Ernest Rutherford

Físico inglês

Prémio Nobel da Química em 1908

Modelo baseado em factos experimentais

Rutherford (1871-1937)

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Daniela Pinto

Niels Bohr (1885-1962)

Físico Dinamarquês

Primeiro cientista a explicar o espectro

descontínuo do átomo de H.

Prémio Nobel da Física em 1922.

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Daniela Pinto

Modelo atómico de Bohr

• Bohr estudou o espectro atómico descontínuo do hidrogénio e

criou um modelo para este átomo (explicação da estrutura do átomo).

• O eletrão gira à volta do núcleo em órbitas circulares.

• O raio das órbitas não pode ter um valor qualquer (é quantificado).

• Cada órbita corresponde a um nível de energia.

Órbita

Núcleo 4

Daniela Pinto

Postulados de Bohr (1913)

Os eletrões estão restringidos a determinadas órbitas,

cada uma a uma distância bem definida do núcleo;

A cada órbita está associado um determinado valor de

energia a energia é quantizada (tem valores fixos) ;

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Daniela Pinto

Postulados de Bohr (1913)

A cada uma destas órbitas (com um determinado valor de energia) à

volta do núcleo corresponde um “nível de energia”, n, do eletrão;

Os eletrões podem transitar de um nível de energia a outro nível de

energia.

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Daniela Pinto

Quantificação da Energia do Eletrão

• Os estados de energia ou níveis de energia do electrão

representam-se por um número inteiro: n = 1, n = 2, n = 3 …

• Estado fundamental – Estado de menor energia (n = 1 *).

• Estados excitados – Estados de energia superiores ao fundamental

(n > 1 *).

*No átomo de hidrogénio (noutros átomos, existem electrões em estados

fundamentais com n > 1)

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Energia do eletrão

A energia do eletrão no átomo (En) não pode ter um valor qualquer (é

quantificada) e o seu valor depende do número do nível de energia:

𝐸𝑛 = −2,18𝑥10−18

𝑛2 𝐽 𝑒𝑚 𝑞𝑢𝑒 𝑛 é 𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑛í𝑣𝑒𝑙

E1 = -2,18 x 10-18 J (n =1 no átomo de hidrogénio)

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Aumento contínuo de energia Aumento de energia quantizada

Os argumentos de energia quantizada são como degraus de uma

escada, e não como a inclinação de uma rampa (mas os degraus não

são todos iguais). 9

Daniela Pinto

Quando o eletrão está numa órbita, não absorve nem emite

energia.

Os valores da energia do eletrão do átomo de hidrogénio para os

diferentes estados estacionários são todos negativos.

O eletrão pode absorver energia por:

Aumento de temperatura;

Colisão com eletrões de uma descarga eléctrica;

Colisão com fotões de radiação electromagnética.

10

Daniela Pinto

Quando o eletrão absorve energia, fica excitado e salta para

uma órbita mais externa (nível de energia superior).

11

Daniela Pinto

Hipoteticamente: Para o eletrão passar de n=1 para n=3

necessitava da energia fornecida pelos fotões verdes.

12

Daniela Pinto

O eletrão excitado liberta a energia em excesso, na forma de

radiação eletromagnética, e salta para uma órbita mais

interna (nível de energia inferior).

13

Daniela Pinto

A energia em excesso pode ser libertada de várias maneiras,

originando diferentes radiações eletromagnéticas:

14 O que origina as riscas espectrais.pps

Daniela Pinto

Espetro de Emissão do Hidrogénio

A radiação eletromagnética libertada forma as riscas do espectro de

emissão do hidrogénio.

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Daniela Pinto

O espetro de

emissão do

hidrogénio tem

riscas no

ultravioleta, no

visível e no

infravermelho:

Série de Lyman – Radiações ultravioletas libertadas quando os

eletrões saltam de n > 1 para n = 1;

Série de Balmer – Radiações visíveis libertadas quando os eletrões

saltam de n > 2 para o n = 2;

Série de Paschen – Radiações infravermelhas libertadas quando

os electrões saltam de n > 3 para n = 3;

Série de Brackett – Radiações infravermelhas libertadas quando

os electrões saltam de n > 4 para n = 4;

Série de Pfund – Radiações infravermelhas libertadas quando os

electrões saltam de n > 5 para n = 5. 16

Daniela Pinto

17

Daniela Pinto

Séries nf

(nível final)

ni

(nível inicial) Região do

Espetro

Lyman 1 2,3,4,.. Ultravioleta

Balmer 2 3,4,5,.. Visível

Paschen 3 4,5,6,.. Infravermelho

Brackett 4 5,6,7,.. Infravermelho

Pfund 5 6,7,8,.. Infravermelho

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Daniela Pinto

Energia de Ionização

Quando a energia da radiação é igual à energia de remoção do

eletrão (energia de ionização), este sai do átomo e fica parado (Ec = 0 J).

