5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 1/67
Estrutura da Matéria - 2008
Estrutura da Matéria
O Átomo e o Mundo QuânticoAula 2
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 2/67
Estrutura da Matéria - 2008
Surgimento da Mecânica Quântica: Século XX
Natureza ondulatória da Luz
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 3/67
Estrutura da Matéria - 2008
Relacionou as idéias quânticas de Planck e Einstein eexplicou os espectros dos átomos excitados e acrescentou 3
postulados ao modelo atômico de Rutherford.
Modelo de Bohr - 1913
* O átomo é formado por
um núcleo e níveis de
energia quantizada, nos
quais os elétrons estão
distribuídos.
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 4/67
Estrutura da Matéria - 20083x10
8
m/s (c-velocidade da luz).
Surgimento da Mecânica Quântica
. = c
Natureza da Luz(radiação eletromagnética)
Consiste de camposelétricos e magnéticos
oscilantes
2 ciclos completosEstrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 5/67
Estrutura da Matéria - 2008
1. Duas ondas eletromagnéticas são representadas abaixo:
(a) Qual a onda tem a maior frequência?(b) Se uma onda representa a luz visível e a outra, a radiaçãoinfravermelha, qual é uma e qual é outra?
Exercícios
(I) (II)
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 6/67
Estrutura da Matéria - 2008
Resposta
(a) A onda (I) tem comprimento de onda mais longo (maior distância entre ospicos).
- Quanto maior o comprimento de onda, menor a frequência (=c/).Portanto a onda (I) tem frequência menor e a onda (II) temfrequência maior.
(b) O espectro eletromagnético indica que a radiação IV temcomprimento de onda mais longo do que a luz visível. Assim, a
onda (I) seria a radiação infravermelho.
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 7/67Estrutura da Matéria - 2008Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 8/67Estrutura da Matéria - 2008
2. A Luz amarela emitida por uma lâmpada de vapor de sódio usadapara iluminação pública tem um comprimento de onda de 589 nm.
Qual é a frequência dessa radiação (dados: velocidade da luz =3x108m/s).
Exercício
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 9/67Estrutura da Matéria - 2008
Resposta
=c/
C = 3x108m/s).
= 3x108m/s /589 nm
Grandezas com unidades diferentes
Converter em namometro (nm) para metro (m)
=
((3x108
m /s)/589
nm)(1nm /10-9
m) = 5,09 x 1014 s-1
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 10/67Estrutura da Matéria - 2008
Exercício
3. Calcule os comprimentos de onda (em nm) das luzes de trânsito. Suponhaque as frequências sejam: Verde (5,75 x 1014 H
z
); amarelo (5,15 x 1014 Hz
);vermelho (4,27 x 1014 Hz).
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 11/67Estrutura da Matéria - 2008
Resposta
Verde = 521 nm
Amarelo = 582 nm
Vermelho = 702 nm
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 12/67Estrutura da Matéria - 2008
Evolução da Teoria Atômica Quântica
Postulados de Planck: A energia só pode ser liberada (ou absorvida) por átomos em
certos pedaços de tamanhos mínimos, chamados quantum.
A relação entre a energia e freqüência é dada por:
onde h é a constante de Planck (6,626 x 10-34 J s).
E, de acordo com a teoria de Planck, a energia é sempre emitida eabsorvida pela matéria em múltiplos inteiros de h, 2h, 3h eassim sucessivamente.
Exemplo:
Se a quantidade de energia emitida por um átomo for 3h, dizemos que foram
emitidos 3 quanta de energia.
E, que as energias permitidas são quantizadas, isto é, seus valores são restritos
a determinadas quantidades.
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 13/67Estrutura da Matéria - 2008
Quantização de energia
Para entender a quantização, considere a subida em uma rampa
versus a subida em uma escada: na rampa, há uma alteração constante na altura (aumenta de
maneira uniforme e contínua).
enquanto na escada, há uma alteração gradual e quantizada na
altura.Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 14/67Estrutura da Matéria - 2008
Evolução da Teoria Atômica Quântica
O efeito fotoelétrico e fótons
O efeito fotoelétrico fornece evidências
para a natureza de partícula da luz -“quantização”.
Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energiadenominados fótons.
A energia do fóton é dada por: = h E
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 15/67Estrutura da Matéria - 2008
Evidências do Comportamento Quântico do Átomo
Espectro da Luz Branca Emitida por um Filamento Aquecido
Espectro de um Tubo de descarga preenchido com Hidrogênio
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 16/67Estrutura da Matéria - 2008
Evidências do Comportamento Quântico do Átomo
Espectros de Emissão Atômica do H, Hg e Ne
Os elementos gasosos excitados emitem luz, cujos espectros são
únicos para aquele átomo (impressão digital do átomo).
Técnica poder ser usada para identificação de elementos.
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 17/67Estrutura da Matéria - 2008
Os Espectros Atômicos
• Balmer: descobriu que as linhas no espectro de linhas visíveis dohidrogênio se encaixam em uma simples equação matemática.
• Mais tarde, Rydberg generalizou a equação de Balmerpara:
onde RH é a constante de Rydberg (1,096776 x 107 m-1), n1 e n2 são númerosinteiros (n2 > n1).
= 2
221
111
nnh
R H
Estrutura da Matéria - 2011
Di d í i d i d hid ê i t i õ d P h
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 18/67Estrutura da Matéria - 2008
Diagrama de níveis de energia do hidrogênio: transições de Paschen,Balmer e Lyman
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 19/67Estrutura da Matéria - 2008
O Modelo Atômico de Bohr - 1913
Um elétron, enquanto em movimento em uma órbita
fechada, não absorve nem emite radiação. Bohr admitiu que paracada elétron existe mais de uma órbita estável correspondente a
um nível energético diferente.
Somente são permissíveis as órbitas eletrônicas para as
quais o momento angular do elétron é um múltiplo inteiro de
h/2p, em que h é a constante de Planck.
O momento angular de uma partícula movendo-se em órbita circular é dado por mvr ,em que m é a massa, v a velocidade e r o raio do círculo. O segundo postulado requerque as órbitas estacionárias satisfaçam a condição mvr = nh / 2p
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 20/67Estrutura da Matéria - 2008
O Modelo Atômico de Bohr - 1913
O elétron pode saltar de uma órbita para outra, desde que a
passagem seja acompanhada da emissão ou absorção de um quantumde energia radiante, cuja freqüência é determinada pela relação:
∆E= Ef - Ei= Efoton= h.
onde Ef - Ei representam os valores da energia do átomo no estado final e inicial,
respectivamente .
Como os estados de energia sãoquantizados, a luz emitida por átomosexcitados deve ser quantizada e aparececomo espectro de linhas. Bohr mostrou que:
onde n é o número quânticoprincipal (por exemplo, n = 1 ,2 ,3 , … )
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 21/67Estrutura da Matéria - 2008
O Modelo Atômico de Bohr - 1913
• A primeira órbita tem n = 1, é a mais
próxima do núcleo e convencionou-se que
ela tem energia negativa.
• A órbita mais distante no modelo de Bohr
tem n próximo ao infinito e corresponde à
energia zero.
• Os elétrons no modelo de Bohr podem se
mover apenas entre órbitas através da
absorção e da emissão de energia em
quantum (h).
Quando ni > n f , a energia é emitida.
Quando n f > ni , a energia é absorvida
f
===
22
18 11J1018.2
f i nn
hch E
f i
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 22/67Estrutura da Matéria - 2008
Exercício
Calcule o comprimento de onda (em nm) de um fóton emitido pelo átomo de
hidrogênio quando um elétron decai de um estado onde o n = 5 para um estado
onde o n = 3. Este fóton encontra-se em qual região do espectroeletromagnético?
