geoquimica aula2 01032016

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GEOQUÍMICA 
aula 01 Março 2016 
 
*Espectro de Radiação emitida por corpo aquecido 
(Hipótese de Planck) 
*Modelo Atômico de Bohr 
*Tabela periódica e classif icação 
*Ligações químicas 
OBS. Leitura 1 fazer download em Discipl inasWeb 
 
 
 
 
 
 
Geoquímica 0440201 !
ÁTOMO 
 
§  O modelo vigente de átomo é proporcionado pela Mecânica 
Quântica. O modelo standard (1961, Glashow, 1967, Abdus 
Salam & Stephen Weinberg), prediz com uma alta precisão as 
características do átomo de hidrogênio. 
 
§  Mas como nasceu esse conceito? 
 
§  Quais foram as evidencias físicas que permitiram inferir o 
modelo atômico de Niels Bohr (1915)? 
HIPOTESE DE MAX PLANCK (1900) 
§  Sugerida para explicar o resultado do experimento de radiação de 
corpo negro de Gustav Kirchoff (1860). 
Em termos simples a teoria electromagnética 
prediz que a intensidade lumínica do espectro 
de um corpo aquecido deve crescer de modo 
infinito com a frequência da onda EM (curva 
física clássica). 
 
MAS! 
 
•  O observado realmente foi a curva do 
experimento de Kirchoff . 
 
•  Se a curva predezida pela física clássica é 
contínua enquanto que o observado é um 
espectro segmentado de cores pode ser 
considerado como lógica a sugestão feita por 
Planck. 
 [ver capítulo 7, H. Moyses Nussenzveig, Física 
 Básica vol 4] 
Nota: na próxima aula revisaremos a dualidade onda - 
partícula 
HIPÓTESE DE MAX PLANCK (1900) 
A teoria eletromagnética (equações de Maxwell) estabelece que a energia de una onda electromagnética 
varia de modo contínuo e podería tender ao infinito. Isso fica claro na seguinte equação integral: 
 
Energia onda EM (E) 
 
 
Onde d3x é um elemento infinitesimal de volume. E2 e B2 são os valores dos quadrados dos modulos dos campos eletrico e 
magnetico. ∈0 corresponde a constante de permitividade de espaço livre, e µ0 a constante de permeabilidade de espaço livre. 
 
O link entre essa equação pode ser visto na figura da slide anterior: a fisica clássica (a teoria 
electromagnética) prediz um crescimento infinito e continuo da intensidade (a energia) de uma onda 
electromagnética em função de sua frequência (ν). 
 
No entanto, na experiência de Gustav Kirchoff a radiação emitida é dominada por a emissão de uma onda 
EM de frequência específica: primeiro infravermelho, depois vermelho, depois amarelo, branco…. e 
finalmente azul. Junto com isso a intensidade lumínica (I[v]) decresce depois de um valor específico (o valor 
esperado de v). 
 
A hipótese de Planck (Novembro de 1900) postula que a energia trocada na interação onda EM – materia 
deve ser quantizada. Em outra palavras, para uma onda EM de frequência v a única energia possível é um 
múltiplo entero de uma unidade de energia : um quantum hv. Onde h é a constante fundamental de Planck. 
 
Essa hipótese esta na base de mecânica quântica. Sem essa disciplina sería impossível ter um modelo 
atômico como o atual. Sem esse modelo atômico seria muito díficil entender as características químicas dos 
elementos. Enquanto que sobre a base das características químicas dos elementos é possível compreender 
as características geoquímicas dos elementos químicos. 
ÁTOMO 
 
