Aula 2 - Estrutura_Atomica_Moderna

08/03/2012 1 ESTRUTURA ATÔMICA ESTRUTURA ATÔMICA MODERNA MODERNA INÍCIO DA TEORIA ATÔMICA MODERNA \uf076 No início do século XX, os cientistas se confrontaram com um conjunto de observações que tornavam inconsistente a teoria atômica de Rutherford e que precisavam ser efetivamente esclarecidas. \uf076 O átomo de Rutherford possuía um sério problema : Pelas leis \uf076 O átomo de Rutherford possuía um sério problema : Pelas leis da mecânica clássica, um átomo contendo um núcle o pequeno de carga positiva com elétrons orbitando ao seu redor deveria ser instável. \uf076 Diante de tal situação, era imprescindível que houvesse uma reformulação do modelo do átomo. Conclusão : os fenômenos envolvendo elétrons não poderiam ser explicados em termos de mecânica clássica. Diante disso, Niels Bohr tentou resolver o p aradoxo utilizando a INÍCIO DA TEORIA ATÔMICA MODERNA p teoria quântica da energia . \uf076 Mas para abordarmos o Modelo Atômico de Bohr precisamo s inicialmente estudar o comportamento ondulatório da luz . 08/03/2012 2 A Natureza Ondulatória da Luz \uf076 Nossa compreensão da luz e das ondas decorre das experiências realiz adas pelos físicos no século XIX, entre eles o escocês James Clerk Maxwell . \uf076 Maxwell, desenvolveu em 1864 uma elegante teoria matemática para descrever todas as formas de rad iação em termos de campo s elétricos e magnéticos oscila ntes ,o us e j a ,n af o r m a de ondas . James Clerk Maxwell A Natureza Ondulatória da Luz \uf076 Cada um dos campos é descrito por uma onda senoidal ,q u e corresponde a função matemática q ue q descreve a onda. \uf076 Tais campos oscilantes emanam das cargas que vibram na superfície de uma fonte luminosa, tal como uma lâmpada. A Natureza Ondulatória da Luz \uf076 A luz que nós podemos ver com nossos olhos é con hecida como luz visível . \uf076 A luz visível é um tipo de radiação eletromagnética ,o u também conhecida como luz radiante . \uf076 Além da luz visível podemos encontrar vários tipos de radiação eletromagnética tais como: - Ondas de rádi o - Radiação Infravermelho - Radiação Ultravioleta - Raios X - Microondas A Natureza Ondulatória da Luz \uf076 Todos os tipos de radiação eletromagnética movem-se no vácuo a uma velocidade de 3,00 x 10 8 m/s, a velocidade da luz . \uf076 T o d a sa sr a d i a ç õ e st ê m tí t i dlt ói carac t er í s ti cas on d u l a tó r i as s e m e l h a n t e sà sd a so n d a sq u es e movem no mar. \uf076 Uma seção transversal de uma onda do ma r mostra que e la é periódica . \uf076 Op a d r ã od ep i c o sed e p r e s s õ e s repetem-se a intervalos regulares. A Natureza Ondulatória da Luz \uf076 A distância entre picos é chamada comprimento de onda . Essa distância pode ser dada em metros, nanômetros e etc. O símbolo para o comprimento de onda é a letra grega \uf06c (lambda). \uf076 As ondas são também caracterizadas pel a sua frequência , simbolizada pela letra grega \uf06e (ni). \uf076 A frequência é o número de ondas que passam por um determinado ponto em 1 segundo. A unidade de f r e q u ê n c i aég e r a l m e n t ee s c r i t ac o m o s -1 ( hertz ). A Natureza Ondulatória da Luz \uf076 Se o compri mento de onda é longo , existirão m enos ciclo s de onda passando por um ponto por seg undo logo a frequência será baixa . \uf076 De maneira invers a, para uma on da que tem frequência alta , o comprimento de onda será menor . 08/03/2012 3 A Natureza Ondulatória da Luz \uf076 Essa relação inver sa entre a frequência e o compri mento de onda d eu m ar a d i a ç ã oe l e t r o m a g n é t i c ap o d es e re x p r e s s ap e l ae q u a ç a o abaixo: \uf06e\uf06c \uf06e\uf06c = =c c A Natureza Ondulatória da Luz \uf076 A velocidade de qualquer movimento periódico, inclusive uma onda, é o produto de comprimento de onda pela f requência da onda. Velocidade Velocidade (m/s) = (m/s) = Comprimento Comprimento de de onda onda (m) x (m) x frequência frequência (s (s - -1 1 ) ) d lé ld d d l \uf076 Como a ra d iação e l etromagn é tica se move a ve l oci d a d e d a l uz, a equação acima pode ser reescrita como sendo: \uf06e =f r e q u ê n c i a \uf06c = comprimento de onda c = velocidade da luz. \uf06e\uf06c \uf06e\uf06c = c = c A velocidade da luz visível e de todas as outras formas de radiação eletromagnética no vácuo é uma constante: c c= =3 3, ,0 0x x1 0 10 8 8 m/s m/s O Espectro Visível da Luz \uf076 Diariamente somos banhados em radiação eletromagnética vinda do sol, q u eéu mt i p od e luz visível (aquela que nós p