teoria atômica - Pense Ambientalmente
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Prof. Aline Monteiro/ Antonio Guerra CEFET/RJ CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA CELSO SUCKOW DA FONSECA – CEFET/RJ TEORIA ATÔMICA Departamento de Disciplinas Básicas e Gerais - DEPBG Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ A Evolução do Modelo Atômico 400 a.C. – Demócrito: Toda a matéria é formada por átomos. 1803 d.C. – Dalton: Esfera maciça e indivisível. 1898 d.C. – Thomson: Massa positiva com elétrons mergulhados. 1911 d.C. – Rutherford: 1913 d.C. – Bohr: Núcleo com partículas positivas, espaço vazio e elétrons. eletrônicas. Camadas 2 Prof. Antonio Aline Monteiro Guerra/–Antonio CEFET/RJ Guerra CEFET/RJ Natureza Elétrica da Matéria Nicholson e Carliste (1800) – eletrólise da água 2H2O I 2H2(g) + O2(g) Michael Faraday (1832) – Lei de Faraday Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. Existências de partículas carregadas eletricamente Gaiola de Faraday 3 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Raios Catódicos Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Horácio Macedo,7ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 702p. H2 Hg N2 Características dos raios catódicos: Deslocam-se em linha reta; Giram pequenos moinhos (partículas); Reagem sob ação de campos E e B (carga -); Apresentam sempre mesma massa e carga; independente da natureza dos eletrodos ou do gás; Foram chamadas elétrons partículas carregadas negativamente. 4 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ A Carga e a Massa do Elétron Experimento de Thomson (1904) e m 1, 76 10 C g 8 Experimento de Millikan (1908) e 1, 6 10 m 9,110 19 28 C g Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. 5 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Íons Positivos e Partículas Nucleares Experimento de Goldstein Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. Experimento de Rutherford Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química. Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, 2001. 914p. 6 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ O Átomo de Rutherford O experimento Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. A hipótese O átomo 7 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Espectros de Massas e os Isótopos Espectrômetros de Massas Setor Magnético A Z X OU Z X A A = Número de massa (prótons + nêutrons) Z = Número atômico (prótons) Determinação de isótopos estáveis. 8 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Designação do átomo Z natureza do elemento químico, podendo ser omitido. Todos os átomos de um certo elemento químico mesmo número atômico Átomos com mesmo número atômico e massas diferentes ISÓTOPOS ISÓBAROS ISÓTONOS ISOELETRÔNICOS PESOS ATÔMICOS Massa média dos átomos (uma) EXERCÍCIOS 9 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ O Espectro Eletromagnético c c 3108 m s 10 O Espectro Atômico Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Espectro de Linhas do Hidrogênio Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. H2 Hg Ne Espectros de linha 1 1 1 =R H 2 - 2 n1 n 2 RH= 1,09737x10-2nm-1 (Cte Rydberg)λ Séries Espectrais 11 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ RH= 1,09737x10-2nm-1 (Cte Rydberg) 1 1 1 =R H 2 - 2 λ n1 n 2 Séries Espectrais 12 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ O Átomo de Bohr Postulados Os elétrons ocupam uma posição definida no átomo, chamada nível de energia no qual não irradia; Quando os elétrons estão localizados nos níveis de energia mais baixos, o átomo está no estado fundamental; Quando o elétron absorve uma quantidade definida de energia (ΔE=hν) é promovido para níveis de energia mais altos (estado excitado); No estado excitado, os elétrons com excesso de energia decaem para níveis de energia mais baixos, emitindo a energia excedente. 13 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Modelo de Bohr 1 E A 2 n E1 A 1 n12 1 E2 A 2 n2 EFoton A= 2,18x10-18J 1 1 E1 E2 A 2 2 n1 n2 hc A 1 1 2 2 hc n1 n2 1 14 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ A Dualidade Partícula-Onda Difração do elétron Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. Fenômeno de Difração E mc 2 Efóton= hc/ h mv Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central, Trad. Horácio Macedo,7ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 702p. mv Ex: de um grão de areia? m= 0,000010 g v= 0,010 m/s h= 6,63x10-34J.s h 15 O Princípio da Incerteza de Heisenberg “É impossível determinar, simultaneamente, a Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ posição como o momento de uma partícula com