2018.2 IEM 1o Estagio Estrutura atomica

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Introdução a Estrutura da Matéria
Prof: Sidney Ramos de Santana
E-mail: santanasidney@cca.ufpb.br
Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Agrárias
Departamento de Química e Física
Semestre: 2018.2
Código: GDQF0020
Carga Horária: 60 hs
Créditos: 4
 
http://www.myenglishonline.com.br/
Curso de Inglês Online Gratuito/CAPES/MEC
 
Bibliografia
 J. B. RUSSELL, QUIMICA GERAL, MAKRON BOOKS, SP, 2012. 
 J. E. BRADY, J. E. HUMISTON, QUIMICA GERAL, Ed. LTC Livros 
Técnicos e Científicos, 2ª ed., RJ, 1995. 
 P. ATKINS, L. JONES, PRINCIPIOS DE QUIMICA: 
QUESTIONANDO A VIDA MODERNA E O MEIO AMBIENTE, Ed. 
BOOKMAN, 5ª ed., 2011. 
 MAHAN, B.M.; MYERS, R.J. QUÍMICA UM CURSO 
UNIVERSITÁRIO. Tradução da 4ª ed., Ed. Edgar Blücher LTDA, 
SP, 1993. 
 KOTZ, J.C.; TREICHEL, P.M. QUÍMICA E REAÇÕES QUÍMICAS. 3a 
 Ed., LTC Livros Técnicos e Científicos, RJ, 1998. 
 CHANG, R.; GOLDSBY, K.A. QUÍMICA, 11a Ed., AMGH Editora, 
Porto Alegre, RS, 2013. 
3
 
Ementa
 Conceitos Básicos da Estrutura Atômica
 Os Elementos Químicos e as Propriedades 
Periódicas
 As Ligações Químicas
 Estrutura das Moléculas
 Interações Intermoleculares
4
 
A Estrutura Atômica
5
Introdução a Estrutura da Matéria
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Atômica da Matéria
6
Do que é feita a matéria ?
Demócrito de Abdera
(460 – 370 A.C.)
Demócrito de Abdera
(460 – 370 A.C.)
”A matéria é formada por 
partículas muito pequenas e 
indivisíveis chamadas de 
ÁTOMOS.”
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Atômica da Matéria 
7
A noção sobre os átomos no início do século XIX
John Dalton
(1746 – 1844 D.C.)
● Cada elemento é composto de partes 
extremamente pequenas chamadas de 
ÁTOMOS;
● Todos os átomos de um dado elemento são 
idênticos; Os átomos de diferentes elementos 
são diferentes e têm propriedades diferentes;
● Os átomos de um elemento não se convertem 
em diferentes tipos de átomos por meio de 
reações químicas;
● Os compostos são formados quando átomos 
de mais de um elemento se combinam; um 
determinado composto têm sempre o mesmo 
número relativo dos mesmos tipos de átomos. 
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Atômica da Matéria 
8
A noção sobre os átomos no inicio do século XIX
John Dalton
(1746 – 1844 D.C.)
● Lei da Composição Constante: Em 
determinado composto o número relativo de 
átomos e seus tipos são constantes.
● Lei da Conservação das Massas: A massa total 
de materia presente depois de uma reação 
química é igual a massa total de matéria 
presente antes desta reação.
● 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 números pequenos.
 
A Estrutura Atômica:
A Natureza Elétrica da Matéria 
9
Michael Faraday
(1746 – 1844 D.C.)
Os átomos são capazes de conduzirem eletricidade ?
 
A Estrutura Atômica:
A Natureza Elétrica da Matéria 
10
Os átomos são capazes de conduzirem eletricidade ?
Michael Faraday
(1746 – 1844 D.C.)
Eletrólise!!
 
A Estrutura Atômica: 
11
● Qual a natureza do átomo 
se ele possui carga zero?
● Será que ele pode ser 
subdividido? 
Respostas mais tarde.
 
A Estrutura Atômica:
Os Átomos 
12
O que são átomos ?
Formados de partículas subatômicas.
Do que eles são formados ?
Eles são a unidade mínima da matéria.
 
Os Experimentos com Tubos de Raios Catódicos
A Estrutura Atômica:
As Subpartículas: A Descoberta do Elétron 
13
William Crookes
(1831 - 1919 D.C.)
A aplicação de alta 
voltagem sobre os 
terminais elétricos
tubo de vidro selado 
contendo um gás faz 
passar uma corrente 
elétrica através de um raio 
a partir do catódo.
 
Os Experimentos com Tubos de Raios Catódicos
A Estrutura Atômica:
As Subpartículas: A Descoberta do Elétron 
14
William Crookes
(1831 - 1919 D.C.)
● Será que estes raios interagem com 
campos magnéticos ?
● Será que os raios catódicos 
conseguem exercer algum tipo de força 
mecânica ?
SIM, em um Radiômetro !!!
SIM !!!
 