odemos enxergar). \uf076 A luz visível consiste em um espectro de cores ,v a r i a n d o do vermelho na extremidade correspondente ao maior comprimento de onda, ao violeta, na extremidade correspondente ao comprimento de onda mais curto. \uf076 O arco-íris é um exemplo de espectro de cores. O Espectro Visível da Luz O arco-íris é o esp ectro da luz do sol no visível, que é for mado pela decomposição da lu z através da refração (se me lhan te ao que ocorre num prisma \u2013 Porém aqui são as gotículas de água no ar que refratam a luz). O Espectro Visível da Luz O Espectro Visível da Luz \uf076 Se a luz branca visível for colimada em um feixe estreit o, passando por uma fenda e depois atravessar um pri sma, ao se chocar com um anteparo, observa-se um es p ectro contínuo p semelhante a um arco-íris. Este processo é conhecido como espectroscopia . \uf076 A maior parte dos nossos conhecimentos sobre átomos, moléculas e núcleos vêm do estudo da radiação emitida o u absorvida por eles. 08/03/2012 4 O Espectro Eletromagnético \uf076 A luz visív el correponde a s omente uma p equena parcel a do espectro eletromagnético total. O Espectro Eletromagnético Modelo Ondulatório da Luz \uf076 Apesar do Modelo Ondulatório d e Maxwell explicar muitos aspectos do comportamento d a luz, existiam alguns fenômen os que ele nao pôde explicar. Tais como: 1- A emissão de luz por objetos quentes; 2- A emissão de elétrons a partir de uma superfície metálica onde a luz incide ( oe f e i t of o t o e l é t r i c o ); 3- A emissão de luz a partir de átomos gasosos aquecidos ( espectros de emissão ). Objetos Quentes \uf076 Quando um objeto, uma lâmpada, e ra aquecido, ele emitia radiação, que era obs ervada pela incandescência no filamento. \uf076 Ai nt e ns id a de d a l uz e m i t id a por um o b j e to nt ns a a uz mt a por um oj t o dependia da temperatura do objeto. \uf076 Por exemplo: a temperatura é mais alta no centro desse der ramamento de aç o fundido. Como resultado, a luz emitida do cent ro é mais intensa e de comprimento de onda mais curto. Objetos Quentes \uf076 No final do século XIX, alguns pesquisadores estudava m esse fenômeno, tentando entender a relação entre a temperatura, a intensidade e os comprimentos de onda da radiação emitida. \uf076 No entanto, as leis predominantes da físi ca da época não podiam explicar essas observações. Equação de Planck \uf076 Em 1900, o físi co alemão Max Planck , ofereceu uma explicação audaciosa. \uf076 Ele supôs que a energia só podia ser liberada (ou absorvida) por átomos em apenas \u201c pacotes \u201d distintos de tamanhos mínimos. \uf076 Planck deu o nome quantum (fixo) para a menor quantidade de energia que podia se r emitida ou absorvi da como radiação eletromagnética. \uf076 No seu modelo, a quantização de energia significa que somente determinadas e nergias, com frequências específicas são permitidas. Max Planck 08/03/2012 5 Equação de Planck \uf076 Nesse sentido, Planck introduziu uma equação das mais importantes da ciê ncia, a cha mada Eq uação de Planck , que afirma que a energia de um único quantum é proporcional à frequência \uf06e . E =h \uf06e E \uf076 A constante h ficou conhecida como a constan te de Planck co m valor igual a: h = 6,63 x 10 -34 J.s Equação de Planck \uf076 De acordo com a teoria de Planck, a energia é sempre emitida ou a b s o r v i d ap e l am a t é r i a em múltiplos in teiros de h \uf06e ,2 h \uf06e ,3 h \uf06e e assim por diante. \uf076 Na teoria de Planc k as energi as permitidas são quantizadas \uf076 Na teoria de Planc k , as energi as permitidas são quantizadas , isto é, seus valores sã o restritos a determinada s quantidades . \uf076 A proposta rev olucionária de Planck lhe ren deu o prêmi o Nobel de Física de 1918. Quantização de Energia \uf076 Analogia : A medida que o homem sobe a rampa, sua e nergia potencial aumenta uniformemente, de ma neira contínua. Quant o do homem sobe a escada, ele pisa em deg raus individuais, de modo que a s ua energia potencial está restrita a determinados valores, e portanto, e energia nesse caso é quantizada. O Efeito Fotoelétrico e os Fótons \uf076 Alguns anos depo i s de Pl anck a pre se nta r sua te or ia a respeito da quantização de energ ia, mu itos cientistas começaram a observar sua aplicabilidade para um grande núme ro de observações experimentais que antes não era m explicados pela física clássica. \uf076 Torna- se cl aro, portan to, qu e a teoria d e Plan ck havi a trazido uma revolução no modo como o mundo físico era visto. \uf076 Dentro os experimen tos que passaram a se r explicados com essa nova teoria destaca-se o EFEITO FOTOELÉTRIC O. O Efeito Fotoelétrico e os Fótons \uf076 A l b e r tE i n s t e i n ,e m1 9 0 5u s o uat e o r i ad e Planck para explicar o EFEITO FOTOELÉTRICO . \uf076 Os experimentos haviam mostrado que a luz radiante incidindo sobre uma s uperfície metálica limpa, fazia com que a mesma emitisse elétrons. Albert Einstein O Efeito Fotoelétrico e os Fótons \uf076 Einstein mostrou q ue para cada met al existia uma frequência mínima de luz abaixo da qual nenhum elétron era emitido. \uf076 Para explicar esse efeito, Ein stein criou a cha mada CÉLULA FOTOELÉTRICA . 