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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I – Vanderlei I Paula Vanderlei I Paula Centro Universitário Padre Anchieta Centro Universitário Padre Anchieta Faculdade de Engenharia Química Faculdade de Engenharia Química Faculdade de Engenharia Química Faculdade de Engenharia Química Química Inorgânica I Química Inorgânica I P f M V d l i I á i d P l Prof. Ms. Vanderlei Inácio de Paula Contato: vanderleip@anchieta.br 1 http://www.quimica.forum.st QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I – Vanderlei I Paula Vanderlei I Paula CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA Sh i Sh i Ed 3 C 3 Ed 3 C 3 Shriver Shriver Ed 3.Cap.3 Ed 3.Cap.3 p. 87 p. 87-138 138 Shriver Shriver Ed Cap.4 Ed Cap.4 Lee Cap. 1 Lee Cap. 1 p. 1 p. 1-15 15 p.80 p.80-150 150 Brown Cap 6 Brown Cap 6 Atkins & Jones Atkins & Jones Russel v1 Cap 6 Russel v1 Cap 6 Mahan Mahan Cap 10 Cap 10 2 Brown Cap.6 Brown Cap.6 p. p. 182 182-206 206 Atkins & Jones Atkins & Jones Cap. 1 Cap. 1 p. 135 p. 135-172 172 Russel v1 Cap.6 Russel v1 Cap.6 p. 242 p. 242-294 294 Mahan Mahan Cap.10 Cap.10 p. 266 p. 266-303 303 QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I – Vanderlei I Paula Vanderlei I Paula õ d â â õ d â â Noções de mecânica quântica: Noções de mecânica quântica: As figuras apresentam algo em comum? As figuras apresentam algo em comum? 3 QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I – Vanderlei I Paula Vanderlei I Paula Se sua resposta foi LUZ... Se sua resposta foi LUZ... l l l •A luz é uma radiação eletromagnética, igual modo se tem as ondas de rádio, microondas, celular, raios X e outros. 4

Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

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Page 1: Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Centro Universitário Padre AnchietaCentro Universitário Padre AnchietaFaculdade de Engenharia QuímicaFaculdade de Engenharia QuímicaFaculdade de Engenharia QuímicaFaculdade de Engenharia Química

Química Inorgânica IQuímica Inorgânica I

P f M V d l i I á i d P lProf. Ms. Vanderlei Inácio de PaulaContato: [email protected]

1p

http://www.quimica.forum.st

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I PaulaCENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETAFACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA

Sh iSh i Ed 3 C 3 Ed 3 C 3 ShriverShriver Ed 3.Cap.3 Ed 3.Cap.3 p. 87p. 87--138138

ShriverShriver Ed Cap.4 Ed Cap.4

Lee Cap. 1Lee Cap. 1p. 1p. 1--1515

p.80p.80--150 150

Brown Cap 6 Brown Cap 6 Atkins & Jones Atkins & Jones Russel v1 Cap 6 Russel v1 Cap 6 MahanMahan Cap 10 Cap 10

2Brown Cap.6 Brown Cap.6 p.p. 182182--206206

Atkins & Jones Atkins & Jones Cap. 1Cap. 1

p. 135p. 135--172172

Russel v1 Cap.6 Russel v1 Cap.6 p. 242p. 242--294294

MahanMahan Cap.10 Cap.10 p. 266p. 266--303303

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

õ d â âõ d â âNoções de mecânica quântica:Noções de mecânica quântica:• As figuras apresentam algo em comum?• As figuras apresentam algo em comum?

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Se sua resposta foi LUZ...Se sua resposta foi LUZ...

l l l• A luz é uma radiação eletromagnética, igual modo se tem as ondas de rádio, microondas, celular, raios X e outros.

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Page 2: Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I PaulaONDAS:ONDAS:

lh d dOlhe as ondas do mar...

Elas se repetemrepetem em um intervaloElas se repetemrepetem em um intervalode tempotempo e possuem distânciadistânciaentre elas...a

A repetição de uma onda é chamado de ciclociclo Quando o cicloA repetição de uma onda é chamado de ciclociclo. Quando o ciclo

de uma onda está associado a unidade de tempo se tem a

freqüênciafreqüência, (letra grega ni). Assim um ciclo por segundo

também pode ser conhecido por 11 HzHz (hertz, unidade de

5também pode ser conhecido por 11 HzHz (hertz, unidade de

freqüência).

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Comprimento de Comprimento de onda (onda ():):

6

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Comprimento de onda:Comprimento de onda:

O i t d d (l t l bd ) é• O comprimento de onda, (letra grega lambda) é adistância entre pico a pico.

• Os comprimentos de onda da luz visível são próximos a• Os comprimentos de onda da luz visível são próximos a500nm. Os olhos do ser humano enxergam comprimentosde onda da ordem de 700 nm (luz vermelha) até 400 nmde nda da dem de 7 nm ( z ve me ha) até nm(luz violeta).

7nmnm = = nanometronanometro 1 1 nmnm= 10= 10--99mm

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Velocidade da Luz:Velocidade da Luz:

• A velocidade da luz, cc, é considerada sendo 3,00x108 m/s.