§  Os átomos incluem prótons, nêutrons, e elétrons. A soma de 
prótons e nêutrons é o número de massa (A) de um átomo. 
§  O número de massa é concentrado no núcleo, pois a massa 
de um elétron é somente 1/1837 vezes a massa do próton. 
§  O diâmetro de um âtomo é aprox. 10.000 vezes o diâmetro de 
seu núcleo, tal que quase todo o volume de um átomo é 
ocupado por seus elétrons que preenchem o espaço ao redor do 
núcleo. 
Núcleo 
Próton 
Elétron 
Nêutron 
Modelo orbital (inspirado na orbita 
dos planetas ao redor do Sol) 
Cada elétron, o grupo de elétrons, 
ocupa uma orbita específica que 
corresponde a um nível de energía 
que é múltiplo inteiro de hv. 
A posição específica de um elétron e 
exclusivamente medido como uma 
probabilidade de aparecer em um 
momento t e uma posição x. 
ÁTOMO 
Modelo atômico de Bohr, com as camadas K, L, M, N, O... etc 
Os orbitais das camadas K,L,M e N também são indicados. 
 
MODELO ATÔMICO DE BOHR 
TABELA PERIÓDICA 
§  110 elementos químicos foram reconhecidos, porém alguns 
não ocorrem naturalmente. Só 90 ocorrem naturalmente na 
Terra. 
§  Como um átomo, como um todo, é eletrônicamente neutro, 
deve existir tantos elétrons quanto prótons. 
§  Cada elemento químico possui um número específico de 
prótons no núcleo. 
§  O número de prótons é o número atômico (Z). 
§  No estado fundamental, no de prótons = no de elétrons. 
TABELA PERIÓDICA – ISOTOPOS !
Tabela Periódica, com a configuração dos orbitais externos 
 
TABELA PERIÓDICA 
§  Os elementos químicos estão organizados em ordem de aumento 
do número atômico (Z) dentro da tabela periódica. A carga no 
núcleo (Z) e o número de elétrons em um átomo neutro determina a 
ordem em que o elemento ocorre. 
§  as linhas horizontais são conhecidas como períodos, indica o 
número de níveis ocupados pelos elétrons. 
§  As colunas verticais da tabela periódica são os grupos, e o número 
em cada coluna (I, II, III) são igual ao número de elétrons presentes 
na camada mais externa (camada de valência). 
§  Nas colunas, ou grupos, os elementos compartilham as propriedades 
químicas mais importantes. 
§  As propriedades dos elementos (tamanho atômico, potencial de 
ionização, eletronegatividade) variam de modo periódico dentro da 
Tabela Periódica, acompanhando as variações na configuração 
eletrônica. 
TABELA PERIÓDICA 
TABELA PERIÓDICA 
A Tabela Periódica se organiza atribuindo um único conjunto de 
números quânticos, o preenchimento dor orbitais é sucessivo 
dos orbitais de baixa até os de alta energia ate que o número 
de elétrons iguale ao numero de prótons no núcleo 
Exemplo: Config. Electronica do Fluor: [He] 2s2 2p5 
TRENDS NA TABELA PERIÓDICA 
TRENDS NA TABELA PERIÓDICA 
•  Em geral, o raio atômico de elementos diminui à medida que você vai em um 
período da esquerda para a direita. 
 
•  À medida que avançamos em um período da esquerda para a direita, os elétrons 
estão sendo adicionados ao mesmo nível de energia, a camada de valência. 
 
•  O aumento da carga nuclear, devido aos protões positivamente carregadas, 
atrai todos os electrões de carga negativa mais fortemente para que todos 
os electrões são extraídos para mais perto do núcleo, Assim, 
 
