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Aula Teoria Atômica (novo)

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*
Aula
Modelos atômicos: Desenvolvimento histórico e 
modelo atômico atual
*
Os primórdios da teoria 
atômica
 
 
 Demócrito (460-310 a.C.) e outros filósofos gregos acreditavam que a matéria era constituída de partículas muito pequenas: átomos
 Platão (427-347 a.C.) e Aristóteles (384-322 a.C.): teoria de que não poderia haver partículas indivisíveis
 Na história da química, os séculos XVII e XVIII caracterizaram-se pela aquisição de um grande número de informações obtidas experimentalmente
 
 GRÉCIA ANTIGA
 
 
*
 Benjamin Franklin (1706-1790): estudos e descobertas trouxeram avanços na área da eletricidade (descoberta das cargas elétricas e suas propriedades)
 Eletricidade  base de diversos experimentos a partir dos quais a teoria da estrutura atômica foi desenvolvida
Os primórdios da teoria 
atômica
*
O modelo atômico de Dalton
 
 Em 1803, John Dalton propôs seu modelo atômico, com base nos seguintes postulados:
 Toda matéria é composta de partículas fundamentais, os átomos
 Os átomos são permanentes e indivisíveis, eles não podem ser criados nem
 destruídos
 
 Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794)  Lei da conservação da 
 massa: “A matéria não pode ser criada nem destruída”
*
O modelo atômico de Dalton
 
 Os elementos são caracterizados por seus átomos. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos em todos os aspectos. Átomos de diferentes elementos têm diferentes propriedades
 As transformações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos
 Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa
*
A evolução dos modelos 
atômicos
 Wilhelm Rontgen: físico alemão, descoberta dos raios X em 1895
 1896: físico francês Henri Becquerel (1852-1908) 
placa fotográfica
*
 1898 e 1899: Marie Curie, cientista polonesa, e seus colaboradores isolaram os elementos polônio e rádio
 Descreveram o fenômeno da radioatividade, quando átomos emitem raios incomuns (α, β e γ) ao se desintegrarem
A evolução dos modelos 
atômicos
*
 As ideias apresentadas por Marie Curie claramente contradisseram o modelo atômico de Dalton, que descrevia o átomo como sendo indivisível 
A evolução dos modelos 
atômicos
*
 Por volta de 1900, na Inglaterra, Joseph John Thomson desenvolveu experimento em tubos de raios catódicos contendo diferentes gases:
 Raios catódicos: Feixe de partículas com massa, de carga negativa Elétrons
 Mesma relação carga-massa para as partículas do feixe encontrada para catodos de diferentes metais e gases variados
 A natureza dos raios catódicos é a mesma, independente do material metálico do eletrodo utilizado
O átomo de Thomson
*
1911 a 1913: experimento de Millikan, físico norte americano:
Carga do elétron = -1,602176 x 10-19 C 
Massa do elétron = 9,109382 x 10-28 g
O átomo de Thomson
*
 Eugene Goldstein: físico alemão realizou experimento em tubo de raios catódicos com adaptação e evidenciou a existência de partículas atômicas fundamentais positivas, mais tarde chamadas de prótons:
 Mais tarde, a massa do próton foi determinada experimentalmente = 1,672622 x 10-24 g 
O átomo de Thomson
*
O átomo de Thomson
No início do século XX, Joseph John Thomson postulou que os elétrons (carga negativa) estariam incrustados sobre uma esfera de carga positiva
Modelo atômico do “pudim de ameixas” ou “pudim de passas”
*
 Por volta de 1910, Ernest Rutherford decidiu testar o modelo atômico de Thomson, bombardeando um delgada lâmina de ouro metálico com raios α:
O átomo de Rutherford
*
 O Experimento de Ernest Rutherford e colaboradores:
O átomo de Rutherford
*
 O experimento de Rutherford permitiu as seguintes conclusões:
 Como a maioria das partículas atravessou a placa, o átomo possui grandes espaços vazios
 Existe no centro do átomo, um núcleo muito pequeno e denso, pois algumas partículas foram rebatidas
 Este núcleo é carregado positivamente, devido às partículas que passaram próximas do núcleo terem sido desviadas (repelidas) em sua trajetória
 Os elétrons do átomo se encontram arranjados na região exterior ao núcleo e ao redor deste
O átomo de Rutherford
*
 A maioria dos átomos possui massas maiores do que seria previsto com base somente em seus prótons e elétrons
 1932: físico britânico James Chadwick (1891-1974), estudou raios de polônio radioativo, demonstrando que o átomo também continha partículas pesadas desprovidas de carga  nêutrons
 Massa do nêutron = 1,674927 x 10-24 g 
 Núcleo do átomo contém prótons e nêutrons, responsáveis pela massa do mesmo. Ao redor do núcleo, encontram-se os elétrons
O átomo de Rutherford
*
Energia radiante e o espectro 
eletromagnético
*
Energia radiante e o espectro 
eletromagnético
*
Energia radiante e o efeito 
fotoelétrico
Albert Einstein:
A célula fotoelétrica:
*
Energia radiante e o átomo de 
Bohr
Johann Balmer (1825-1898) e Johannes Rydberg (1854-1919)
*
 Físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) desenvolveu uma conexão entre os espectros de átomos excitados e as ideias de Max Planck e Albert Einstein. Os postulados de seu modelo para os átomos de H foram:
 Um elétron gira ao redor do núcleo em órbita circular
 Um átomo possui um número limitado de órbitas, cada uma delas caracterizada por determinada energia
 Uma órbita difere de outra por seu raio
 O elétron em um átomo pode ter somente certas quantidades específicas de energia, isto é, a energia em um átomo é quantizada
O modelo atômico de Bohr
*
O modelo atômico de Bohr
Exemplo 01: Determinar o comprimento de onda da linha espectral azul formada por átomos excitados de H, segundo a teoria de Bohr
*
 Einstein e o efeito fotoelétrico: luz possui propriedades ondulatórias mas pode ter propriedades de partícula
 Em 1924, o físico Louis Victor de Broglie atentou para o seguinte fato: da combinação das expressões de Einstein e Planck, uma relação é obtida, a qual poderia descrever o comportamento ondulatório da matéria
O modelo atômico atual
*
 A base do modelo atômico moderno é a consideração do comportamento ondulatório dos elétrons
 Os elétrons apresentam comportamento de ondas estacionárias 
O modelo atômico atual
*
 A dualidade onda-partícula do elétron leva ao princípio da incerteza de Heisenberg: impossibilidade de se conhecer simultaneamente e com certeza a posição e a energia de uma pequena partícula, tal como um elétron em um átomo, se esta se comporta como onda
O modelo atômico atual
*
 As propriedades ondulatórias dos elétrons (Erwin Schrödinger)
 É possível descrever qualquer movimento ondulatório por um tipo de equação matemática conhecida como equação de onda. Cada solução de uma equação de onda é chamada de função de onda (Ψ)
 O valor de Ψ corresponde a amplitude da onda do elétron, e portanto, a um valor possível para a sua energia, En
 Mais importante é o valor de Ψ², que, de acordo com a mecânica quântica, representa a probabilidade de encontrar um elétron numa estreita região específica do espaço (orbital)
O modelo atômico atual
*
 As propriedades ondulatórias dos elétrons (Erwin Schrödinger)
O modelo atômico atual
(Coordenadas esféricas)
*
 Orbital: região do espaço extranuclear em que há maior probabilidade de se encontrar um elétron de determinada energia
 Para um elétron no espaço tridimensional, três números inteiros, os números quânticos (n, ℓ e mℓ), são parte integral da solução da equação deonda
 Os números quânticos descrevem a energia relativa e a posição aproximada do elétron no átomo
 