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 23/67Estrutura da Matéria - 2008
Efóton = - 2,18 x 10-18 J x (1/9 - 1/25)
Efóton = E = -1,55 x 10-19 J
= 6,63 x 10-34 (J•s) x 3,00 x 108 (m/s)/1,55 x 10-19J
= 1280 nm
Efóton = h x c /
= h x c / Efóton
f i
( )1n 2
1n 2
Efóton = -2,18 x 10-18 J
Região do Infravermelho
Resposta
(negativo para indicar que libera energia)
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 24/67Estrutura da Matéria - 2008
Comportamento Ondulatório da Matéria
De Broglie, utilizando as equações de Einstein e de Planck,mostrou que se os objetos são pequenos os conceitos de onda epartículas podem ser resumidos como:
O momento, mv, é uma propriedade de partícula,enquanto é uma propriedade ondulatória.
Sabendo que a luz pode se comportar como partícula,
será que a matéria pode apresentar naturezaondulatória? L. de Broglie
(1892-1987)
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 25/67Estrutura da Matéria - 2008
Exercício
Qual é o comprimento de onda (em nm) de De Broglie associado ao movimento
de uma bolinha de pingue-pongue de 2,5 g viajando a 15,6 m/s?
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 26/67Estrutura da Matéria - 2008
Resposta
= h/m.v
= 6,63 x 10-34 / (2,5 x 10-3 x 15,6) = 1,7 x 10-32 m = 1,7 x 10-23 nm
1J = Kg. m2.s-2
Estrutura da Matéria - 2011
onde h é a constante de Planck (6,626 x 10-34 J s).
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 27/67Estrutura da Matéria - 2008
O Princípio da Incerteza de Heisenberg
• Para os elétrons: não podemos determinar seu momento e sua
posição simultaneamente.
• Se x é a incerteza da posição e mv é a incerteza do momento,
então:
Na escala de massa de partículas atômicas, não podemos
determinar exatamente a posição, a direção do movimento e avelocidade simultaneamente.
W. Heisenberg
1901-1976Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 28/67Estrutura da Matéria - 2008
O Modelo Atômico Quântico
E. Schrödinger
1887-1961
Em 1926, Schröndinger escreveu uma equação que
descrevia o comportamento partícula/onda do elétron noátomo de Hidrogênio: = E
A função de onda () descreve a energia de um determinado elétron e a
probabilidade de encontrá-lo em um determinado volume do espaço.
Essa equação resulta em inúmeras soluções matemáticas,
chamadas de função de onda. Para cada FUNÇÃO DE ONDA existe
uma ENERGIA associada.
A equação só pode ser resolvida exatamente para o átomo de
hidrogênio. Para átomos multi-eletrônicos, a solução é aproximada.
Estrutura da Matéria - 2011
O M d l Atô i Q â ti
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 29/67Estrutura da Matéria - 2008
O Modelo Atômico Quântico
• Somente certas vibrações podem ser observadas numa corda
vibrante. Por analogia o comportamento do elétron no átomo édescrito da mesma forma – somente são permitidas certas
funções de onda. Quantização surge naturalmente....(analogia
com as cordas)
• Cada função de onda () corresponde a energia permitida para o
elétron e concorda com o resultado de Bohr para o átomo de H.• Cada função de onda () pode ser interpretada em termos de
probabilidade e (2) dá a probabilidade de encontrar o elétron
numa certa região do espaço.
• A solução da equação ou função de onda () descreve um estado
possível para o elétron no átomo denominado de ORBITAL.
• Cada função de onda, ou seja, cada Orbital, é descrito por
NÚMEROS QUÂNTICOS, que nos informam ENERGIA, FORMA E
TAMANHO
Estrutura da Matéria - 2011
O Nú Q â ti
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 30/67Estrutura da Matéria - 2008
Os Números Quânticos
A equação de Schrödinger necessita de quatro númerosquânticos:
1 - Número quântico principal, n.