08/03/2012 6 Célula Fotoelétrica \uf076 Um potencial elétrico é aplicado à célula. Quando a luz atinge o cátodo da célula, elétrons são ejetados da superfície do cátodo e movem- sem para o ânodo positivamente carregado Um fluxo de carregado . Um fluxo de elétrons \u2013 uma corrente - flui através da célula. \uf076 As experiências com células fotoelétricas mostraram que os elétrons eram ejetados da superfície somente se a frequência da luz fosse alta o bastante . \uf076 Einstein mostrou que para cada metal existia uma frequência mínima de luz abaixo da qual nenhum e létron era emitido. Célula Fotoelétrica \uf076 Por exemplo: a luz com frequência 4,60 x 10 14 s -1 ou maior fazia com que o Césio metál ico emi tiss e elétro ns, mas a luz com frequências mais baixas que isso não faziam efeito nenhum. O Efeito Fotoelétrico e os Fótons \uf076 Einstein most rou q ue essas obser vações experimen tais poderia m ser explicadas combinando-se a equação de Planck (E = h \uf06e ). \uf076 Einstein supôs, portanto, que a energia radiante atingind o a superfície metálica era u m fluxo de pacotes minúsculos de energia. \uf076 Cada pacote de energia, foi denominado FÓ TON . \uf076 O fóton se comportava co mo se fosse uma \u201cpa rtícula sem massa\u201d. O Efeito Fotoelétrico e os Fótons \uf076 Einstein deduziu que cada fóton deveria ter uma energia proporcional a freq uência da luz : E = h \uf06e . \uf076 Portanto, a própria energia radiante tinha que ser quantizada . \uf076 A proposta de Einstein explica definitiva mente o Efeito fotoelétrico. \uf076 Após essa explicação, tornou-se raz oável supor que u m elétron só pode ser arra ncado de um á tomo se o fóton p ossuir energia suficiente. O Efeito Fotoelétrico e os Fótons \uf076 Einstein prova també m, que se a radiação eletromag nética é descrita como um cor rente de fóton s, então, quanto mai or for a intensidade da luz, mais fótons existirão na superfície por unidade de tempo. O Efeito Fotoelétrico e os Fótons \uf076 Aplicações práticas do Efei to Fotoelétrico no nosso dia a dia : - Células fotoelétricas são co mumente utilizadas em portas automáticas, elevadores, interru ptor em circuitos elétricos, pois a ejeção de elétrons ocorre quando a luz ou as ondas eletro magnéticas atingem a superfície de um metal. - Altas frequências (comprimentos de onda curto), como por exemplo os raios X, fazem com que os fótons desse tipo tenham alta energia, suficiente para causar da nos aos tecidos e até mesmo câncer. 08/03/2012 7 Exercícios 1- Os aparelhos de CD utilizam lase rs que emitem luz vermelha com um comprimento de ond a de 685nm. Pergunta-se: a) Qual a energia de um fóton dessa luz? b) Qual é a energia de um mol de fótons da luz vermelha? 2- O molibdênio metáli co tem que absorver radiação com a frequência mínima de 1,09 x 10 15 s -1 antes que ele emi ta um elétron de sua superfície via efeito fotoelétrico . (a) Qual é a energia mínima necessária para produzir esse efeito? (b) Qual o comprimento de onda de radiação fornecerá um fóton com essa energia? 3- Qual fóton tem mais energia: aquele com uma freqüência de 3,52 x 10 14 H zo ua q u e l ec o mu mc o m p r i m e n t od eo n d ad e 115nm? Justifique sua resposta.

Aula 2 - Estrutura_Atomica_Moderna

UGB

Química Geral I

Continue navegando

Materiais relacionados

Perguntas relacionadas

Conforme a expressão apresentada na transparência 5 do Tópico 3 (Velocidade de Reação ) da Aula 2 (Cinética Química), V = [55,828 – 0] / [14-0]. V...

2ª aula prática de Química Geral – Profa. Ana Carolina Abrantes

2 – Em um béquer de 50 mL, adicionar 30 mL de solução 0,1 M de CuSO4.5H2O (sulfato de cobre pentahidratatado). Em seguida, colocar o prego em conta...

Considerando o fragmento de texto acima e os conteúdos do texto-base Aula 2 (Vídeo 2 - Tema 1), assinale a alternativa que justifica a formação das...

Outros materiais