Estrutura Atômica Experimentos Elucidativos

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14/03/2012 
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ESTRUTURA ATÔMICA 
 
EXPERIMENTOS ELUCIDATIVOS 
Neila de Almeida Braga 
OBJETIVOS 
1. Desenvolver virtualmente alguns experimentos que 
levaram a uma primeira aproximação da estrutura atômica. 
2. Apontar as principais conclusões destes experimentos 
 fazendo ligação com a elucidação da estrutura atômica. 
3. Descrever os modelos atômicos formulados a partir destes 
 experimentos 
As únicas coisas que existem são 
os átomos 
e 
o espaço vazio 
tudo mais é mera opinião 
Demócrito de Abdera (Grécia) 
Evolução e Entendimento da Estrutura Atômica 
4 ETAPAS 
1. Descoberta da natureza elétrica da matéria 
2. Descoberta do átomo nucleado 
3. Discussão da quantização da energia 
4. Explicação dos espectros atômicos 
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EXPERIMENTOS 
1. Descoberta da natureza elétrica da matéria 
 Raios Catódicos 
 O experimento de Millikan 
 
2. Descoberta do átomo nucleado 
 Espalhamento de Partículas a 
3. Discussão da quantização da energia 
Radiação do Corpo Negro 
A catástrofe do Ultravioleta 
4. Explicação dos espectros atômicos 
O Espectro do Hidrogênio 
Raios Catódicos 
 JJ Thomson (1897): Descoberta do elétron 
Tubos de Raios Catódicos 
http://www.kentchemistry.com/links/AtomicStructure/flash/CathodeRayTube.swf 
Um tubo de raios catódicos é constituído por um tubo de vidro de onde a maior parte 
do ar foi evacuada 
Tubos de Raios Catódicos 
http://www.kentchemistry.com/links/AtomicStructure/flash/CathodeRayTube.swf 
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Tubos de Raios Catódicos : J.J. Thomson 
Ação de um campo elétrico 
http://www.kentchemistry.com/links/AtomicStructure/flash/CathodeRayTube.swf 
Tubos de Raios Catódicos : J.J. Thomson 
Ação de um campo magnético 
http://www.kentchemistry.com/links/AtomicStructure/flash/CathodeRayTube.swf 
Tubos de Raios Catódicos : J.J. Thomson 
“Visto que os raios catódicos transportam uma 
quantidade de eletricidade negativa, são desviados 
por uma força eletrostática como se fossem 
negativamente carregados, e sofrem a ação de uma 
força, exatamente, como se fossem um corpo 
carregado negativamente, movendo-se ao longo do 
caminho seguido pelos raios, não vejo como fugir a 
explicação de que eles são cargas de eletricidade 
negativa transportadas por partículas de matéria” 
(J.J Thomson). 
Tubos de Raios Catódicos 
Cálculo da razão carga/massa do elétron 
http://www.kentchemistry.com/links/AtomicStructure/flash/CathodeRayTube.swf 
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Tubos de Raios Catódicos 
Cálculo da razão carga/massa do elétron 
http://www.kentchemistry.com/links/AtomicStructure/flash/CathodeRayTube.swf 
E = campo elétrico 
aplicado 
 = ângulo de 
deflexão 
B = campo magnético 
aplicado 
l = distância 
percorrida pelos raios 
catódicos 
 
A Estrutura do Átomo de Thomson 
Por menor que fossem os átomos estes deveriam conter partículas 
negativamente carregadas com dimensões menores ainda. 
 
Como os átomos são eletricamente neutros eles deveriam conter 
alguma forma de eletricidade positiva. 
 
Como a massa do elétron é muito pequena, a maior parte da 
massa do átomo deveria estar contida nesta entidade positiva. 
 
Esta entidade positiva, deveria ocupar a maior parte do volume do 
átomo. 
Modelo Atômico de Thomson 
Millikan 
Finas gotas de óleo carregadas 
eletricamente. Millikan 
determinou as cargas das 
partículas a partir da força do 
campo elétrico necessário para 
superar a força da gravidade 
agindo sobre as gotas. 
 
