Estrutura Atômica e Modelos

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Estrutura Atômica
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Modelos Atômicos
Contribuições
• Introdução na ciência da noção precisa de
átomos;
• Aplicação na interpretação das leis
fundamentais da estequiometria;
• Explicação de todos os fenômenos físicos
e químicos conhecidos na época.
John Dalton (1766 – 1844)
Manchester
Lei da composição cte: em um determinado composto o número relativo de
átomos e seus tipos são cte; Postulado 4;
Lei da conservação da massa (lei da conservação da matéria): a massa total dos
materiais presents depois da reação química é igual a massa total antes da reação.
Postulado 3.
Lei das proporções múltiplas: se dois elementos, A e B, se combinam para
formar mais de um composto, as massas de B, que podem se combinar com a
massa de A, estão na proporção de pequenos números inteiros.
A teoria de Dalton explica várias leis simples de combinação química:
Modelo atômico de Dalton
1. Cada elemento é composto de partes extremamente pequenas
chamadas átomos;
2. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos. Os átomos
de diferentes elementos são diferentes e tem diferentes propriedades
(e também diferentes massas);
3. Os átomos de um elemento não se convertem em diferentes tipos
de átomos por meio de reações químicas; os átomos não são criados
nem destruídos nas reações químicas;
4. Os compostos são formados quando átomos de mais de um
elemento se combinam. Um determinado composto tem sempre o
mesmo número relativo dos mesmos tipos de átomos.
Modelo atômico de Dalton
Postulados:
Átomo de Dalton
Não explicava os fenômenos da eletricidade e da
radioatividade, bem como a existência dos isótopos, tendo por
isso se tornado obsoleto!!!
Modelo atômico de Dalton
Evolução dos modelos Atômicos
Tabela periódica dos elementos: lei periódica;
Raios catódicos, canais e X;
Fenômenos radioativos;
Na observação dos espectros ópticos e raios X,
nos efeitos Zeeman, Stark, etc.
A complexidade do átomo
A descoberta dos elétrons
Descargas elétricas através de 
gases rarefeitos, observadas por 
Plucker (1859) e Hittorf (1869)
Estudadas por Crookes (1878) e 
J. J. Thomson (1895)
A complexidade do átomo
A cor depende do gás confinado no tubo
A descoberta dos elétrons
Propriedades dos Raios catódicos
Fluorescência
 Fenômenos de fluorescência
A descoberta dos elétrons
Propriedades dos Raios catódicos
 Propagação retilínea
A descoberta dos elétrons
Propriedades dos Raios catódicos
 Energia cinética Molinete
O Físico britânico J. J. Thomson
A descoberta dos elétrons
Raios Catódicos
J. J. Thomson
Raios Catódicos
J. J. Thomson
 A natureza é a mesma independente do material do catodo;
 Uma lâmina metálica exposta a raios catódicos adquire
carga elétrica negativa;
 Em 1897, ele apresentou suas observações e concluiu que
os raios catódicos são jatos de partículas com massa,
carregados negativamente.
 O artigo de Thomsom é conhecido como a descoberta
daquilo que chamamos de elétron;
Raios Catódicos
J. J. Thomson
 A quantidade de desvio dos raios catódicos depende dos
campos magnético e elétrico aplicados;
 A quantidade do desvio também depende da proporção
carga-massa do elétron;
 Em 1897, Thomson determinou que a razão q/m de um
elétron é 1,76 x 108 C/g.
O Modelo Atômico de Thomson
1898 - Modelo “Pudim de ameixa” do átomo de J. J. Thomson 
O átomo consistia em uma esfera 
positiva uniforme de matéria, na 
qual os elétrons estavam 
incrustados.
A descoberta da estrutura atômica
1909 – Robert Millikan – Experimento da gota de óleo de Millikan
A descoberta da estrutura atômica
1886 – Eugen Goldstein – Raios Canais
A descoberta da estrutura atômica
Radioatividade - 1896
A descoberta da estrutura atômica
1910 – Rutherford e seus colaboradores
A descoberta da estrutura atômica
1910 – Rutherford e seus colaboradores
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.
A descoberta da estrutura atômica
A descoberta da estrutura atômica
O átomo Moderno
Modelo atômico de Rutherford
Entra em contradição com a teoria 
de Maxwell:
Toda carga elétrica dotada de uma
aceleração é centro emissor de energia
radiante;
O DILEMA DO ÁTOMO ESTÁVEL
Radiação eletromagnética
Radiação eletromagnética