• O comprimento de onda e a freqüência estão relacionadoscom a velocidade da luz, como pode ser visto pela equaçãop p q çabaixo:

c = comprimemnto de onda.

l id d d l

Assim é possível determinar Assim é possível determinar o comprimento de onda a o comprimento de onda a

t d f üê t d f üê c

= c = velocidade da luz. = freqüência.

partir da freqüência e vice e partir da freqüência e vice e versa.versa.

A luz azul possui freqüência de 6 4x1014 Hz o comprimento de onda é

c= = 3,0 x 108 m.s-1

14 1 = 4,7 x 10-7m 470 x 10-9m = 470 nm

A luz azul possui freqüência de 6,4x10 Hz, o comprimento de onda é...

8

6,4 x 1014 s-1 ,7 m47 x 10-8m

Page 3: Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I PaulaT b lT b lTabela:Tabela:

9

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

ExercícioExercício--1:1:

l l• Qual o comprimento de onda da luz verde emitida de um poste abaixo?

c 3 0 x 108 m s-1

c

= = 3,0 x 10 m.s5,7 x 1014 s-1 = 5,26 x 10-7m

52 6 x 10-8m52,6 x 10 m

526 x 10-9m526 nm

Freqüência da luz verde: 5,7x 1014 Hz

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

ExercícioExercício--2:2:• A solução violeta de permanganato de potássio (KMnO )• A solução violeta de permanganato de potássio (KMnO4)

reage com sulfito de sódio (Na2SO3), formando umasolução verde de manganato de potássio (K2MnO4).çã d d a ga a d p á 2 4Durante o processo visualiza indicio de um produtointermediário. Se a reação fosse monitorada por

d despectroscopia, quais os possíveis comprimentos de ondaque seriam encontrados?

Luz = 1014 HzVioleta 7,1Azul 6,4V d 5 7Verde 5,7

Amarelo 5,2Laranja 4,8

11Laranja 4,8

Vermelho 4,3

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

ResoluçãoResolução--2:2:

• Luz violeta = freqüência de 7,1 x 1014 Hzc 3 0 108 -1

l f

c

= = 3,0 x 108 m.s 1

7,1 x 1014 s-1 = 4,22 x 10-7m42,2 x 10-8m

422 x 10-9m = 422 nm

• Luz azul = freqüência de 6,4 x 1014 Hz

c= = 3,0 x 108 m.s-1

= 4 7 10-7 470 x 10-9m = 470 nm

• Luz verde = freqüência de 5 7 x 1014 Hz

= = 6,4 x 1014 s-1 = 4,7 x 10 7m47 x 10-8m

470 x 10 9m = 470 nm

• Luz verde = freqüência de 5,7 x 1014 Hz

c= = 3,0 x 108 m.s-1

= = 526 nm526 x 10-9m5,26 x 10-7m

12

= = = 526 nm526 x 10 m

52,6 x 10-8m

5, 6 m5,7 x 1014 s-1

Page 4: Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I PaulaEnergia:Energia:

AA l dl d tt i ti t lét ilét i ddAoAo ladolado temtem sese umum sistemasistema elétricoelétrico dedeaquecimentoaquecimento..

VocêVocê colocariacolocaria aa suasua mãomão sobsob esteestesistema???sistema???

AA l ãl ã dd i ti t lét ilét i éé idê iidê i i ti tAA coloraçãocoloração dodo sistemasistema elétricoelétrico éé umauma evidênciaevidência queque oo sistemasistema

devedeve estarestar bembem quentequente......

PodePode sese concluirconcluir queque aa energiaenergia possuipossui relaçãorelação comcom asas cores,cores, ouou

melhormelhor comcom oo comprimentocomprimento dede ondaonda dada luzluz

13melhormelhor comcom oo comprimentocomprimento dede ondaonda dada luzluz..

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Energia:Energia:

f lO gráfico ao lado indica a radiação emitida deum corpo em aquecimento em função docomprimento de ondacomprimento de onda.QuantoQuanto menormenor comprimentocomprimento dede ondaonda maismaisenergéticoenergético éé aa energiaenergia liberadaliberada pelopelo sistemasistema.n g tn g t aa n g an g a b adab ada pp t mat ma

SeSe aqueceraquecer umum pregoprego dede ferroferro àà 100100°°CCqq p gp g ddocorreráocorrerá mudançamudança aparenteaparente dede coloração?coloração?

A mudança de cor é continua, ou seja, a A mudança de cor é continua, ou seja, a cada variação de temperatura apresentará cada variação de temperatura apresentará

14uma cor diferente?uma cor diferente?

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I PaulaEnergia:Energia:Se um garoto jogar uma bola de futebolSe um garoto jogar uma bola de futebolcontra uma vidraça, muito provável queocorrerá um estrago. Se o garoto jogar umabola de pingue pongue provável que nãobola de pingue pongue provável que nãoocorra a ruptura da vidraça.

A analogia que se pode fazer é que a aquebra da vidraça depende da energia aquebra da vidraça depende da energia, aemissão de energia de um material tambémdepende de um limiar.