Os Experimentos com Tubos de Raios Catódicos
A Estrutura Atômica:
As Subpartículas: A Descoberta do Elétron 
15
● Qual é a natureza dos raios 
catódicos?
George Stoney
(1826–1911 D.C.)
Estes raios catodicos estão conduzindo algum 
tipo de ”partículas elétrica negativa” para o 
eletrodo positivo.
Elétrons !!!
 
Os Experimentos com Tubos de Raios Anódicos
A Estrutura Atômica:
As Subpartículas: A Descoberta do Prótron 
16
● Qual é a natureza dos Raios Anódicos?
Eugen Goldstein
(1850–1930 D.C.)
Partículas Positivas
Prótons
Cátodo com buracos
(disco perfurado)
 
Invetigações com os Tubos de Raios Catódicos
A Estrutura Atômica:
A Relação entre a Carga e a Massa do Elétron 
17
● Os raios conduzem sempre as mesmas 
partículas independente do metal usado 
como catodo.
● Os desvios sofridos pelo raios, e 
consequentemente na trajetória das 
partículas que eles conduzem, devido a ação 
de campo elétricos e/ou magnéticos, 
dependem da massa de gás contida no tubo.
Joseph John Thomson
(1856 –1940 D.C.)
 
Invetigações com os Tubos de Raios Catódicos
A Estrutura Atômica:
A Relação entre a Carga e a Massa do Elétron 
18
Com campo magnético 
apenas
Sem campo ou um 
anulando o outro
Campo elétrico 
apenas
 
Invetigações com os Tubos de Raios Catódicos
A Estrutura Atômica:
A Relação entre a Carga e a Massa do Elétron 
19
Heinrich Geissler
(1814 –1879 D.C.)
q / m
e
 = 1,758 x 1011 C/kg
Joseph John Thomson
(1856 –1940 D.C.)
 
O Experimento da Gota de Óleo Ionizada 
A Estrutura Atômica:
A Carga do Elétron 
20
Robert Andrews Millikan
(1868 –1953 D.C.)
 
O Experimento da Gota de Óleo Ionizada 
A Estrutura Atômica:
A Carga do Elétron 
21
Robert Andrews Millikan
(1868 –1953 D.C.)
● Gotas de óleo são borrifadas na parte 
superior, passam pelo orificio da chapa 
metálica carregada positivamente.
● Estas gotas são ionizadas por um feixe de 
raio-X ficando carregada negativamente.
● Ajustando a voltagem das placas metálicas é 
possível estabelecer um equilíbrio entre a 
força gravitacional e a força elétrica.
● No ponto de equilíbrio é possivel determinar 
a carga do elétron.
q = -1,602 x 10-19 C
 
Experimentos com Radioatividade 
A Estrutura Atômica:
A Radioatividade 
22
Ernest Rutherford
(1871 – 1937 D. C.)
● O mesmo material pode ser capaz de emitir 
partículas positivas, negativas e neutras.
● Partículas α são carregadas positivamente.
● Partículas γ são neutras.
● Partículas β são carregadas negativamente.
 
Experimentos com Radioatividade: A Descoberta do Neutron
A Estrutura Atômica:
A Radioatividade 
23
James Chadwick
(1891 – 1974 D.C.)
● Partículas não carregadas são capazes de
colidirem e ejetar proton de uma amostra de
parafina. 
Parafina
Berílio
Partículas α H
+
Partículas
Desconhecida
Sem carga!!
Nêutrons!!!
 
A Estrutura Atômica: 
24
● Como o átomo é constituído ? 
 
O Modelo Atômico de Thomson (Pudim de Passas)
A Estrutura Atômica:
Os Modelos Atômicos 
25
● O Átomo possui carga zero sendo 
um esfera constituída por elétrons 
imersos em uma massa positiva.
Joseph John Thomson
(1856 – 1940 D.C.)
 
O Modelo Atômico de Rutherford: A Descoberta do Núcleo
A Estrutura Atômica:
Os Modelos Atômicos 
26
Ernest Rutherford
(1871 – 1937 D. C.)
 
A Estrutura Atômica:
Os Modelos Atômicos 
27
● Cerca de 1 em cada 20.000 partículas sofrem deflexão maior que 90o.
● Poucas retornam a posição inicial.
● A grande maioria passamdireto sem sofrer desvios.
O Modelo Atômico de Rutherford: A Descoberta do Núcleo
Implicações:
● Quase toda a carga do positiva 
átomo esta concentrada numa 
região: O Núcleo.
● Os elétrons estão circulando o 
núcleo.
 
A Estrutura Atômica:
A Origem do Número Atômico 
28
O Número Atômico
Henry Gwyn Jeffreys Moseley
(1887 – 1915 D.C.)
● O número atômico é igual ao número de prótons 
sendo diretamente proporcional a raiz quadrada
 do inverso do comprimento de onda da radiação 
emitida pelo metal dentro de um tubo selado a 
vácuo.
 
