Teoria quântica

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A EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS 
E A TEORIA QUÂNTICA 
Prof. Paulo Cesar Souza Pereira, MSc 
Química Geral 
Agronomia 
Engenharia de Alimentos 
Engenharia Química 
Cursos: 
Disciplina: 
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ - UEM 
O que é um átomo? 
O que é um átomo? 
A maior parte dos fenômenos químicos são decorrentes do 
comportamento dos elétrons e não do núcleo. 
A mecânica clássica não consegue explicar o movimento dos 
elétrons. 
Surge então a mecânica quântica. 
INTRODUÇÃO À TEORIA QUÂNTICA 
Ponto chave: interação matéria-energia. 
Natureza ondulatória da luz 
A energia da onda é função da 
frequência, medida em hertz (Hz). 
hE 
c
c = vel. da luz = 3 x 108 m/s 
ν = frequência 
Onda eletromagnética 
Uma onda eletromagnética 
não transporta matéria, mas 
transporta energia. 
Ex: 100 Hz significa 100 ciclos por segundo. 
Espectro eletromagnético 
A figura representa duas ondas 
eletromagnéticas. 
Qual onda tem maior frequência? 
Se uma onda representa luz visível 
e outra radiação infravermelho, 
qual é uma e qual é a outra? 
Exercício: 
Se uma onda representa luz 
vermelha e a outra representa luz 
azul, qual é uma e qual é a outra? 
O espectro eletromagnético 
Energia quantizada e fótons 
O modelo ondulatório não consegue explicar os seguintes 
fenômenos: 
Efeito fotoelétrico 
Espectros de emissão 
Emissão do corpo negro 
Max Planck (1900) propôs a existência do quantum: menor 
quantidade de energia que pode ser transferida. 
Modelo rampa / escada 
hE 
Constante de Planck, h = 6,63x10-34 J s 
Efeito fotoelétrico 
Ef = Ec + w 
Efeito fotoelétrico 
Espectro de linhas e o modelo de Bohr 
Um LASER emiti luz em um comprimento de onda específico 
A maioria das fontes de luz são policromáticas 
O espectro é contínuo 
O espectro de linhas e o modelo de Bohr 
Os estados de energia do átomo de hidrogênio 
Se o hidrogênio emite luz, por que o 
elétron não “cai” no núcleo? 
Qual o modelo matemático para 
explicar as diferentes linhas de 
emissão (cores)? 
O espectro de linhas e o modelo de Bohr 
Equação de Rydberg 
R = 1,09677 x 107 m-1 
Constante de Rydberd 
n = nos inteiros positivos 
As energias de Bohr 
E = (-2,18x10-18 J) 
As linhas espectrais são 
oriundas das transições 
eletrônicas entre os níveis. 
Surge o conceito de níveis energéticos 
Níveis de energia para o átomo de Hidrogênio 
UV 
Visível 
Infra Vermelho 
410 nm 656 nm 
Níveis de energia para o átomo de Hidrogênio 
Emissão do corpo negro 
As cores dos objetos são 
resultados da reflexão de luz 
Como o carvão sendo preto 
pode emitir luz laranja? 
Emissão do corpo negro 
As transições eletrônicas explicam 
a emissão do corpo negro 
Como o carvão sendo preto pode emitir 
luz laranja? 
Comportamento ondulatório da matéria 
Louis De Broglie (1924) 
Se a energia (onda) pode se comportar 
como matéria (fóton), então a matéria 
pode se comportar como onda. 
Assim, o elétron, movendo-se ao redor 
do núcleo tem um comprimento de 
onda particular. 
1 J = 1 Kg m2 s-2 
O princípio da incerteza 
Werner Heisenberg, 
 Nobel de Física 1932 
É impossível determinar com exatidão a posição 
de um elétron em determinado tempo. 
É impossível saber, simultaneamente, o 
momento de um elétron e sua posição 
especifica no espaço. 
Por esse motivo o contorno dos orbitais é uma 
função probabilidade. 
O princípio da incerteza 
Calcule a incerteza da posição para um elétron que se move 
em torno de um átomo de hidrogênio (d = 2x10-10 m) com 
velocidade medida com 99% de certeza, de 5x106 m/s. 
A incerteza da posição (Δx) é maior que o diâmetro do 
átomo. 
A incerteza de 1% = 0,01 x 5x106 m/s = 5x10 4 m/s 
Números quânticos: 
Resolvendo a equação de Schrödinger para cada uma das funções de 
onda obtidas para um átomo hidrogenóide fornece um conjunto 
exclusivo de três valores inteiros chamados números quânticos. 
 Número quântico principal (n): indica o nível de energia do elétron. 
 Número quântico do momento angular orbital (azimutal) ( l ): indica o 
sub-nível de energia do elétron e o formato do orbital. 
 Número quântico magnético (ml ): indica a orientação do orbital no 
espaço. 
 Número quântico de spin (s ): indica a orientação do giro do elétron em 
torno do próprio eixo. 
 Princípio da exclusão de Pauli 
n: indica o nível de energia 
l : indica o sub-nível de energia e 
formato do orbital 
ml : indica a orientação no espaço 
Tem valores inteiros entre: +l e -l 
s : indica o giro do elétron 
A Equação de Schrodinger: 
A integração da equação de Schrodinger (cálculo 
pesado e complexo) fornece um espaço (volume) 
que é a região mais provável de se encontrar o 
életron. 
Esses espaços são chamados de orbitais e tem formado definido. 
A medida quantitativa da probabilidade é dada em termos de 
densidade da probabilidade (ψ2). 
Orbitais s 
Exercício: Quais os números quânticos do último elétron 
distribuído da espécie representada pelo modelo abaixo? 
Orbitais p 
Exercício: Quais os números quânticos do último elétron 
distribuído da espécie representada pelo modelo abaixo? 
x 
Orbitais d 
Nomenclatura dos Orbitais d 
Orbitais f 
Orbitais f 
O numero quântico secundário pode ser identificado pela 
quantidade de planos nodais. 
Distribuição eletrônica pra íons: 
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 
48Cd 
48Cd
2+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 
Cátions: 
Ânions: 
35Br 1s
2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 
35Br 
- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6