QUÍMICA GERAL Prof. Sérgio Pezzin ESTRUTURA ATÔMICA

QUÍMICA GERAL

Prof. Sérgio Pezzin

ESTRUTURA ATÔMICA

RUTHERFORD:

Sistema Planetário

*O átomo estaria dividido em duas regiões:

Núcleo (prótons e nêutrons) Eletrosfera (elétrons).

PROBLEMAS NO MODELO DE RUTHERFORD:

• Seria esperado que o modelo seguisse a mecânica clássica (Leis de Newton).

• A mecânica clássica foi um grande sucesso para descrever o movimento de sistemas macroscópicos.

• Entretanto, o modelo não poderia ser explicado classicamente, ou seja, a mecânica de Newton falha quando aplicada a elétrons em átomos.

RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

Comprimento de onda Velocidade:

c = 3,0 x 108 m/s

Frequência ()

1 Hz = 1 ciclo por segundo

A2 = intensidade (brilho)

RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

= c /

Alta frequência Baixa frequência

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

RADIAÇÃO DE CORPO NEGRO

CATÁSTROFE ULTRAVIOLETA

Física Clássica:

Leis de Stefan-Boltzmann e Wien (Tmax = cte)

-Qualquer corpo negro com T>0 deveria emitir radiação UV, além de raios-X !

A HIPÓTESE DE PLANCK:

OS QUANTA

Max Planck (1900)

- A troca de energia entre a matéria e a radiação ocorre em pacotes de energia, os quanta.

E = hh = 6,63 x 10-34 J.s (cte de Plank)

-Radiação de frequência pode ser gerada apenas se energia suficiente for disponível.

O EFEITO FOTOELÉTRICO

Consiste na emissão de elétrons pela matéria sob a ação da luz

1. Nenhum e- é ejetado até que a radiação tenha acima de valor característico de cada metal.

2. Elétrons são ejetados imediatamente, por mais baixa que seja a intensidade da radiação.

3. A Ec dos e- ejetados varia linearmente com a frequência da radiação.

O EFEITO FOTOELÉTRICO

Einstein (1905)

- Radiação eletromagnética consiste de partículas !!!

FÓTONS

Quanta energia tem um fóton de luz amarela cujo comprimento de onda é de 580 nm ?

O EFEITO FOTOELÉTRICO

Se a radiação consiste de um feixe de fótons de energia h, quando elas colidem com a superfície de um metal:

• A freqüência da radiação deve ter um valor mínimo para que elétrons sejam ejetados.

• Se o fóton tem energia suficiente, uma colisão resulta na imediata ejeção de um elétron.

• Se uma energia Eo é necessária para remover um e- e se o fóton tem energia h, Ec = h-Eo e varia linearmente com da radiação incidente.

O EFEITO FOTOELÉTRICO

Exercício:

Calcular a energia cinética de um elétron arrancado da superfície de potássio (função de trabalho 2,26 eV) por luz incidente de comprimento de onda 350 nm.

O EFEITO FOTOELÉTRICO

DIFRAÇÃO

Feixe de partículasnuma fenda

d P0

P1

P2

D

Propriedade típica de ondas !!!

DIFRAÇÃO

CONSTRUTIVA

DESTRUTIVA

DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA

Louis de Broglie (1915)

-Todas as partículas podem ser entendidas como tendo propriedades de onda !!!

-“Onda da partícula” ou “onda material”:

= h / p

Qual o comprimento de onda de uma partícula de 1 g viajando a 1 m/s ?

DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA

Davisson e Germer (1925)

-Difração de elétrons !

Qual o comprimento de onda de um elétron movendo-se a 1/100 da velocidade da luz ?

O PRINCÍPIO DA INCERTEZA

Heisenberg (1925)

-Na mecânica clássica, uma partícula tem uma trajetória definida, ou seja, a localização e o momento linear são especificados a cada instante.

-Na mecânica quântica, devido ao comportamento de onda-partícula não podemos especificar localização de uma partícula que tem momento linear preciso.

-Portanto, não podemos especificar a trajetória de partículas !

O PRINCÍPIO DA INCERTEZA

A localização e o momento de uma partícula são complementares; ou seja, ambos não podem ser conhecidos simultaneamente com precisão.

O PRINCÍPIO DA INCERTEZA

Estime a incerteza mínima em:

(a) a posição de uma bola de gude de massa 1,0 g sabendo-se que sua velocidade e conhecida dentro de ± 1,0 mm/s e

(b) a velocidade de um elétron confinado dentro de um diâmetro típico de um átomo (200 pm).

BOHR

*Explicação do átomo baseado na luz emitida por alguns elementos quando aquecidos.

* O átomo é formado por um núcleo e níveis de energia quantizada ( onde estão os elétrons ), num total de sete.

AS FUNÇÕES DE ONDA

Erwin Schrödinger (1927)

- O comportamento de uma partícula-onda pode ser descrito por uma função de onda .

- Quando calculamos podemos predizer a probabilidade de uma partícula ser encontrada em uma dada região do espaço.

AS FUNÇÕES DE ONDA

Interpretação de Max Born

2 : densidade de probabilidade.

- A posição onde passa por zero é chamada de nó da função de onda (densidade de probabilidade igual a 0)

PARTÍCULA NA CAIXA

H = E

H = hamiltoniano

QUANTIZAÇÃO DA ENERGIA DA PARTÍCULA

A energia é transferida apenas em

quantidades discretas.

QUANTIZAÇÃO DA ENERGIA DA PARTÍCULA

En = n2h2 / 8mL2

- Uma partícula em uma caixa não pode ter energia zero (energia de ponto zero)

- A dimensão de uma caixa é fixa, portanto a posição de uma partícula não pode ser

exatamente definida se a energia é fixada.

QUANTIZAÇÃO DA ENERGIA DA PARTÍCULA

MODELO DE BOHR

CONDIÇÃO DE FREQUÊNCIA

MODELO DE BOHR

Átomos podem absorver ou emitir apenas certas frequências de radiação.

MODELO DE BOHR

Suíça

Constante de Rydberg

IDENTIFICANDO UMA LINHA NO ESPECTRO DO HIDROGÊNIO

Calcule o comprimento de onda da radiação emitida por um átomo de hidrogênio quando um elétron faz uma transição entre os níveis n=3 e n=2.

Identifique a linha espectral correspondente a essa transição.