Qual as caraterísticas das partículas subatômicas ?
A Estrutura Atômica:
Os Átomos 
29
Partículas Símbolo Carga Massa (g)
elétron e- -1 9,109 x 10-31
próton p +1 1,673 x 10-27
nêutron n 0 1,675 x 10-27
OBS: A carga de um próton vale no S.I. 1,602 x 10-19 C.
 
Como obter a massa dos átomos ?
A Estrutura Atômica:
Os Átomos 
30
A Espectrometria de Massas Unidades de massa atômica
Si
na
l
 
O que são ISÓTOPOS ?
A Estrutura Atômica:
Os Átomos 
31
O átomo tem carga Zero ! 
Número de Prótons = Número de Elétrons
Número Atômico (Z) = Número de Prótons
Massa Atômica (A) = Número de Prótons(Z) + Número de Nêutrons
Unidades de massa atômica
Si
na
l
Isótopos são Átomos com mesmos Número de Prótons e 
diferentes Números de Nêutrons.
 
Alguns Isótopos Elementos mais Comuns:
A Estrutura Atômica:
Os Átomos 
32
Elemento Símbolo Número 
Atômico (Z)
Número de
Massa (A)
Abundância 
(%)
Hidrogênio 1H 1 1 99,985
Deutério 2H ou D 1 2 0,015
Trítio 3H ou T 1 3 *
Carbono-12 12C 6 12 98,90
Carbono-13 13C 6 13 1,10
Carbono-14 14C 6 14 *
OBS: O símbolo * indica que o elemento é radioativo. 
 
Como Ordenar os Átomos?
A Estrutura Atômica:
Os Átomos 
33
Massa Atômica Média = Média Ponderada das Massas dos Isótopos
O que é Massa Atômica Média ?
 
A Estrutura Atômica:
O Átomo 
34
J. Dalton
J.J. Thompson
E. Rutherford
Modelo de 
Dalton (1807):
Modelo de 
Thomson (1897):
Modelo de 
Rutherford (1908):
Lei da Proporções Múltiplas: 
Esferas rígidas que reagem 
em proporcões definidas.
Carga Positiva
Elétrons
+-
Elétrons
Núcleo
Thompson 
estava 
errado!!!
Colapso
Clássico do
Eletro
magnetismo???
Rutherford 
estava 
errado!!!
 
A Estrutura Atômica: 
35
● Como é produzida a luz no interior 
do tubos selados contendo gás ?
● Por que a luz produzida por 
diferentes gáses possui diferentes 
cores ? 
 
A Estrutura Atômica:
As Implicações da Estrutura Atômica 
36
A 
Estrutura 
Eletrônica 
do Átomo
Qual é a relação entre a Estrutura Atômica e a Luz 
observada nos Experimentos de Raios Catódicos?
As Propriedades
Químicas
A 
Estrutura 
Átomica
A Radiação Eletromagnética
(Ondas Eletromagnéticas)
 
A Estrutura Eletrônica do Átomo:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
37
O Movimento Ondulatório:
A
m
pl
itu
de
Distância
λ= Comprimento de Onda
y = Amplitude
As Ondas
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
38
O Movimento Ondulatório:
A Difração da Luz
Christian Huygens
 (1629 - 1695)
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
39
O Movimento Ondulatório:
A Intererência da Luz
Thomas Young
 (1773-1829)
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
40
O Movimento Ondulatório:A Intererência da Luz
Interferência Construtiva:
Região Clara => Luz
Interferência Destrutiva:
Região Escura => Sem Luz
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
41
A Radiação Eletromagnética:
Isaac Newton 
(1643 - 1727)
Luz branca se 
decompõe em várias 
cores ao atravessar 
um prima.
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
42
A Radiação Eletromagnética 
(Luz) se propaga em
um Movimento Ondulatório ?
SIM !!!
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
43
James Clerk Maxwell
(1831-1879)
A Radiação Eletromagnética:
1864 – “Todas as formas de radiação 
podem ser descritas em termos de 
campos elétricos e magnéticos 
ondulatórios e oscilantes (que variam 
com o tempo)”.
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
44
A Radiação Eletromagnética:
onda 
magnética
Campo 
elétrico
Campo 
magnético
onda 
elétrica
Sentido do 
movimento 
do feixe de 
luz.
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
45
A Radiação Eletromagnética: A Polarização da Luz
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
46
A Radiação Eletromagnética: A Natureza Ondulatória da Luz
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
47
A Radiação Eletromagnética: A Natureza Ondulatória da Luz
● Comprimento de onda (λ): Distância entre dois máximos, ou 
mínimos, consecutivos.
● Amplitude (A): Altura da onda em relação ao eixo central.
● Intensidade (I): Propocional ao quadrado da amplitude
● Freqüências (ν): Número de ciclo; mudança completa de 
direção e intensidade e volta à intensidade e direção inicial.
ν=c / λ
Unidade (ν): Hertz = 1Hz = 1s-1 (ciclos por segundo)
Relação: c = 3,0 x 108 m/s
Velocidade da Luz
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
48
A Radiação Eletromagnética: 
● A Teoria Atômica moderna surgiu a partir dos estudos sobre a 
interacão da radiação com a matéria.
● A Radiação Eletromagnética movimenta-se no vácuo com uma 
velocidade de 3,0 x 108 m/s.
● A Radiação Eletromagnética transporta energia de uma 
região para a outra, interagindo com as partículas um meio.
Estrutura Atômica
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
49
A Radiação Eletromagnética: 
● As Ondas Eletromagnéticas têm características semelhantes as 
ondas que se movem na água.
● A Luz Visível compreende-se por uma Radiação 
Eletromagnética com comprimentos de onda entre 400 nm e 700 
nm. Esta é detectada por nós devido a reações química 
provocadas em nossos olhos.
●
● A Radiação Eletromagnética possui diferentes comprimentos de 
onda e diferentes frequências que podem ser ordenados 
formando o Espectro Eletromagnético. 
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
50
A Radiação Eletromagnética: O Espectro Electromagnético
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
51
A Radiação Eletromagnética: O Espectro Electromagnético
Luz branca passando por um 
prisma se decompõe em vários 
COMPRIMENTOS DE ONDA 
associados a luz visível.
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
52
A Radiação Eletromagnética: A Interação da Radiação com a Matéria
10 cm 1 cm 1 mm 100 m 10 m
1 m 100 nmnm 10 nmnm 1 nmnm
Mecânica
Clássica
Mecânica
Estatística
Mecânica
Quântica
 