A troca de energia entre matéria e aradiação ocorre em quantaquanta, ou pacotes deenergia Idéia defendida por Max Planck

15energia. Idéia defendida por Max Planck.

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Energia:Energia:

• A energia pode ser relacionada com a freqüência:E = energia

E h=E energiah = constante de Planck 6,63 x 10-36 J.s = freqüênciaq

Para justificar essa equaçãopode se usar o efeitoefeitopode se usar o efeitoefeitofotoelétricofotoelétrico, ou seja, ejeçãode elétrons de um metalde e ét ns de um metaquando a superfície éexposta a luz.

16p ta a z

Page 5: Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

ExercíciosExercícios--3:3:

• Calcule a energia de cada fóton da luz azul sabendo que a freqüência é 6 4 x 1014 Hzque a freqüência é 6,4 x 10 Hz.

E h= 6,63 x 10-36 J.s x 6,4 x 1014 Hz = 4,2 x 10-21J=

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

ExercícioExercício--5:5:

• Quanta energia tem um fóton de luz amarela cuja freqüência é 5 2 x 1014 Hz?freqüência é 5,2 x 10 Hz?

36 14 21E = 6,63 x 10-36 J.s x 5,2 x 1014 Hz = 3,4 x 10-21J = hE

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

ExercícioExercício--6:6:

Em 1,0s, uma lâmpada de mesa de 100W (ou 100 J.s-1) emite 25 J de suaenergia na forma de luz amarela de comprimento de onda 580nm. O resto de suaenergia é emitido como luz de diferentes cores e como radiação infravermelhaenergia é emitido como luz de diferentes cores e como radiação infravermelha.Quantos fótons de luz amarela são gerados pela lâmpada em 1,0s?

=c

c = E h=

fóton fóton= hE c

== ou Efót hE

cNúmero de Fótons total totalE E total

chEfóton hc

ch

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

ExercícioExercício--6:6:

Em 1,0s, uma lâmpada de mesa de 100W (ou 100 J.s-1) emite 25 J de suaenergia na forma de luz amarela de comprimento de onda 580nm. O resto de suaenergia é emitido como luz de diferentes cores e como radiação infravermelhaenergia é emitido como luz de diferentes cores e como radiação infravermelha.Quantos fótons de luz amarela são gerados pela lâmpada em 1,0s?

=c

c = E h=

fóton fóton= hE c

== ou Efót hE

cNúmero de Fótons total totalE E total

chEfóton hc

ch

7 3 x 102125 J x 5,80 10-7m=E total =206,63 x 10-36 J.s x 3,0 x 108m.s-1

7,3 x 10J , m=E totalch =

Page 6: Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

O princípio da incerteza:O princípio da incerteza:

• Dualidade entre partícula e onda...-Partícula possui trajetória definida.-Ondas não há trajetória definida.

-Eliminação da possibilidade de descrever a localizaçãose o momento linear é conhecido como Princípio daincerteza de Heisenberg.

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

As funções de onda e níveis de energiaAs funções de onda e níveis de energia• Erwin Schrödinger, teoria de função de onda.

= probabilidade de encontrar um elétron.

(letra grega, psi)

2= densidade da probabilidade, ou seja, região

do espaço com maior tendência a encontrar um

elétron.

22elétron.

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Probabilidades:Probabilidades:

231s 2s 3s

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Probabilidades:Probabilidades:

px pzpy

24ppy

Page 7: Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Probabilidades:Probabilidades:

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Transição eletrônica:Transição eletrônica:

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Espectro de emissão do hidrogênioEspectro de emissão do hidrogênio

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QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I PaulaEspectro de Absorção Espectro de Absorção UVUV--VisVis

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Page 8: Fundamentos da mecânica quântica_QI-I_EQ10

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Cotidiano:Cotidiano:

Os átomos energeticamente excitados,íons, e moléculas gerados por colisõescom elétrons emitem energia decomprimentos de onda característicosquando eles se decaem de estado grausq a d d a d ad g ade estado. Os íons de O2

+ emitem umaluz vermelha ao redor 630 nm; os íonsN2

+ emitem violeta e luz azul a 391 4N2 emitem violeta e luz azul a 391.4nm e 470.0 nm; e átomos de Oemitem uma luz amarelo-esverdeado a557 7 nm e uma luz vermelha intensa a557.7 nm e uma luz vermelha intensa a630.0 nm.

Calcule a freqüência dos comprimentos de onda citados.

29q p

QUÍMICA INORGÂNICA I QUÍMICA INORGÂNICA I –– Vanderlei I PaulaVanderlei I Paula

Pensando...Pensando...

O dicromato de potássio, K2Cr2O7, é um forte agenteid t d l ã l j d íoxidante de coloração laranja, na presença de íons

cloreto, Cl-, ocorre a reação representada abaixo e al ã t f d i di dsolução se transforma em verde escuro, indicando a

presença de íons Cr3+.

Quais os valores que poderiam serQuais os valores que poderiam serobservados pela espectroscopia doultravioleta na região do visível?

30a a na g ã d