Quando isto acontece, a energia do eletrão é igual a zero:

• Ee = E = 0 J

A energia do eletrão no átomo (Ee = En) é simétrica da respetiva

energia de ionização (Ei = E):

𝐸𝑖𝑜𝑛 = 𝐸∞ − 𝐸𝑛 ⇔ 𝐸𝑖𝑜𝑛 = −𝐸𝑛 19

Daniela Pinto

Transições do eletrão

Se a energia da radiação for igual à energia

necessária para provocar uma transição do

eletrão (diferença de energia entre dois

níveis), este é excitado para um nível de

energia superior.

A energia da radiação emitida ou absorvida é

igual ao módulo da diferença de energia dos

dois níveis considerados:

∆𝐸 = 𝐸𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 − 𝐸𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 20

Daniela Pinto

Transições do eletrão

Se ∆𝐸 > 0 há absorção de energia –

excitação;

Se ∆𝐸 < 0 há emissão de energia –

desexcitação.

Se a energia da radiação emitida ou absorvida

for determinada por:

∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖

21

Daniela Pinto

Se a energia da radiação for inferior ou superior à energia necessária

para provocar uma transição, o electrão não absorve a radiação e não é

excitado.

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Daniela Pinto

Um eletrão de um átomo de hidrogénio encontra-se no estado de

energia fundamental (n = 1). O que acontecerá a esse eletrão se for

atingido por uma radiação de:

a) 1,94 ×10–18J de energia;

b) 2,18 ×10–18J de energia;

c) 2,50 ×10–18J de energia;

d) 1,80 ×10–18J de energia.

Indique, para cada caso, em que estado fica o átomo de hidrogénio.

Exercício

23

A energia final do eletrão pode ser calculada através da expressão:

a) 1,94 × 10−18𝐽 = 𝐸𝑓 – (−2,18 𝑥 10−18)

𝐸𝑓 = −2,40 𝑥 10−19𝐽

𝐸𝑛 = −2,18𝑥10−18

𝑛2 ⇔ −2,4 𝑥 10−19 = −2,18𝑥10−18

𝑛2 ⇔ 𝑛 = 3

O eletrão vai transitar para o nível de energia n = 3 e o átomo fica

excitado.

Resolução

∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖

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A energia final do eletrão pode ser calculada através da expressão:

b) 2,18 × 10−18𝐽 = 𝐸𝑓 – (−2,18 𝑥 10−18)

𝐸𝑓 = 0 𝐽

O eletrão sai do átomo sem energia cinética.

O átomo fica ionizado.

Resolução

∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖

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A energia final do eletrão pode ser calculada através da expressão:

c) 2,50 × 10−18𝐽 = 𝐸𝑓 – (−2,18 𝑥 10−18)

𝐸𝑓 = 3,20 𝑥 10−19𝐽

O facto da energia do eletrão ser positiva indica que o eletrão saiu do

átomo, com energia cinética no valor de 3,2 ×10-19 J.

O átomo fica, pois, ionizado.

Resolução

∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖

26

d) 1,8 × 10−18𝐽 = 𝐸𝑓 – (−2,18 𝑥 10−18)

𝐸𝑓 = −3,80 𝑥 10−19𝐽

𝐸𝑛 = −2,18𝑥10−18

𝑛2 ⇔ −3,8 𝑥 10−19 = −2,18𝑥10−18

𝑛2

Este resultado negativo indica que a energia da radiação não é

suficiente para extrair o eletrão do átomo.

Verifica-se que não existe nenhum estado estacionário com tal valor de

energia.

O eletrão não absorve a radiação e o átomo permanece no estado

fundamental.

Resolução

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