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
53
A Radiação Eletromagnética: O Espectro Electromagnético
 
SIMSIM
A Estrutura Atômica:
A Estrutura Eletrônica do Átomo 
54
Física
Clássica
Matéria:
Partículas
Radiação:
Ondas
A Física Clássica é capaz de explicar 
fenômenos associados a interação 
entre Radiação e Matéria em Escala 
Atômica ? E a Relação entre partículas e
Ondas ?
????
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
55
O Surgimento da Teoria Quântica
Max Planck
(1858-1947)
Albert Einstein
(1879–1955)
A Radiação do 
Corpo Negro
O Efeito 
Fotoelétrico
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
56
A Radiação do Corpo Negro
Corpo Negro: Um material que pode absorver e emitir radiação 
em todos comprimento de onda SEM PERDAS.
Objetivo: Estudar o comportamento da RadiaçãoEmitida por um 
corpo negro em diferentes temperaturas.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
57
A Radiação do Corpo Negro
Como explicar a variação do λ
max
 com a temperatura?
Resultados Experimentais:
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
58
A Radiação do Corpo Negro: Os Modelos Teóricos
Joseph Stefan
(1835-1893)
Ludwig von Boltzmann
(1844-1906)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
59
A Radiação do Corpo Negro: Os Modelos Teóricos
Lei de Stephan-Boltzmann (1879)
P: potência da radiação emitida; 
A: área do corpo negro;
T: temperatura do corpo negro;
c1: constante de Stephan = 5,67x10-8 W.m-2 K-4)
4
1ATcP 
In
te
ns
id
ad
e
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
60
A Radiação do Corpo Negro: Os Modelos Teóricos
Wilhelm Wien
(1864-1928)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
61
A Radiação do Corpo Negro: Os Modelos Teóricos
Lei de Wien (1893)
O comprimento de onda que corresponde ao máximo 
de intensidade é inversamente proporcional à temperatura.
T
1
max λ
2max cT λ
c
2
: constante de Wien (=1,44 x 10-2K.m)
Usada para calcular temperaturas na 
superfície de estrelas.
λmax
1/T[k]
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
62
A Radiação do Corpo Negro: Os Modelos Teóricos
Stephan-Boltzmann Wien
T[k]
In
te
ns
id
ad
e
● Qualquer corpo negro que estivesse em um temperatura diferente de zero deveria 
emitir luz continuamente (principalmente na região do UV);
● O Corpo Humano Deveria Brilhar no Escuro
● Não Haveria Escuridão. Catastrofe 
do Ultravioleta
λmax
1/ T[k]
Medida
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
63
A Radiação do Corpo Negro: Os Modelos Teóricos
Lei de Planck (1900)
A troca de energia entre a matéria
 (átomos osciladores) e a radiação é “quantizada”.
νnhE
h é a constante de Planck (6,626x10-34 J s).
n é um número inteiro 
(n=1,2,3,...).
“Quanta” = pacotes de energia
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
64
A Radiação do Corpo Negro: Os Modelos Teóricos
Lei de Planck (1900)
“A energia só pode ser liberada (ou absorvida) por 
átomos em certos pedaços de tamanhos mínimos, 
chamados quantum.”
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
65
A Radiação do Corpo Negro: Os Modelos Teóricos
Lei de Planck (1900)
“A energia só pode ser liberada
 (ou absorvida) por átomos em 
certas quantidades, de tamanhos 
mínimos, chamados quantum.”
Max Planck
(1858-1947)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
66
O Efeito Fotoelétrico:
Albert Einstein
(1879–1955)
”elétrons são ejetados de um metal
quando sua superficie é exposta à
radiação (particularmente UV).”
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
67
O Efeito Fotoelétrico:
Albert Einstein
(1879–1955)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
68
O Efeito Fotoelétrico:
Albert Einstein
(1879–1955)
● Elétrons começam a ser ejetados quando a 
freqüência da radiação incidente apresenta um 
valor mínimo (ν
min
) característico do metal, 
independente da intensidade.
● Mesmo em baixas intensidades, uma vez 
alcançado ν
min
 a incidência da radiação 
provocará a emissão de elétrons da superfície 
metálica. 
● Uma vez alcançado ν
min
, quanto maior a 