Este é o mesmo n de Bohr. À medida que n aumenta, o
orbital torna-se maior e o elétron passa mais tempo mais distantedo núcleo. n = 1, 2, 3, 4, 5 ...
= fn(n, l , ml , ms)
n = 1
n = 2
n = 3
n = 4
Estrutura da Matéria - 2011
O Nú Q â ti
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 31/67Estrutura da Matéria - 2008
Os Números Quânticos
2 - O número quântico azimuthal, l .
Esse número quântico depende do valor de n e representa aforma espacial da subcamada do orbital.
Os valores de l começam de 0 e aumentam até n-1.
Normalmente utilizamos letras para designar o l (s, p, d e f para l =
0,1,2,e3) .
Valor de l símbolo da subcamada nº elétrons
0 s (sharp) 2
1 p (principal) 6
2 d (diffuse) 10
3 f (fundamental) 14
Estrutura da Matéria - 2011
O Nú Q â ti F t d O bit i
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 32/67
Estrutura da Matéria - 2008
l = 0 (orbital s)
Os Números Quânticos – Formatos dos Orbitais s
• Todos os orbitais s são esféricos.• À medida que n aumenta, os
orbitais s ficam maiores.
• À medida que n aumenta,
aumenta o número de nós.
• Um nó é uma região no espaçoonde a probabilidade de se
encontrar um elétron é zero.
• Em um nó, 2 = 0
• Para um orbital s, o número de
nós é n-1.
Estrutura da Matéria - 2009Estrutura da Matéria - 2011
O Nú Q â ti F t d O bit i
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 33/67
Estrutura da Matéria - 2008
Os Números Quânticos – Formatos dos Orbitais p
l = 1 (orbital p)
Quando l = 1, existe um planoNODAL que passa pelo núcleo.Plano Nodal: passa pelo zero
• Existem três orbitais p, p x , py , e
pz.• Os três orbitais p localizam-se
ao longo dos eixos x -, y - e z- de
um sistema cartesiano.
• As letras correspondem aosvalores permitidos de ml , -1, 0,
e +1.
• Os orbitais têm a forma de
halteres.
• À medida que n aumenta, os
orbitais p ficam maiores.
• Todos os orbitais p têm um nó
no núcleo
Estrutura da Matéria - 2011
O Nú Q â ti F t d O bit i d
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 34/67
Estrutura da Matéria - 2008
Os Números Quânticos – Formatos dos Orbitais d
l = 2 (orbital d)
Quando l = 2, existem dois planos NODAISque passam pelo núcleo
• Existem cinco orbitais d • Três dos orbitais d encontram-se em um plano bissecante aos eixos x -, y - e z.• Dois dos orbitais d se encontram em um plano alinhado ao longo dos eixos x -,
y - e z.• Quatro dos orbitais d têm quatro lóbulos cada.• Um orbital d tem dois lóbulos e um anel.
Estrutura da Matéria - 2011
O Nú Q â ti F t d O bit i f
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 35/67
Estrutura da Matéria - 2008
Os Números Quânticos – Formatos dos Orbitais f
l = 3 (orbital f)
Estrutura da Matéria - 2011
Os Números Quânticos
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 36/67
Estrutura da Matéria - 2008
3 - O número quântico magnético, ml.
Esse número quântico depende de l . O número quântico
magnético tem valores inteiros entre -l e +l . Fornecem a
orientação do orbital no espaço.
Os Números Quânticos
Existem 2l +1 valores diferentes de ml para cada valor de l
e, portanto, 2l +1 orbitais em uma subcamada de número
quântico l.Ex: l = 1 – ml = +1, 0, -1
l = 2 – ml = +2, +1, 0, -1, -2
Estrutura da Matéria - 2011
Orbitais e Números Quânticos
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 37/67
Estrutura da Matéria - 2008
Orbitais e Números Quânticos
Estrutura da Matéria - 2011
Os Números Quânticos
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 38/67
Estrutura da Matéria - 2008
Os Números Quânticos
4 - O número quântico de spin, ms.
