Estrutura eletrônica dos átomos

Alunas: Luiza Vida e Alessandra Gregio FonsecaProf. Dr. Élcio

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

Introdução

• Porque entender o comportamento dos elétrons?

• O que é estrutura eletrônica?

• Quando surgiu os estudos sobre a nova estrutura dos átomos?

Natureza ondulatória da luz

• Luz visível tipo de radiação eletromagnética transporta energia pelo espaço

• Velocidade da luz no vácuo (c) = 3 ∙ 108

m/s

Características ondulatórias

• Amplitude• Freqüência• Comprimento de onda

Relação Matemática

• λ = comprimento de onda . Freqüência (f)

• Maior comprimento de onda = menor freqüência

• Menor comprimento de onda = maior freqüência

Espectro Eletromagnético

Fenômenos Ondulatórios

• Radiação do corpo negro

• Efeito Fotoelétrico

• Espectros de emissão

Radiação de corpo negro

• Corpo negro: é um corpo cuja superfície absorve toda radiação térmica incidente sobre ele.

Max Planck • Quantum: é a menor energia que pode ser emitida ou absorvida

como radiação eletromagnética

Energia de um quantum = constante x freqüência

E = h x f Constante de Planck = 6.6262 ·10-34 J.s

Radiação de corpo negro

• A troca de energia entre a matéria e a radiação ocorre em quanta, isto é, em pacotes de energia

• Átomos quentes do corpo negro: oscilam em alta freqüência e só podem trocar energia em pacotes iguais a E = h x f , confirmando a proposição de Planck.

Efeito Fotoelétrico

• É a ejeção de elétrons de um metal quando sua superfície é exposta à radiação ultravioleta

• Fótons: Pacotes minúsculos de energia

Energia do fóton:

E = h x f

Luz: onda ou partícula?

Efeito Fotoelétrico

Espectros de Emissão

• Emissão de luz a partir de átomos de gás excitados.

• Forma-se quando a radiação de uma fonte de luz é separada em seus diferentes comprimentos de onda.

Tipos de Espectros

• Espectro ContínuoRadiação não-monocromática (ex.: luz incandescente)

Tipos de Espectros

• Espectro de LinhasAlgumas fontes de luz (como alguns gases)

Região preta = comprimentos de ondas ausentes na luz

O Modelo de Bohr

POSTULADOS:

1) Órbitas permitidas

2) Estado estacionário

3) Saltos quânticos

Limitação: Seus estudos basearam-se no espectro do hidrogênio, portanto seu modelo não pode ser aplicado a outros espectros de maneira precisa.

Aplicações do modelo

Através do modelo de Bohr e de uma equação criada por ele é possível calcular as energias

correspondentes a cada órbita permitida.

Quanto mais separado de seu núcleo menor sua energia

Aplicações do modelo

É possível calcular a variação de energia quando um elétron muda de um estado de energia para outro.

Para ele pular deve absorver ou emitir energia.

Comportamento ondulatório da matéria

• Natureza dual da matéria (onda ou partícula?) inspirou De Broglie em seus estudos.

• Qual foi sua conclusão?

O movimento de onda dos elétrons e outras partículas depende da massa e da velocidade:

Comportamento ondulatório da matéria

• Princípio da Incerteza (Heinsenberg)

“Não é possível predizer, ao mesmo tempo, a posição e a quantidade de movimento de um

elétron”• Fala-se, então, em probabilidades.

Ψ² (psi) = densidade de probabilidade.

Densidade Eletrônica

Mecânica quântica e os orbitais atômicos

Orbitais: Regiões de maior probabilidade de se encontrar o elétron. Cada orbital tem energia e forma características e acomoda no máximo dois elétrons.

Números Quânticos

n → número quântico principal (nível)

l → número quântico secundário ou azimutal (subnível)

m → número quântico magnético (orientação espacial)

ms ou s → número quântico de spin (rotação do elétron)

ex: N ( Z = 7 ) → 1s2 2s2 2p3

Números Quânticos

→ Subnível s (l = 0)

→ Subnível p (l = 1)

→Subnível d (l = 2)

→Subnível f (l = 3)

Representação dos Orbitais

• Orbitais: distribuição definida no espaço (retrata a distribuição média da densidade eletrônica)

Orbital s (n ≥ 1)

Orbital p (n ≥ 2)

Orbital d (n ≥ 3)

Orbital f (n ≥ 4)

Quanto maior for o número quântico n, maior será a chance de o elétron estar

distante do núcleo

Átomos Polieletrônicos

• Todas as conclusões acima mostradas foram baseadas em estudos com o átomo

de hidrogênio, que contém apenas um elétron. Como seria a ocupação dos orbitais por átomos polieletrônicos?

Átomos Polieletrônicos

• Spin Eletrônico: propriedade do elétron de girar em torno de seu próprio eixo.

• Princípio da Exclusão de Pauli:

* Números quânticos iguais

* Máximo de elétrons por orbital

Configurações Eletrônicas

• maneira pela qual os elétrons são distribuídos entre os vários orbitais de um átomo

• Estado fundamental• Princípio da exclusão de

Pauli• Regra de Hund• Configurações eletrônicas

condensadas

Configurações eletrônicas e tabela periódica

O princípio da exclusão de Pauli, a regra de Hund e os estudos dos orbitais nos permite entender a estrutura dos elementos na tabela periódica!

Configurações eletrônicas e tabela periódica

• Elementos representativos: o subnível mais externo é s ou p.

São os elementos da família A e gases nobres.

Configurações eletrônicas e tabela periódica

• Elementos de transição: um subnível d é preenchido. Família B.

Configurações eletrônicas e tabela periódica

• Lantanídeos e actinídeos: o subnível f é preenchido.

Na prática...

• Imagem por ressonância magnética (IRM)

• Ressonância magnética nuclear (RMN)

assim como os elétrons, os núcleos de muitos elementos possuem spins quantizados

• Hidrogênio: importante constituinte dos fluídos aquosos do corpo e do tecido gorduroso.

• Vantagens e desvantagens

Referências bibliográficas

• “Química: a ciência central” - Brown• “Princípios de Química” – 3ª edição – Peter Atkins e

Loretta Jones• “Química Geral” – 2ª edição – John B. Russel• “Física Quântica” – Eisberg e Resnick