exatidão em um certo instante.” ħ = p mv 1 , Ex1: de uma 0 gude? 5 4 1,0 g m= x ± 1,0 mm/s Δv= 1 0 Δx bola de x 2mv Ex2: Δv de um elétron confinado numa caixa de Δx= 200 pm? 3 4 J / 16 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Ex1: Δx de uma bola de gude? m= 1,0 g Δv= ± 1,0 mm/s px 12 p mv v 1, 0mm / s 1, 0mm / s 2 1 kg m 34 1, 054 10 J / s 2 s x 2, 6 1029 m 2mv 1kg 1m 2 1, 0 g 3 2, 0mm / s 3 10 g 10 mm 17 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Ex2: Δv de um elétron confinado numa caixa de Δx= 200 pm? px 12 p mv me 9,109 1028 g v 2mx 2 1 kg m 34 1, 054 10 J / s 2 s v 2,89 105 m / s 1kg 1m 2 9,109 1028 g 3 200 pm 12 10 g 10 pm 18 Números Quânticos Número Quântico Principal (n) Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ n 1 2 3 4 5 ... K L M N O ... Número Quântico Momento Angular ou Azimutal (l) l =0 a (n – 1) l 0 1 2 3 4 5 ... s p d f g h ... Sharp (s) Principal (p) Diffuse (d) Fundamental (f) Número Quântico Magnético (ml) ml = -l a +l Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química. Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, 2001. 914p. 19 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Número Quântico Magnético (ml) ml = -l a +l Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química. Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, 2001. 914p. 20 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Diagrama de Níveis de Energia Cada orbital é representado por um traço; A energia da subcamada aumenta com o valor de n; Com o aumento de n, o espaço entre as subcamadas diminui; A partir de n=3 ocorre sobreposição de camadas; Os orbitais de uma mesma subcamada possuem a mesma Atkins, P. isolados e Jones, L., Princípios energia nos átomos . de Química. Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, 2001. 914p. 21 Orbitais Atômicos Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Orbital s Russel, J.B., Química Geral. Trad. Divo L. Sanioto et. al. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1981. 897p. Orbitais p Orbitais d Orbitais f Shriver, D.F., Atkins, P.W. e Langford, C.H., Inorganic Chemistry. Oxford: Oxford University Press, 1994. 819p. 22 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Spin Eletrônico Pólo norte do ímã Pólo sul do ímã Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. Número Quântico de Spin (ms) ml = +½ ou -½ Sentido do spin Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química. Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, 2001. 914p. 23 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Princípio da Exclusão de Pauli Dois elétrons nunca terão o mesmo conjunto de quatro números quânticos Subcamad a s p d f No Orbitais No max e- 1 2 3 6 5 10 7 14 Número máximo de elétrons por camada №max℮= 2n2 Número máximo de elétrons por subcamada Camada n No max e- K 1 2 L 2 8 M 3 18 N 4 32 . . . 24 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Regra de Hund 1. 2. Os elétrons são distribuídos isoladamente e com o mesmo spin; Os elétrons são emparelhados com spins contrários. Direção de B Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química. Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, 2001. 914p. Russel, J.B., Química Geral. Trad. Divo L. Sanioto et. al. São Paulo: McGraw-Hill do Brasil, 1981. 897p. 25 Magnetismo nos Elementos Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ O spin confere propriedades magnéticas aos átomos. A t k i n s , P . e Diamagnéticos – não são atraídos por ímãs. Exemplos: He, Ne e Ca 2 2He: 1s (nenhum elétron desemparelhado) Paramagnéticos – são fracamente atraídos. Exemplos: Li, N e O 2 1 3Li: 1s 2s (um elétron desemparelhado) Ferromagnéticos – são fortemente atraídos. Exemplos: Fe, Co e Ni 2 6 26Fe: [Ar]4s 3d (quatro elétrons desemparelhados) J o n e s , L . , P r i n c í p i o s d e 26 Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Constantes, Fatores e Fórmulas c • Número de Avogadro: NA = 6,02x1023 mol-1 • Relação carga-massa: e/m = -1,76x108 C/g • Carga do elétron: e = -1,6x10-19 C • Massa do elétron: me = 9,1x10-28 g (0,0005486 uma) • Carga do próton: cp = +1,6x10-19 C • Massa do próton: mp = 1,67x10-24 g (1,007276 uma) • Massa do nêutron: mn = 1,67x10-24 g (1,008665 uma) • Unidade de massa atômica: uma = 1,66054x10-24 g • Velocidade da luz: c = 2,99792x108 m/s • Constante de Rydberg: RH = 1,10x107 m-1 (3,28984x1015 Hz) • Constante de Planck: h = 6,63x10-34 J.s • Constante de Bohr: A = 2,18x10-18 J • ħ = 1,054x10-34 J/s • 1eV = 1,602x10-19 J = 96,485 kJ/mol • 1J = 1kgm2/s2 • 1m = 10-3mm = 10-6µm = 10-9nm = 10-10Å = 10-12pm = 10-15fm E h Efóton= hc/ 1 1 R 2 2 n1 n2 1 E mc 2 p mv x 2mv 27