Experimentos mostraram que as linhas espectrais do H eoutros elementos se desdobravam quando submetidos a um campomagnético. O elétron se comportava como se tivesse uma rotação(spin) própria em torno do seu eixo
ms = -½ms = +½
Estrutura da Matéria - 2011
Paramagnetismo e Diamagnetismo
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 39/67
Estrutura da Matéria - 2008
Paramagnetismo e Diamagnetismo
Paramagnético Elétrons desemparelhados
2p
Diamagnético Todos elétrons emparelhados
2p
•Sal de cozinha,giz, tecidos – sãorepelidos pelaaproximação de
um imã:Diamagnéticos
•Metais – sãoatraídos pela
aproximação deum imã:Paramagnéticos
Estrutura da Matéria - 2011
Os Números Quânticos Resumo
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 40/67
Estrutura da Matéria - 2008
Os Números Quânticos - Resumo
Estrutura da Matéria - 2011
A Energia dos Orbitais
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 41/67
Estrutura da Matéria - 2008
A Energia dos Orbitais
• Um orbital pode ser ocupado por no máximo 2 elétrons
• Pelo princípio da exclusão de Pauli: dois elétrons não podem ter a
mesma série de 4 números quânticos. Portanto, dois elétrons no
mesmo orbital devem ter spins opostos.
• De acordo com as regras de Hund:
- Os orbitais são preenchidos em ordem crescente de n.
- Dois elétrons com o mesmo spin não podem ocupar o mesmo
orbital ( Pauli ).
- Para os orbitais degenerados (de mesma energia), os elétrons
preenchem cada orbital isoladamente antes de qualquer orbital
receber um segundo elétron ( regra de Hund ).
Estrutura da Matéria - 2011
A Energia dos Orbitais em um Átomo Monoeletrônico
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 42/67
Estrutura da Matéria - 2008
A Energia dos Orbitais em um Átomo Monoeletrônico
Energia depende apenas do número quântico n
En = -RH ( )1n 2
n=1
n=2
n=3
SINAL NEGATIVO:significa que a energia do elétron
em um átomo é MENOR que aenergia do elétron livre
Estrutura da Matéria - 2011
A Energia dos Orbitais em um Átomo Polieletrônico
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 43/67
Estrutura da Matéria - 2008
A Energia dos Orbitais em um Átomo Polieletrônico
Energia depende de n e l
n=1 l = 0
n=2 l = 0n=2 l = 1
n=3 l = 0n=3 l = 1
n=3 l = 2
Estrutura da Matéria - 2011
A Energia dos Orbitais em um Átomo Polieletrônico
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 44/67
Estrutura da Matéria - 2008
A Energia dos Orbitais em um Átomo Polieletrônico
A que se deve essa ordem de energia dos orbitais
em átomos polieletrônicos?
1 - Efeito de penetração dos orbitais:
s > p > d > f .......