Carga do elétron (carga 
fundamental): 
-1,602 x 10-19 C 
Massa do elétron: 
9,109 x 10-31 Kg 
http://www.youtube.com/watch?v=XMfYHag7Liw 
http://video.google.com/videoplay?docid=2799052432147926032 
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Espalhamento de partículas a (1908) 
Hans Geiger e Ernest Marsden 
http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/rutherford/ 
Espalhamento de partículas a (1908) 
Hans Geiger e Ernest Marsden 
“È incrível!” “Foi como se você tivesse 
atirado um objeto de ~ 38 polegadas em um 
pedaço de papel de seda e ele tivesse 
retornado e batido em você”. 
Espalhamento de partículas a: 
Observações do experimento 
Poucos desvios em grandes ângulos. 
A maior parte das partículas a++ 
atravessa a película sem sofrer desvios. 
O desvio das partículas a++. 
Espalhamento de partículas a: 
Conclusões do experimento 
O desvio em grandes ângulos evidencia a 
existência de uma região muito densa e com 
carga positiva concentrada. 
Desvios das partículas a++: existência de 
cargas positivas no átomo, uma vez que os 
e- causariam pequenas deflexões (pequena 
massa). 
Existência de grandes espaços vazios. 
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ELETROSFERA: Uma região envoltória muito grande, 
pouco densa e carregada negativamente. 
No núcleo estavam os PRÓTONS e na eletrosfera os ELÉTRONS 
que se movimentavam em torno do núcleo em órbitas. 
Átomo formado por uma região central, muito pequena, densa e 
carregada positivamente, denominada NÚCLEO. 
A Estrutura do Átomo de Rutherford 
Modelo Atômico de Rutherford 
O modelo nuclear 
Partículas Constituintes do Átomo: 
Massa Relativa Carga Relativa 
PRÓTON 1 + 1 
NÊUTRON ~ 1 0 
ELÉTRON 1 / 1836 - 1 
Rutherford 
Chadwick 
Thompson 
A instabilidade do modelo atômico de Rutherford 
Teoria eletromagnética clássica de Maxwell: segundo esta teoria, 
uma partícula carregada em movimento acelerado deveria emitir 
radiação eletromagnética e, através dela, perder energia. Como 
resultado dessa perda de energia, um elétron em órbita ao redor de 
um núcleo perderia gradativamente sua energia e sua órbita não 
poderia ser estável e sim, uma espiral que terminaria no núcleo. Além 
disso o espectro contínuo da radiação que seria emitida durante esse 
processo não corresponde com o espectro discreto que se sabia ser 
emitido pelos átomos. 
 
Perda de energia → Colisão com o núcleo → Átomo instável !!!! 
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Características da Radiação Eletromagnética 
A radiação eletromagnética consiste da oscilação (variação no tempo) dos campos 
elétrico e magnético que viajam no espaço vazio a 3, 00 x 1 08 m.s – l (velocidade da luz: 
c). A luz vizível é uma forma de radiação eletromagnética, como as ondas de rádio , 
microondas e raios-X. 
Frequencia 
 n – símbolo 
Hz – unidade 
1 Hz = 1 s-1 
Comprimento de Onda 
 l – símbolo 
nm – unidade 
ln=c 
A radiação emitida por um corpo negro 
Um corpo negro é um corpo cuja 
superfície absorve toda a radiação térmica 
incidente sobre ele. 
Corpo negro- padrão estudar radiação 
térmica . 
Lei de Stefan-Boltzman –relação entre a P irradiada para todas as 
frequências, a área da superfície emissora (orifício) e T absoluta. 
 P=sST4, s = cte =5,67 . 10 -8 W/m2. K4 
T=9000 K 
A “catástrofe” do ultravioleta: Rayleigh-Jeans 
radiação originava-se de ondas 
eletromagnéticas oscilantes 
dentro da cavidade do corpo 
negro. 
Ano final do século XIX Lord 
Rayleigh e Sir James Jeans 
chegaram a uma lei utilizando 
argumentos clássicos que 
apresentava um conflito entre a 
teoria e os resultados 
experimentais 
Argumento: a energia perdida 
pela emissão da radiação pode 
assumir qualquer valor, E=KT. 
Planck: O nascimento da teoria quântica 
A energia emitida durante a radiação do corpo negro não poderia 
ter um valor qualquer, mas deveria ser um múltiplo inteiro de uma 
quantidade fundamental, o que ele chamou de um quantum de 
energia. 
E = hn 
 