O modelo atômico atual
*
 
 Os números quânticos:
 n = número quântico principal (camada eletrônica)
 ℓ = número quântico secundário ou de momento angular  define as subcamadas ou orbitais presentes em uma dada camada n
 mℓ = número quântico magnético  define as orientações espaciais possíveis para um dado orbital  valores possíveis 2ℓ+1, variando de -ℓ a +ℓ
O modelo atômico atual
*
Obs: ainda há o número quântico de spin, ms, que assume valores iguais a +1/2 ou -1/2 e determina o sentido da movimentação do elétron em um dado orbital
(ℓ ≤ n-1 para uma camada n)
O modelo atômico atual
*
 O formato e as orientações espaciais dos orbitais atômicos:
Orbitais s
Orbitais p
Orbitais d
O modelo atômico atual
*
Orbitais f
O modelo atômico atual
*
O modelo atômico atual
*
O modelo atômico atual
Orbital s  ℓ=0
Orbital p  ℓ=1
Plano nodal ou nó: região onde a amplitude de vibração do elétron é igual a zero
*
O modelo atômico atual
Orbital d  ℓ=2
Orbital f  ℓ=3
*
O modelo atômico atual
 Em um átomo qualquer contendo três camadas eletrônicas, (n=3) tem-se:
*
 Configuração eletrônica de átomos multieletrônicos:
 Descreve a estrutura eletrônica de um átomo com todos os orbitais ocupados e o número de elétrons que cada orbital contém
 No estado neutro e fundamental, o no de elétrons é igual ao de prótons e tais elétrons ocupam orbitais atômicos de modo que a energia total do átomo seja a mínima possível
 A ordem de preenchimento das camadas e subcamas segue a ordem crescente de “n + ℓ”, com algumas exceções 
O modelo atômico atual
*
 Configuração eletrônica de átomos multieletrônicos:
 A regra de Hund: o arranjo mais estável dos elétrons é aquele com o número máximo de elétrons desemparelhados, com mesmo sentido de spin. Esse arranjo torna a energia total de um átomo tão baixa quanto possível
 Princípio da exclusão de Pauli: enunciado por Wolfgang Pauli (1900-1958) em 1925. Dois elétrons em um mesmo átomo não podem ter o mesmo conjunto de números quânticos. Assim, nenhum orbital pode conter mais de dois elétrons 
O modelo atômico atual
Em um orbital qualquer com determinada orientação espacial:
*
 Por exemplo, escrever a configuração eletrônica do átomo de nitrogênio (147N), utilizando a notação spdf e a notação de orbitais em caixas de acordo com a regra de Hund e o princípio da exclusão de Pauli. Determinar os números quânticos de todos os elétrons.
 1s2 2s2 2p3 ou [He] 2s2 2p3 (notação do gás nobre)
O modelo atômico atual
*
Classificação periódica dos 
elementos
*
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