Quanto maior aprobabilidade de
encontrar o elétronperto do núcleo, mais
ele é atraído pelonúcleo, maior o poder
de penetração doorbital
2 - Efeito de blindagem: elétrons mais
internos blindam elétrons os mais
externos da atração pelo núcleo
Quanto maior o poder de penetração do orbital,os seus elétrons exercem maior blindagem sobre
os elétrons mais externos
Estrutura da Matéria - 2011
Ordem de Preenchimento dos Orbitais
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 45/67
Estrutura da Matéria - 2008
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s
Ordem de Preenchimento dos Orbitais
Diagrama de Pauling (Aufbau)
Estrutura da Matéria - 2011
Notação da Configuração Eletrônica
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 46/67
Estrutura da Matéria - 2008
Notação da Configuração Eletrônica
Notação spdf - espectroscópica
Ex: H, Z = 1
Valor de n
no. de elétrons
Valor de l
11s
Notação em caixa
Ex: He, Z = 2
1s Direção das
setas indicam aorientação dospin doselétronsConfiguração eletrônica:
• descreve o arranjo dos elétrons em um átomo
• o arranjo do estado fundamental é aquele queapresenta a menor energia possível• o arranjo de menor energia é o mais estável
Estrutura da Matéria - 2011
Configuração Eletrônica na Tabela Periódica
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 47/67
Estrutura da Matéria - 2008
Configuração Eletrônica na Tabela Periódica
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 48/67
Estrutura da Matéria - 2008
Lí tio - Li
Grupo 1AZ = 3
1s22s1 ---> 3 elétrons
1s
2s
3s
3p
2p
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 49/67
Estrutura da Matéria - 2008
Berí lio - Be
Grupo 2A
Z = 4
1s22s2 ---> 4 elétrons
1s
2s
3s
3p
2p
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 50/67
Estrutura da Matéria - 2008
Boro -B
Grupo 3A
Z = 5
1s2 2s2 2p1 ---> 5 elétrons
1s
2s
3s
3p
2p
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 51/67
Estrutura da Matéria - 2008
Carbono -C
Grupo 4AZ = 6
1s2 2s2 2p2 ---> 6 elétrons
Por quê não emparelhar o elétron?Regra de HUND1s
2s
3s
3p
2p
Estrutura da Matéria - 2011
ê
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 52/67
Estrutura da Matéria - 2008
Nitrogênio - N
Grupo 5AZ = 7
1s2 2s2 2p3 ---> 7 elétrons
1s
2s
3s
3p
2p
Estrutura da Matéria - 2011
ê
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 53/67
Estrutura da Matéria - 2008
Oxigênio -O
Grupo 6A
Z = 8
1s2 2s2 2p4 ---> 8 elétrons
1s
2s
3s
3p
2p
Estrutura da Matéria - 2011
l
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 54/67
Estrutura da Matéria - 2008
Fluor - FGrupo 7A
Z = 9
1s2 2s2 2p5 ---> 9 elétrons
1s
2s
3s
3p
2p
Estrutura da Matéria - 2011
ô
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 55/67
Estrutura da Matéria - 2008
Neônio - Ne
Grupo 8AZ = 10
1s2 2s2 2p6 ---> 10 elétrons
1s
2s
3s
3p
2p
Chegamos no final do
segundo período!!!!!
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 56/67
Estrutura da Matéria - 2008
Sódio - Na
Grupo 1AZ = 11
1s2 2s2 2p6 3s1 or
“elétrons internos do Ne” + 3s1
[Ne] 3s1 (notação de gás nobre)
Iniciou-se um novo período
Todos os elementos do grupo 1A tem a configuração [elétrons
internos] ns1.
Elétrons de valência
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 57/67
Estrutura da Matéria - 2008
Alumínio - Al
Grupo 3A
Z = 131s2 2s2 2p6 3s2 3p1
[Ne] 3s2 3p1
1s
2s
3s
3p
2p
Elétrons de valência
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 58/67
Estrutura da Matéria - 2008
Fósforo - P
Grupo 5A
Z = 15
1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
[Ne] 3s2 3p3
1s
2s
3s
3p
2p
Estrutura da Matéria - 2011
Formação de Cátions e Ânions – Elementos Representativos
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 59/67
Estrutura da Matéria - 2008
ç p
Na [Ne]3s1 Na+ [Ne]
Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar]
Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne]
Átomo perde elétrons de
modo que o cátion venha ater uma configuração
eletrônica de gás nobre.
H 1s1 H- 1s2 ou [He]
F 1s22s22p5 F- 1s22s22p6 ou [Ne]
O 1s22s22p4 O2- 1s22s22p6 ou [Ne]
N 1s22s22p3 N3- 1s22s22p6 ou [Ne]
Átomo ganha elétronsde modo que o ânion
venha a terconfiguração de gásnobre
Estrutura da Matéria - 2011
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 60/67
Estrutura da Matéria - 2008
Metais de transição
Todos os elementos do 4º período tem configuração [Ar]nsx(n - 1)dy e,
portanto, são elementos do bloco d.