intensidade maior número de elétrons 
ejetados.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
69
O Efeito Fotoelétrico:
Albert Einstein
(1879–1955)
“A radiação é formada por partículas (fótons) 
cuja energia é formada por pacotes (quanta)”.
“A saída dos elétrons da superfície do metal 
resulta das colisões dos mesmos com os 
fótons.”
E = h ν
E
eletron ejetado
 = E
fóton
 - E
min
Função de Trabalho 
(Depende do Metal)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
70
O Efeito Fotoelétrico:
Albert Einstein
(1879–1955)
E
elétron ejetado
 = E
fóton
 - E
min
1
2 m e ve
2=h ν−h νmin
”A radiação eletromagnética (fóton) 
se comporta com partícula.”
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
71
As ondas (radiação) eletromagnética 
podem se comportar como partículas ?
Albert Einstein
(1879–1955)
SIM, como Fótons !!!
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
72
Partículas podem se comportar com 
ondas (radiação) eletromagnéticas ?
Louis de Broglie 
(1892 – 1987)
SIM !!!
A Dualidade 
Partícula - Onda
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
73
Louis de Broglie 
(1892 – 1987)
A Dualidade Partícula - Onda:
“Todas as partículas podem 
ser comportar como ondas”.
E Relatividade=E Fóton
Suponha uma partícula movendo-se 
na velocidade da luz.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
74
Louis de Broglie 
(1892 – 1987)
A Dualidade Partícula - Onda:
E Relatividade=E Fóton
mc2=h ν c
λ
=ν
mc2=h c
λ
OBS:
mc= h
λ
OBS: p=mc
Logo: p=h
λ
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
75
Louis de Broglie 
(1892 – 1987)
A Dualidade Partícula - Onda:
p=h
λ
Se De Broglie estiver correto, temos:
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
76
A Dualidade Partícula - Onda:
Clinton Davisson
(1881-1958) Lester Gerner
(1896-1971)
Davisson e Gerner (1927): Caráter 
ondulatório dos elétrons (Difração de 
elétrons!)
Confirmação Experimental
Da Dualidade Partícula-Onda
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
77
O Princípio da Incerteza:
Werner Heisenberg
(1901-1976)
“Na escala atômica, não é possível determinar
simultaneamente e com precisão, a posição e o 
momento de uma partícula”.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
78
O Princípio da Incerteza:
Werner Heisenberg
(1901-1976)
Δ xΔ p≥ℏ= h2π
Incerteza
na Posição
Incerteza
no momento
A medida interfere na posição e na
Velocidade do elétron. 
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
79
O Espectro:
É um gráfico que relaciona a intensidade da radiação 
eletromagnética com a sua frequência ou 
comprimento de onda. 
In
te
ns
id
ad
e
Comprimentos de Onda (nm)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
80
O Espectro:
Quando a radiação é composta por um único 
comprimento de onda é chamada monocromática. 
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
81
O Espectro:
Quando a radiação é composta por um vários 
comprimentos de onda é chamada contínua. 
A luz branca (luz do sol) 
produz um espectro contínuo.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
82
O Espectro do Átomico do Átomo de Hidrogênio
Absorção Emissão
Estado Fundamental (menor energia)
Estado Excitado (maior energia)
 
O Espectro do Átomico
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
83
Robert Wilhelm 
Eberhard Bunsen
(1811 – 1899)
Gustav Robert Kirchhoff
(1824 – 1887)
 
O Espectro do Átomico do Átomo de Hidrogênio
Espectro de Absorção
Espectro de Emissão
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
84
 
O Espectro de Emissão Átomico do Átomo de Hidrogênio
Johannes 
Rydberg
 (1854 – 1919)
Johann J. Balmer 
(1825 – 1898)
Em 1885, Johann Jacob Balmer 
propôs uma fórmula empírica que 
previa corretamente o comprimento 
de onda de 4 linhas do espectro do 
H: 
656,3nm (vermelho), 
486,1nm (verde), 
434.1 (azul), e 
410.2 nm (violeta). 
(A série de Balmer).
ν=RH [(
1
n f
2 )−(
1
ni
2 )]
n
f
 é o nível final da emissão
n
i
 é o nível inicial da emissão
R
H
 é a constante de Rydberg
R
H
 = 3,29 x 1015 Hz
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
85
 