•  O raio de cada átomo sucessiva fica menor através de um período da Tabela 
Periodica. 
•  Blindagem: fenômeno que se explica pela atração eletroestatica maior em 
eletrons de orbitais internos (oferece uma explicação adicional no trend 
observado em cada periodo). 
TRENDS NA TABELA PERIÓDICA 
*O aumento em cada 
grupo, como do Li para o 
Cs: a cada novo período, 
os elétrons mais externos 
ocupam uma camada mais 
distante do núcleo. 
**O decréscimo em cada 
período, como do Li para o Ne, 
novos elétrons estão na mesma 
camada e estão tão próximos do 
núcleo como os demais elétrons 
da mesma camada 
TRENDS NA TABELA PERIÓDICA 
A energia necessária para remover elétrons de um átomo é de importância 
fundamental para a compreensão de suas propriedades químicas. A energia de 
ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo na fase 
gás. 
TRENDS NA TABELA PERIÓDICA 
ENERGIA DE IONIZAÇÃO 
As energias de ionização decrescem com o aumento de n em um grupo porque, nos pe- 
ríodos sucessivos, o elétron mais externo ocupa uma camada afastada do núcleo e, 
portanto, a ligação com o núcleo é mais fraca. Entretanto, a carga nuclear efetiva 
cresce da esquerda para a direita em um período. 
§  Quando há cessão de elétrons, forma-seo cátion: o átomo 
torna-se positivamente carregado (prótons > elétrons), e seu 
raio iônico diminui; 
§  Quando há aquisição de elétrons, forma-se o ânion: a 
carga será negativa (elétrons > prótons) e o raio iônico 
aumenta. 
ÍONS – CÁTIONS E ÂNIONS 
Conforme sua eletronegatividade, os átomos tendem a ceder 
elétrons (baixa eletronegatividade – “eletropositivos”) ou adquirir 
elétrons (alta eletronegatividade). 
Exemplos da relação de tamanho entre átomos e íons: 
 
 
Muitos íons apresentam raios iônicos similares (por exemplo, Na
+, Ca2+, ETR3+, Th4+) e, portanto, podem substituir um pelo outro 
em cristais, desde que equilíbrio de carga seja mantido. 
Nota: 1 Ăngström (Å) = 10-10m, 1 micron(µm) = 10-6m 
RAIOS DOS ÍONS 
§  São as forças de atração que mantém as partículas 
unidas em um retículo cristalino ou em uma molécula. 
§  As ligações químicas se realizam mediante a interação 
dos orbitais externos (transferência de elétrons), 
incompletos, onde se alojam os elétrons de valência dos 
átomos envolvidos, i.e. aqueles que irão participar das 
ligações entre eles. 
§  Apresentam natureza DUAL 
LIGAÇÕES QUÍMICAS 
§  Ligações iônicas: formam-se pela atração elétrica entre íons 
de cargas opostas. 
§  Ligações covalentes: ocorre o compartilhamento dos 
elétrons da camada eletrônica mais externa, produzindo uma 
sobreposição dos orbitais atômicos adjacentes. 
§  Ligações metálicas: os elétrons de valência são 
compartilhados por todo sólido – podem se mover livremente. 
LIGAÇÕES QUÍMICAS 
LIGAÇÕES QUÍMICAS 
IONICA: transferência de elétron de Na para Cl 
COVALENTE: comparti lhamento de eletrons das 
camadas exteriores. 
LIGAÇÕES COVALENTES VS IONICAS 
ELETRONEGATIVIDADE E LIGAÇÕES 
NOTAS: 
1.  Ions com eletronegatividade similar geram l igações 
covalentes 
2.  Ions com diferença grande de eletronegatividade 
geram l igações iônicas 
BIBLIOGRAFIA – Aprofundamento Aula 
* ALBARÈDE, F. (2009). Geoquímica uma introdução. Oficina de Textos, São Paulo. 
Introdução e Capítulo 1 (propiedades dos elementos). 
 
*H. M. NUSSENZVEIG. Curso de Física Básica. Volume IV (capítulo 7). 
 
*ATKINS & Jones. Princípios de Química. 5ed. (capitulo 1) 
 
Outras fontes de informação VER: 
 
* Aulas do Caltech: O Universo Mecânico: aulas 49, 50 e 51 (Youtube 
https://www.youtube.com/watch?v=fiswkrrh-Go 
 
https://www.youtube.com/results?search_query=o+universo+mecanico+o+atomo 
 
 
* Webpage da UC Davis PhysWiki : Quantum Mechanics 
http://physwiki.ucdavis.edu/Core/Quantum_Mechanics/Fowler's_Quantum_Mechanics/1%3A_Reviewing_Elementary_Material/
1%3A_Introduction 
 
VER Leitura 1 na DisciplinasWEB. Cap 1 de Atkins & Jones.