h = constante de Planck 
h= 6,626176 x 10-34 J Hz-1 
Os valores obtidos pelo modelo proposto por Planck, comparados 
com os resultados experimentaismostraram perfeita concordância. 
LER: http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod03/m_s03.html 
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Os espectros atômicos 
A espectroscopia é a analise da luz, emitida por um determinado elemento, de acordo 
com sua distribuição de freqüência ou cor. 
http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/linesp16.swf 
Os espectros atômicos 
Cada imagem coletada pela chapa fotográfica corresponde a uma 
freqüência 
Luz branca - Continua 
Luz do hidrogênio estimulado - Discreta 
Cada elemento possui uma distribuição de freqüências 
 → espectro característico 
Técnica útil para identificação de elementos 
Hidrogênio 
Hélio 
Sódio 
Potássio 
Lítio 
Nitrogênio 
Carbono 
E
sp
e
ct
ro
 d
e
 a
lg
u
n
s 
e
le
m
e
n
to
s 
 
Modelo Atômico de Rutherford-Bohr 
A teoria quântica foi utilizada pela primeira vez para explicar a 
estrutura atômica no trabalho de Bohr . 
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Bohr: emissão estimulada Os postulados de Bohr 
1. No átomo, somente é permitido ao elétron estar em certos 
estados estacionários , sendo cada um deles constituídos por uma 
energia fixa e definida. 
2. Quando o átomo estiver em um destes estados, ele não pode 
emitir luz. No entanto, quando um átomo passar de um estado de 
alta energia para um estado de menor energia há emissão de um 
quantum de radiação cuja energia hn é a diferença de energia entre 
os dois estados. 
3. Se o átomo estiver em qualquer um dos estados estacionários, o 
elétron se movimenta descrevendo uma órbita circular em volta do 
núcleo. 
4. Os estados eletrônicos permitidos são aqueles nos quais o 
momento angular do elétron é quantizado em múltiplos de h/2p. 
O espectro do hidrogênio 







l

22H n
1
2
1
R
1
Rydberg 
para n=3,4,5,... 
RH → constante de Rydberg para o hidrogênio →1,09678·10
7 m-1 
 → número de onda por unidade de comprimento 
 (recíproco do comprimento de onda) 

Johann Balmer → relação empírica 
4n
n
3646
2
2

l
n = 3, 4, 5, ..., 9 







2
2
2
1
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nn
RE H
Bohr → raias espectrais; transição entre os níveis permitidos 
As séries do hidrogênio 
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O espectro de hidrogênio As séries do hidrogênio 
Orbital atômico Orbital atômico: s e p 
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Orbital atômico: d Orbital atômico: f 
O átomo multieletrônico 
120
2
20
2
10
2
44
2
4
2
r
e
r
e
r
e
V ppp 
Atração 
do 
elétron 1 
ao núcleo 
Atração 
do 
elétron 2 
ao núcleo 
Repulsão 
entre os 
dois 
elétrons 
No átomo de He (2 elétrons) a carga do núcleo é +2e e a energia potencial total é dada 
pelos termos: 
O átomo multieletrônico 
A energia dos orbitais é diferente nos átomos multieletrônicos 
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O Princípio da Construção 
Princípio da Exclusão de Pauli: um orbital não pode ser ocupado por mais do que dois 
elétrons. Quando um orbital está ocupado por dois elétrons, seus spins estão 
emparelhados 
Regra de Hund: Cada orbital do subnível que está sendo preenchido recebe inicialmente 
apenas um elétron. Somente depois de o último orbital desse subnível receber o seu 
primeiro elétron começa o preenchimento de cada orbital com o seu segundo elétron, 
que terá spin contrário ao primeiro 
O Princípio da Construção 
O Princípio da Construção Diagrama de energia 
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Propiedades Magnéticas 
Obrigada pela atenção !!!