 números de ciclos por segundo 
Radiação eletromagnética
Radiação eletromagnética
O modelo ondulatório da luz explica muitos aspectos de seu 
comportamento, porém existe vários fenômenos que ele não 
pode explicar:
1. Emissão de luz por objetos quentes (radiação de corpo 
negro);
2. Emissão de elétrons a partir de uma superfície metálica 
onde a luz incide (efeito fotoelétrico);
3. Emissão de luz a partir de átomos de gás excitados 
eletronicamente (espectros de emissão).
Fatos que desafiavam a interpretação pela Física do
final do século XIX:
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
• A radiação emitida por um corpo ideal em função apenas de sua
temperatura, independente da natureza do corpo emissor;
• Este corpo idealizado é um emissor e absorvedor perfeito, emitindo e
absorvendo toda a faixa de radiação eletromagnética;
• O corpo real que mais se aproxima de um corpo ideal é um forno oco,
com paredes de grafite ou metal polido isoladas termicamente do
ambiente, dotado de um dispositivo que permita o controle de sua
temperaura interna e cujo o único contato com o exterior seja feita
através de um pequeno orifício;
Radiação de corpo negro
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
Radiação de corpo negro
Detector de 
radiação
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
1879: Josef Stefan  brilho função da Temperatura
cte =  = 5,67 x 10-8 Wm-2K-4
Itot= cte x T
4
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
1893 – Wilhelm Wien  mudança de cor da radiação função 
(Temperatura)
Lei de Wien
Tmax = cte
cte = 2,9 K mm
Exemplo: Qual a temperatura do sol se sua intensidade 
máxima de radiação ocorre em 490 nm?
maxT = constante
T = constante/ max
Constante = 2,88 x 10-3K.m
Exemplo: Qual a intensidade máxima de radiação e a cor 
de um animal cuja temperatura é 37,0 ºC?
max T = constante Constante = 2,88 x 10
-3 K m
max = constante/ T T = 37 + 273 = 310 K
max = 2,88 x 10
-3 K m / 310 K
max = 9,29 x 10
-6 m ~ 10,0 x 10-6 m
max ~ 1 x 10
-5 m ou ~ 10.000 nm ou 1 000 cm-1
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
Catástrofe do 
ultravioleta
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
Max Karl Ernest 
Ludwig 
Planck (1858-1947)
Introdução da teoria
quântica da radiação
(1900)
E = h
Energia quantizada e fótons
1. Objetos quentes e quantização da energia
• Resolveu o problema da catástrofe do UV;
• Foi possível deduzir teoricamente as 
expressões obtidas empiricamente por 
Stefan e Wien
Energia quantizada e fótons
Efeito fotoelétrico
Albert Einstein
(1879-1955)Explicação quântica do
efeito fotoelétrico
Energia quantizada e fótons
Efeito fotoelétrico
Observações experimentais:
1. Nenhum elétron é ejetado até que a radiação tenha
frequência acima de um determinado valor, característico
do metal;
2. Os elétrons são ejetados imediatamente, por menor que
seja a intensidade da radiação;
3. A energia cinética dos elétrons ejetados aumenta
linearmente com a frequência da radiação incidente.
Energia quantizada e fótons
Efeito fotoelétrico
Efeitos inesperados
O brilho (intensidade) não tem efeito sobre a energia do elétron
ejetado - luz mais brilhante emite mais elétrons.
Luz vermelha não emite elétrons, mas luz azul sim! Abaixo
de uma certa  ( que depende do material) não há emissão.
Interpretação de Einstein
A luz seja formada por partículas sem massa: fótons
Luz mais brilhante tem mais fótons, com energia E = h.
Energia quantizada e fótons
Efeito fotoelétrico
Explicação do efeito fotoelétrico:
1. Um elétron só pode ser expelido do metal se receber do
fóton, durante a colisão, uma quantidade mínima de
energia igual a função trabalho, .
2. Se o fóton tem energia suficiente, a cada colisão observa-
se a ejeção imediata de um elétron;
3. A energia cinética do elétron ejetado do metal aumenta
linearmente com a frequência da radiação incidente:
Ek = h - 
Energia cinética Energia Energia necessária para
do elétron ejetado fornecida pelo ejetar o elétron
Fóton 
Energia quantizada e fótons
Efeito fotoelétrico
Efeito fotoelétrico
Efeito fotoelétrico
h =  + Ek
Espectros atômicos
Espectro continuo 
Espectros atômicos
Hidrogênio Hélio Lítio Sódio Potássio
Espectros atômicos
Espectro descontinuo
Raias
espectrais
Espectros atômicos
Espectros atômicos - Hidrogênio

