Neils Bohr aperfeiçoou o modelo atômico de Rutherford.
Conhecido como modelo do sistema planetário
 onde os elétrons se organizam na eletrosfera na forma de camadas. 
Tentou resolver o paradoxo do modelo de Rutherford analisando a estrutura atômica utilizando teoria quântica da energia, a qual havia sido desenvolvida por Max Planck em 1900.
Bohr observando que um gás emitia luz quando uma corrente elétrica passava através dele. 
deduziu que um átomo tem um conjunto de energia disponível para seus elétrons, isto é, a energia de um elétron em um átomo é quantizada. 
Isso se explica pelo fato de que os elétrons, em seus átomos, absorvem energia elétrica e depois a liberam na forma de luz. 
modelos de estrutura atÔmica
Neils Bohr :
Esse conjunto de energias quantizadas mais tarde foi chamado de níveis de energia. 
Mas se um átomo absorve energia de uma descarga elétrica, alguns de seus elétrons ganham energia e passam para um nível de energia maior, nesse caso o átomo está em estado excitado.
Postulados de Bohr:
Os elétrons estão distribuídos em camadas ao redor do núcleo. Admite-se a existência de 7 camadas eletrônicas, designadas pelas letras maiúsculas: K, L, M, N, O, P e Q. À medida que as camadas se afastam do núcleo, aumenta a energia dos elétrons nelas localizados.
As camadas da eletrosfera representam os níveis de energia da eletrosfera. Assim, as camadas K, L, M, N, O, P e Q constituem os 1º, 2º, 3º, 4º, 5º, 6º e 7º níveis de energia, respectivamente.
Modelo atômico de Bohr
Quando átomos são aquecidos ou submetidos a uma descarga elétrica, eles absorvem energia, que em seguida é emitida como radiação. 
Essa luz emitida pelos átomos podem ser estudadas em espectrômetros, verificando-se que elas são constituídas por linhas com diferentes comprimentos de onda.
Modelos de Estrutura atômica
Modelos de Estrutura atômica
MODELOS DE ESTRUTURA ATÔMICA
Modelo atômico de Bohr
Por exemplo: 
O cloreto de sódio quando aquecido na chama de Bunsen, são produzidos átomos de sódio, que dão origem a uma coloração amarela característica
na chama, produzindo linhas espectrais descontínuas em aparelhos específicos. 
Modelos de Estrutura atômica
O primeiro sucesso da teoria de Bohr foi a explicação dos espectros de emissão dos átomos.
Outro sucesso da teoria consistia na previsão do raio e energia para o átomo de H.
MODELOS DE ESTRUTURA ATÔMICA
Raio de Bohr, somente certas órbitas, que satisfazem ao raio de Bohr é que podem ser ocupadas pelo elétron:
Em que: 
n = número quântico de Bohr
h = constante de Planck
0 = permissividade do ar
m = massa do elétron
Z = número de carga
e = carga do núcleo
MODELOS DE ESTRUTURA ATÔMICA
O modelo de Bohr
Já que os estados de energia são quantizados, a luz emitida por átomos excitados deve ser quantizada e aparecer como espectro de linhas.
Após muita matemática, Bohr mostrou que:
	onde n é o número quântico principal (por exemplo, n = 1, 2, 3, … e nada mais).
MODELOS DE ESTRUTURA ATÔMICA
Limitações do modelo de Bohr
Pode explicar adequadamente apenas o espectro de linhas do átomo de hidrogênio.
Os elétrons não são completamente descritos como partículas pequenas.
Sabendo-se que a luz tem uma natureza de partícula, parece razoável perguntar se a matéria tem natureza ondulatória.
Utilizando as equações de Einstein e de Planck, De Broglie mostrou:
O momento, mv, é uma propriedade de partícula, enquanto  é uma propriedade ondulatória.
de Broglie resumiu os conceitos de ondas e partículas, com efeitos notáveis se os objetos são pequenos.
A teoria quântica
A teoria quântica
O princípio da incerteza
O princípio da incerteza de Heisenberg: na escala de massa de partículas atômicas, não podemos determinar exatamente a posição, a direção do movimento e a velocidade simultaneamente.
Para os elétrons: não podemos determinar seu momento e sua posição simultaneamente.
Se x é a incerteza da posição e mv é a incerteza do momento, então:
Schrödinger propôs uma equação que contém os termos onda e partícula.
A resolução da equação leva às funções de onda. 
A função de onda fornece o contorno do orbital eletrônico.
O quadrado da função de onda fornece a probabilidade de se encontrar o elétron, isto é, dá a densidade eletrônica para o átomo.
A teoria quântica
Modelos de Estrutura atômica
https://www.youtube.com/watch?v=kT2sHBF9Q3k
https://www.youtube.com/watch?v=FngrM5PeiYc