Orbitais 3d usados do Sc-Zn
Estrutura da Matéria - 2011
Distribuição Eletrônica para Metais de Transição
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 61/67
Estrutura da Matéria - 2008
Z=21 - [Ar] 4s2 3d1 -------Sc
Z=22 - [Ar] 4s2 3d2 -------Ti
Z=23 - [Ar] 4s2 3d3 --------V
Z=24 - [Ar] 4s1 3d5 --------Cr
Z=25 - [Ar] 4s2 3d5 -------Mn
Z=26 - [Ar] 4s2 3d6 --------Fe
Z=27 - [Ar] 4s2 3d7 --------Co
Z=28 - [Ar] 4s2 3d8 --------Ni
Z=29 - [Ar] 4s1
3d10
-------CuZ=30 - [Ar] 4s2 3d10 -------Zn
Por quê o orbital 4s épreenchido antes do 3d?
O orbital s é mais penetrante e,conseqüentemente, os elétrons sentemmenos a presença dos outros. Por estar mais
próximo ao núcleo, a energia é mais baixa(mais negativa), fazendo com que um elétron
4s tenha energia menor do que um 3d.
Por quê o orbital 4s do Cr eCu é semi-preenchido ?
Estrutura da Matéria - 2011
Distribuição Eletrônica para Metais de Transição
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 62/67
Estrutura da Matéria - 2008
A resposta à esta questão está na estabilidade extra queuma camada cheia (ou semi-cheia) proporciona.
Camada semi-cheia d5
Camada cheia d10
Ocupaçãosimétrica
Estabilidade extra
Por essa razão, o elétron ocupa os orbitais d vazios, gerando umacamada semi-cheia (ou cheia) e, assim, ganha estabilidade extra devido a
diminuição de energia.
O emparelhamento de elétrons em ummesmo orbital envolve repulsão a qual
aumenta a energia do orbital.
Estrutura da Matéria - 2011
Distribuição Eletrônica para Metais de Transição
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 63/67
Estrutura da Matéria - 2008
Na formação de cátions, inicialmente são removidos elétrons da camada
ns e depois elétrons da camada(n - 1).
Ex: Fe [Ar] 4s2 3d6
perde inicialmente 2 elétrons ---> Fe2+ [Ar] 4s0 3d6
4s3d 3d
4s
Fe Fe2+
3d4s
Fe3+
Estrutura da Matéria - 2011
Distribuição Eletrônica para Lantanídeos
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 64/67
Estrutura da Matéria - 2008
Orbitais 4f usados para
Ce - Lu e 5f para Th - Lr
Todos estes elementos tem configuração [elétrons internos]nsx(n - 1)dy(n - 2)f z esão chamados de elementos do bloco f
Estrutura da Matéria - 2011
Configuração Eletrônicas dos Elementos
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 65/67
Estrutura da Matéria - 2008Estrutura da Matéria - 2011
Exercício
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 66/67
Estrutura da Matéria - 2008
(a) Faça a distribuição eletrônica para o estado fundamental dos
átomos dos elementos do bloco d mostrados abaixo. Considere para esses
elementos o cerne de gás nobre: Ar (Z= 18): [Ar] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Cr, Mn, Ni, Cu, Zn
Z = 24, 25, 28, 29, 30
(b) Com base na configuração eletrônica feita, quais são os estados de
oxidação esperados para cada um desses metais? Justifique.
Estrutura da Matéria - 2011
Exercício
5/9/2018 Aula 2 - Átomo e o Mundo Quântico - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/aula-2-atomo-e-o-mundo-quantico 67/67
Z=24 - [Ar] 4s1 3d5 --------Cr
Z=25 - [Ar] 4s2 3d5 --------Mn
Z=28 - [Ar] 4s2 3d8 --------Ni
Z=29 - [Ar] 4s1 3d10 -------Cu
Z=30 - [Ar] 4s2 3d10 -------Zn 3d
4s