ν=RH [(
1
n f
2 )−(
1
ni
2 )] ν=
c
λ
OBS: c é a velocidade
da Luz.
n
fNome da 
Série
1 Lyman
2 Balmer
3 Paschen
4 Brackett
5 Pfund
O Espectro de Emissão Átomico do Átomo de Hidrogênio
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
86
 
O Modelo Atômico de Bohr
Niels Bohr
(1885–1962)
Em 1913, observou o espectro de emissão 
(linhas) de determinados elementos e 
admitiu que os elétrons estavam 
confinados em estados específicos de 
energia. Esses foram denominados 
órbitas.
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
87
 
O Modelo Atômico de Bohr: Os Postulados de Bohr
Niels Bohr
(1885–1962)
● O elétron, no átomo, só pode estar em certos 
estados estacionários com energias fixas e bem 
definidas;
● Só há emissão de radiação eletromagnética quando 
da passagem de um estado de maior energia (E
j
) para 
um de menor energia (E
i
) possuir uma diferença de 
energia igual a um quanta. Logo, ΔE = E
j
 – E
i
 = h ν.
● O eletron move-se em torno do núcleo em uma 
orbita circular denominada de estado estacionário, 
sem a ocorrência de absorção ou emissão.
● Os estados eletrônicos permitidos são aqueles no 
qual o momento angular do elétron é quantizado, ou 
seja, o movimento circular em um dada orbita é igual 
a um número inteiro de comprimentos de onda. 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
88
 
O Modelo Atômico de Bohr
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
89
 
O Modelo Atômico de Bohr
r
r
mv
r4
e)Ze( 2
2
0

π
r4
Zemv
0
2
2
π

Força Coulômbica = Força Centrífuga
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
90
 
O Modelo Atômico de Bohr
Do postulado temos: ℓ=nℏ
mvr=nℏ
mv=n ℏ
r
m2v 2=n
2ℏ2
r 2
mv2= n
2ℏ2
mr 2
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
91
 
O Modelo Atômico de Bohr
r4
Zemv
0
2
2
π

Força Coulômbica = Força 
Centrífuga
Quantização do 
Momento Angular
2
0
22
mZe
hnr
π


n2ℏ2
mr2
= Ze
2
4 πε0 r
mv2= n
2ℏ2
mr 2
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
92
 
O Modelo Atômico de Bohr
2
0
22
mZe
hnr
π


2
0
2
0
me
har
π


Para n = 1 e Z = 1:
Raio da 1a Orbita de Bohr = a
0
 = 0,529 Å
2
0
22
me
h
Z
nr
π

 0
2
a
Z
nr 
a0
Podemos reecrever a equação acima:
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
93
 
O Modelo Atômico de Bohr
Energia total = Energia Cinética + Energia Potencial
r4
Zemv
2
1E
0
2
2
π

r4
Ze
r4
Ze
2
1E
0
2
0
2
π

π

r4
Ze
2
1E
0
2
π
 00
2
2
2
a4
e
n2
ZE
π

Unidade atômica de 
energia (1u.a ou 1 
Hartree)
0
2
a
Z
nr 
r4
Zemv
0
2
2
π

A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
94
 
O Modelo Atômico de Bohr
1 unidade atômica de energia (1 u.a.) = 1 Hartree (1H) 
1 Hartree = 4,3598 x10-18 J
Energia Total em unidades atômicas:
2
2
n2
ZE 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
95
 
O Modelo Atômico de Bohr: Algumas Considerações
Somente certas energias são permitidas;
O átomo possui E < 0 com relação ao núcleo e elétrons separados;
Explica os níveis de energia do H e dos Átomos Hidrogenóides (Sistemas com 
um único elétron. Ex: He+, Li+2, ...)
Níveis de energia mais baixo (estado fundamental para o H):
2
2
1.2
1E  ua
2
1E 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
96
 
O Modelo Atômico de Bohr: A Freqüência de Transição
2
f
2
f
n2
ZE 
2
i
2
i
n2
ZE 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
97
 
O Modelo Atômico de Bohr: A Freqüência de Transição
2
f
2
f
n2
ZE 
2
i
2
i
n2
ZE 
fi EEhE νΔ








π

π
ν
00
2
2
f
2
00
2
2
i
2
a4
e
n2
Z
a4
e
n2
Zh
00
2
2
i
2
f
2
a4
e
n
1
n
1
2
Zh
π







ν
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
98
 
O Modelo Atômico de Bohr: A Freqüência de Transição
2
f
2
f
n2
ZE 
2
i
2
i
n2
ZE 
fi EEhE νΔ








π

π
ν
00
2
2
f
2
00
2
2
i
2
a4
e
n2
Z
a4
e
n2
Zh
00
2
2
i
2
f
2
a4
e
n
1
n
1
2
Zh
π