Com os conhecimentos disponíveis nesta época sobre a
constituição do átomo, qual é o modelo proposto para o
mesmo?
Modelo nuclear de Rutherford, com um núcleo maciço e
pequeno, rodeado pelos elétrons a uma distância grande,
com espaço vazio, entre o núcleo e a eletrosfera.
Problema! Como explicar a estabilidade do átomo, uma
vez que cargas opostas se atraem?
Voltamos ao átomo
• Problema com a Eletrodinâmica Clássica !
• Elétron numa órbita fechada, com velocidade constante, 
descreve um movimento acelerado!
• Elétron deve emitir energia continuamente  espiral da 
morte do elétron
Solução para o impasse !
Quantizar as órbitas estáveis, de modo que dentro
delas o elétron não absorva ou emita energia
Niels Bohr
(1885-1957)
Primeira teoria bem sucedida
da estrutura atômica (1913)
Modelo atômico de Bohr
Problemas para Bohr Resolver propondo o seu modelo 
atômico:
1. Elétron deve perder velocidade gradativamente;
2. Porque o elétron deve se mover em órbita ao redor do
Núcleo;
3. Cargas opostas se atraem _ elétron “espiralar” e colidir
com o núcleo
Niels Bohr
Introduziu a quantização no modelo atômico do átomo de 
H, através da condição arbitrária de quantização do raio r
Momento angular mvr = n
ℎ
2𝜋
, n = 1, 2, 3, 4
Modelo de Bohr para o átomo de 
Hidrogênio
Postulados utilizados por Bohr para deduzir a equação de 
energia dos níveis do átomo de H
1) Os elétrons giram ao redor do núcleo positivo com
velocidade cte, em órbitas circulares, de raios ctes;
2) A atração coulômbica entre o núcleo positivo e o elétron
negativo que gira ao seu redor mantém o átomo;
3) Numa órbita estável o elétron não emite ou absorve
energia, estando num estado estacionário;
4) Somente são permitidas órbitas nas quais o elétron tem um
momento angular L específico, dado por L = mvr = nh/2,
onde n = 1, 2, 3, 4, 5 ...(condição de quantização);
Modelo de Bohr para o átomo de 
Hidrogênio
5) A transição entre dois estados de energia permitidos só é
possível com a perda ou ganho de energia exatamente igual a
diferença de energia dos dois níveis envolvidos na transição;
E2 – E1 = h
6) Exceto pela condição de quantização, todas as grandezas
físicas do sistema são dadas pelas expressões da Física
Clássica.
Modelo de Bohr para o átomo de Hidrogênio
Equação de Bohr para o átomo de hidrogênio
E = -
𝟐𝝅𝟐𝒁𝟐𝒎𝒆𝟒
𝒉𝟐𝒏𝟐
Ou
E = (-2,18 x 10-18J)(
𝟏
𝒏𝟐
)
Modelo de Bohr para o átomo de Hidrogênio
Níveis de energia no átomo de hidrogênio: Bohr
Modelo de Bohr para o átomo de 
Hidrogênio
 E = energia emitida ou absorvida
 E = En2 – En1 = Efóton = h
E = (-2,18 x 10-18J)(
𝟏
𝒏𝟐
𝟐) - (-2,18 x 10
-18J)(
𝟏
𝒏𝟏
𝟐)
E = (-2,18 x 10-18J)(
𝟏
𝒏𝟐
𝟐 −
𝟏
𝒏𝟏
𝟐)
Modelo de Bohr para o átomo de Hidrogênio
E = h = 
ℎ𝑐

1

=
2,18 x 10−18 J
ℎ𝑐
1
𝑛1
2 −
1
𝑛2
2
Johannes Rydberg
109,735 cm-1 (Bohr)
109,677 cm-1 (Rydberg)
1

= 𝑅
1
𝑛1
2 −
1
𝑛2
2
Modelo de Bohr para o átomo de 
Hidrogênio
Modelo de Bohr para o átomo de 
Hidrogênio
Deficiências no modelo de Bohr:
• Filosoficamente insatisfatório, pois a condição de quantização do L é
introduzida de modo inteiramente arbitrário;
• Incapaz de prever quantitativamente as raias de elementos com mais de
um elétron;
• Além disso, a observação do espectro de emissão do H com
instrumentos de maior resolução, mostrou que as raias únicas vistas em
baixa resolução, na realidade eram compostas de varias raias discretas,
com separação energética pequena;
• Sugere pelo menos mais um número quântico.
Modelo de Bohr para o átomo de Hidrogênio