Estrutura eletrônica dos átomos

Estrutura eletrônica dos átomos
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Alunos: Armando Ferreira Cavani 18691
Heitor Milani Neto 18709
Prof. Dr. Élcio
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
Tópicos
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Natureza ondulatória da luz
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Energia quantizada e fótons
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Espectros de linhas e o modelo de Bohr
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Comportamento ondulatório da matéria
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Mecânica quântica e os orbitais atômicos
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Representações de orbitais
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Átomos polieletrônicos
Natureza Ondulatória da Luz
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A luz que podemos ver com nossos olhos, luz
visível, é um tipo de radiação eletromagnética.
Como a radiação eletromagnética transporta
energia pelo espaço, ela é também conhecida
como energia radiante.
Radiação Eletromagnética
-> Ondas de rádio
-> Radiação Infravermelha
-> Raios X
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Todos os tipos de radiações eletromagnéticas
movem-se no vácuo a uma velocidade de 3,00
 108 m/s
Características Ondulatórias
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Comprimento de onda: Distância entre picos
ou depressões da onda.
Frequência: Quantidade de ciclos que passam
por determinado ponto.
Essas características ondulatórias em radiações
eletromagnéticas devem-se a oscilações
periódicas de intensidade de forças.
Relação inversa entre
Frequência e Comprimento
υλ = c , onde:
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υ (ni) é a frequência.
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λ (lambda) é o
comprimento.
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c é a velocidade da
luz.
Espectro eletromagnético
Energia quantizada e fótons
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Apesar do modelo ondulatório da luz explicar
muitos aspectos de seu comportamento,
existem vários fenômenos que ele não pode
explicar.
1)
Emissão de luz por objetos quentes
2)
Efeito fotoelétrico
3)
Espectros de emissão
Objetos quentes e quantização
da matéria
A distribuição dos
comprimentos de
onda depende
da temperatura.
Max Planck (1858-1947)
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Energia podia ser absorvida (ou liberada) por
átomos em “pacotes” distintos de tamanho
mínimo.
Quantum (quantidade fixa): Menor quantidade
de energia que podia ser emitida ou absorvida
de radiação eletromagnética.
Teoria Quântica
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E = h υ , onde:
1.
‘E’ seria a energia.
2.
‘h’ seria a constante de Plank = 6,63  10-34 Js
3.
‘υ’ seria a frequência.
Efeito Fotoelétrico e Fótons
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Emissão de elétrons por um material,
geralmente metálico, quando exposto a uma
radiação eletromagnética de frequência
superior à que o material suporta antes de
começar a liberar elétrons.
Curiosidade: tal fato foi observado por
Heinrich Hertz em 1887 (por isso esse
fenômeno também ficou conhecido por efeito
Hertz) e somente explicado em 1905 por
Einstein.
Fóton
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Segundo Einstein, a radiação eletromagnética
que atinge a superfície do material é como um
fluxo de pacotes de energia minúsculos.
Tais pacotes foram chamados de fótons
Utilizando-se da Teoria Quântica de Planck,
ele chegou à seguinte conclusão:
E = hυ, seria uma forma de calcular a energia
do fóton
Espectro
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Separação de uma radiação em seus diferentes
comprimentos de ondas.
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São divididos em dois tipos:
1.
Contínuo: Todos os comprimentos de onda.
2.
De Linhas: Comprimentos específicos.
Modelo de Bohr
1.
2.
Somente órbitas de certos raios,
correspondendo a certas energias definidas,
são permitidas para os elétrons em um átomo.
Um elétron em certa órbita permitida tem
energia específica e está em um estado de
energia ‘permitido’. Um elétron em estado de
energia permitido não irradiará energia e,
portanto, não se moverá em forma de espiral
na direção do núcleo.
3) A energia só é emitida ou absorvida por um
elétron quando ele muda de um estado de energia
permitido para outro. Essa energia é emitida ou
absorvida como fóton, E = hυ.
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A partir dos postulados, Bohr pode calcular as
energias correspondentes a cada órbita
permitida nos átomos de hidrogênio utilizando
a seguinte fórmula:
E = (-2,18  10-18 J)(1/n²)
Comportamento Ondulatório da
Matéria
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Louis Broglie (1892-1987)
Sugeriu que o elétron, em seu movimento ao
redor do núcleo, tinha associado a ele um
comprimento de onda particular. Tal
comprimento é encontrado através de:
λ = h/mv , onde : ‘m’ seria a massa
‘v’ seria a velocidade
‘h’ seria a constante de Planck
Mecânica quântica e
os orbitais atômicos
Quando começou a surgir o pensamento da
mecânica quântica?
Mecânica quântica
Em 1926, o físico austríaco Schrödinger propôs uma equação
que atualmente é conhecida como a equação de onda de
Schrödinger. Ela incorpora os dois comportamentos do
elétron que são:
Onda
+
Partícula = Mecânica quântica
Mecânica quântica
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A resolução da equação de Schrödinger leva a
uma série de funções matemáticas chamadas
de funções de onda, que descrevem a questão
ondulatória do elétron.
Representada pelo símbolo grego ‘ψ’(psi).
Essas funções em si não têm um significado
físico direto, porém o quadrado da função de
onda ,ψ², fornece uma possível localização do
elétron num determinado ponto.
Orbitais
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Orbitais: Regiões de maior probabilidade de se encontrar o
elétron. Cada orbital tem energia e forma característica.
A mecânica quântica nos permite conhecer os estados de
energia possíveis de um orbital através da análise dos números
quânticos.
Esses números são:
( n ) principal – Nível
(n>1)
( ℓ ) secundário – Subnível
(0 a n-1)
( m) magnético – Orientação
(ℓ..0..-ℓ)
( s ) spin – Rotação
(-½ e ½)
Representação de orbitais
Átomos Polieletrônicos
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Basicamente, a idéia de um átomo
polieletrônico é que para um certo valor no
nível principal (n), a energia no orbital só
aumenta se o valor (ℓ) do número quântico
magnético (m) aumentar.
Princípio da exclusão de Pauli
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Em 1925, o físico austríaco Wolfgang Pauli, descobriu o
princípio que governa a distribuição dos elétrons em átomos
polieletrônicos.
Esse princípio afirma que dois elétrons em um átomo não
podem ter o conjunto de quatro números quânticos n, ℓ, m e s
iguais.
Para um orbital, os valores de n, ℓ e m são fixos, então para
colocar outro elétron nesse orbital, temos que respeitar esse
princípio, modificando o valor de s (spin), porém como s só
tem dois valores para ser atribuído, concluímos que um orbital
pode ter no máximo dois elétrons.
Configurações eletrônicas
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Diagrama de Pauling
Criou um sistema que
determina a ordem crescente
de energia dos subníveis
atômicos.
Configurações eletrônicas
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A regra de Hund
Ela parte do princípio da máxima multiplicidade,
que é, o preenchimento dos orbitais de um mesmo
subnível, de modo que haja o maior número de
elétrons desemparelhados, ou seja, isolados.
Configurações eletrônicas
A regra de Hund
Tabela periódica
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Com o estudo dos orbitais, princípio da exclusão de
Pauli e a regra de Hund, podemos compreender a
estrutura e os elementos da tabela periódica.
Tabela periódica
Referências Bibliográficas
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“Química: A ciência central” - Brown
•
www.wikipedia.com