ν
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
99
 
O Modelo Atômico de Bohr: A Freqüência de Transição
Principais contribuições do Modelo Atômico de Bohr:
● Elétrons existem apenas em níveis discretos de energia 
descritos por números quânticos;
● Transições eletrônicas (ΔE = h ν);
00
2
2
i
2
f
2
a4
e
n
1
n
1
2
Zh
π







ν 







Δ 2
i
2
f
2
n
1
n
1
2
Z]au[E
● Não explica o espectro de outros átomos;
● Não explica a configuração eletrônica;
● Não considera as propriedades ondulatórias dos elétrons (relação 
de de Broglie).
Principais limitações do Modelo Atômico de Bohr:
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
0
 
É possivel desenvolver um Modelo 
Atômico que consiga descrever tanto o a 
Dualidade Partícula - Onda quanto a 
Quantização ?
Erwin Schrödinger
 (1887 – 1961)
SIM !!!
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
1
 
O Modelo Quântico do Átomo:
Erwin Schrödinger
 (1887 – 1961)
Quantização: E = nhν
Dualidade Partícula - Onda: p = 
h
λ
Equação de Schrödinger: Ĥ Ψi=E iΨ i
H: Operador Hamiltoniano (Energia Total = 
Energia Cinética + Energia Potencial)
Ψ
i
: Função de Onda
E
i
: Energia do Estado i.
Ĥ=− ℏ
2
2m
{ ∂
2
∂ x2
+ ∂
2
∂ y2
+ ∂
2
∂ z2
}+ EPotencial
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
2
 
O Modelo Quântico do Átomo:
Erwin Schrödinger
 (1887 – 1961)
Qualquer propriedade química pode, á 
princípio, ser obtida a partir da função de 
onda (Ψ): potencial de ionização, 
afinidades eletrônicas, energias, 
intensidades de transição, etc.. 
Ψ2: Densidade de probabilidade (probabilidade de 
encontrar o elétron em uma dada região do espaço).
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
3
 
O Modelo Quântico do Átomo:
Erwin Schrödinger
 (1887 – 1961)
Aplicações analicatamente tratáveis:
● Partícula na Caixa
● Oscilador Harmônico
● Rotor Rígido
● Átomos Hidrogenóides
Restrições:
● Para átomos com dois ou mais elétrons a 
Equação de Schrodinger não é separavel 
impossibilitando a sua simplificação para 
sistemas de solução conhecida.
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
4
 
O Modelo Quântico do Átomo:
Erwin Schrödinger
 (1887 – 1961)
Aplicações analicatamente tratáveis:
● Partícula na Caixa
● Oscilador Harmônico
● Rotor Rígido
● Átomos Hidrogenóides
Restrições:
● Para átomos com dois ou mais elétrons a 
Equação de Schrodinger não é separavel 
impossibilitando a sua simplificação para 
sistemas de solução conhecida.
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
5
 
O Modelo Quântico do Átomo: A Escolha do Sistema de 
Coordenadas
Erwin Schrödinger
 (1887 – 1961)
Coordenadas Esféricas:
x=r sen(θ)cos(ϕ)
y=r sen (θ) sen(ϕ)
z=r cos(ϕ)
r=√ x2+ y2+ z 2
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
6
 
O Modelo Quântico do Átomo: A Escolha do Sistema de 
Coordenadas
     ϕϕΨ θ,rRθ,r,m,,n 
Parte Radial
Tamanho dos orbitais
(En e n)
Parte Angular: Harmônicos esféricos
Forma dos orbitais
 e m
(modelo quântico) (modelo de Bohr)
Orbital  Orbita 
O Modelo Quântico não se refere a orbitas por que o movimento
do elétron em um átomo não pode ser medido ou localizadocom precisão, segundo o Principio da Incerteza.
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
7
 
O Modelo Quântico do Átomo: Resolvendo a Equação de 
Schrödinger
Resolvendo a 
parte Radial:
Os níveis de energia só 
dependem de n.
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
8
 
O Modelo Quântico do Átomo: Resolvendo a Equação de 
Schrödinger
Resolvendo a 
parte Angular:
Os subníveis de energia 
dependem de l e m
l
.
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
10
9
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
0
O Modelo Quântico do Átomo: Os Números Quánticos
Os Números Quânticos surgem da resolução da 
Equação de Schrodinger.
● Número quântico principal (n): À medida que n aumenta, o 
orbital torna-se maior (mais difuso) e o elétron passa mais 
tempo longe do núcleo, ou seja, está menos fortemente 
atraido ao núcleo.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
1
O Modelo Quântico do Átomo: Os Números Quánticos
● Número quântico orbital (azimutal, l): Momento angular do 
elétron em um dado orbital. Ex: l = 0, 1, 2, …, n – 1
● Número quântico magnético (m
l
): Esse número quântico 
depende de l. O número quântico magnético tem valores inteiros 
entre - l e + l. Fornecem a orientação do orbital no espaço.
Ex: - l, …, -1, 0, 1, …, l
Valor de l Símbolo
l = 0 s
l = 1 p
l = 2 d
l = 3 f
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
2
O Modelo Quântico do Átomo: Os Números Quánticos
1. número quântico principal ( n ): n = 1, 2, 3,... (camada)
2. número quântico orbital ( l ): l = 0, 1, 2,..., n – 1 (forma)
3. número quântico orbital ( m
l 
): m
l
 = -l, ..., 0, 1,..., l
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
3
O Modelo Quântico do Átomo: Os Orbitais e suas Formas
● O Orbital é uma Representação 
Matemática da região mais 
provável de encontrarmos os 
elétrons associada a densidade de
probabilidade, ou seja, ao 
quadrado da função de onda (Ψ2). 
Max Born 
(1882 – 1970)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
4
O Modelo Quântico do Átomo: Os Orbitais e suas Formas
Os Orbitais s:
● Quanto maior o n, 
maior será o orbtal s 
(mais difuso).
● A região onde Ψ2 = 0 
é chamada de nó.
● Quanto maior o valor 
de n, maior o número 
de nós.
● Para o orbotal s, o 
número de nós é igual 
a n – 1.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
5
O Modelo Quântico do Átomo: Os Orbitais e suas Formas
Os Orbitais p:
● Existem três orbitais 
p: p
x
, p
y
, p
z
● Os três orbitais p 
localizam-se ao longo 
dos três eixos 
cartesianos x,y e z.
● As letras 
correspondem aos 
valores permitidos de 
m
l
, -1, 0, +1.
● Todos os orbitais p 
apresentam um nó no 
núcleo.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
6
O Modelo Quântico do Átomo: Os Orbitais e suas Formas
Os Orbitais d:
● Existem cinco orbitais 
p: d
xy
, d
xz
, d
yz
, d
z
2, d
x
2
-y
2,
● Os três orbitais d 
localizam-se nos 
planos perpendiculares 
ao três eixos x,y e z.
● Eles correspondem 
aos valores permitidos 
de m
l
, -2, -1, 0, +1, +2.
● Todos os orbitais d 
apresentam um nó no 
núcleo.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
7
O Modelo Quântico do Átomo: Os Orbitais e suas Formas
o2aZr-
o
23
o
s2 e a
Zr2
a
Z
24
1












π
Ψ
oaZr
23
o
21
s1 ea
Z1 












π
Ψ
ϕθ





Ψ cos sen r e 
a
Z cte oaZr-
25
o
xp2
ϕθ





Ψ sen sen r e 
a
Z cte o2aZr-
25
o
yp2
θ





Ψ cos r e 
a
Z cte o2aZr-
25
o
zp2
A forma dos orbitais surge das soluções da parte angular da 
Equação de Schrödinger.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
8
Os Números Quânticos e o Spin
Otto Stern
(1888-1969)
Walter Gerlach
(1889-1979)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
11
9
Os Números Quânticos e o Spin do Elétron
(a)Resultado esperado (clássico): (b)Resultado observado
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
12
0
Os Números Quânticos e o Spin do Elétron
O spin do elétron: propriedade magnética da 
natureza quântica do elétron, não possuindo 
análogo clássico, sendo considerado um número 
quântico.
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
12
1
As Configurações Eletrônicas
Friedrich Hund
(1896 - 1997)
Wolfgang Pauli
(1900 – 1958)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
12
2
As Configurações Eletrônicas: O Diagrama de Pauli
l = 
s p d f2 6 10 14
0 1 2 3
s p d f
s p d fs p d f
s p d f
s p d
s
s p d f
s p
g h i18 22 26
4 5 6
g h i
g h
g
1K2
2L6
3M10
4N12
5O50
6P72
7Q98
1s22s42p6103s2123p6184s2203d10304p6365s238 5p6544d1048 6s2564f14705d10806p6867s2885f141026d101127p61182 2
σ σs-s
1s 2p 3d 4f
p-p p-p
1
2
3
4
5
6
7
n = 
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6...
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
12
3
As Configurações Eletrônicas e a Tabela Periódica
=[Ne]3s1 
Cerne (ou Caroço)
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
12
4
As Configurações Eletrônicas e a Tabela Periódica
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
12
5
As Configurações Eletrônicas e a Tabela Periódica
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
12
6
As Configurações Eletrônicas e a Tabela Periódica
 
A Estrutura Atômica:
A Teoria Quântica 
12
7
As Configurações Eletrônicas e a Tabela Periódica
Algumas configurações eletrônicas Anômalas: 
Cr(Z=24); Cu(Z=29); Ag(Z=47); Au(Z=79)
● Cr(Z=24): [Ar]3d54s1 ao invés de [Ar]3d44s2
● Cu(Z=29): [Ar]3d104s1 ao invés de [Ar]3d94s2
● Ag(Z=47): [Kr]4d105s1 ao invés de [Kr]4d95s2
● Au(Z=79): [Xe]4f145d106s1 ao invés de [Xe]4f135d106s2
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