Slide 1

Aprofundamento de Química
MODELOS ATÔMICOS
Prof.MSc. Arthur M.A.
Dalton – Esfera maciça e indivisível
“Bola de bilhar”
Investigando a matéria
Instrumento criado por Sir. William Crookes: “Ampola de Crookes”
Gás a baixa pressão (10 a 0,01 mmHg)
Alta voltagem entre os eletrodos
Eletrodo negativo na região mais estreita e positivo na região mais larga
A descoberta do elétron
Gás, normalmente não
conduz eletricidade
Baixíssima pressão
Descarga elétrica do gás
Emitiu forte luminosidade (RAIOS CATÓDICOS)
Fluxo luminoso do CÁTODO em direção ao ÂNODO
http://youtu.be/vIf9sTeKUTo
http://youtu.be/1dPv5WKBz9k
J. J. Thomson dedicou-se a pesquisar a natureza dos raios catódicos (feixe
que sai do cátodo), concluindo que:
1) Os raios catódicos são corpusculares (possuem massa), pois são
capazes de mover um pequeno moinho colocado dentro da ampola de
Crookes
2) Os raios catódicos caminham em linha reta. Projetam na parede oposta
da ampola a sombra de qualquer anteparo.
3) Os raios catódicos possuem carga elétrica negativa. Quando é
aplicado um campo elétrico externo à ampola, os raios catódicos se
dirigem para o campo positivo.
Pela medida do desvio dos raios catódicos sob ação de um campo magnético, Thompsom
pôde determinar a relação e/m entre a carga do elétron (e) e sua massa (m).
Thomson, finalmente concluiu:
Os raios catódicos eram parte integrante de toda espécie de matéria, uma vez
que a experiência podia ser repetida com qualquer tipo de gás;
E denominou, então, os raios catódicos de
elétrons
Descoberta do próton
(Eugen Goldstein)
* Raios anódicos = raios canais
http://youtu.be/5DSfoheskto
Elucidação de Eugen Goldstein
* Os raios anódicos (canais) também são desviados por campo elétrico,
entretanto, para o pólo negativo.
Conclusões de Goldstein:
1) Os raios canais possuem carga elétrica positiva. Eles são
desviados para a placa negativa na presença de um campo elétrico
externo à ampola.
2) A massa das partículas constituintes dos raios canais é
aproximadamente igual à massa das moléculas do gás residual (gás
contido no interior da ampola de Goldstein)
3) Quando o gás é o hidrogênio, a massa das partículas dos raios
canais é a menor e aproximadamente 1836 vezes maior que a
massa do elétron, e a carga dessas partículas é igual à do
elétron, com sinal contrário.
Thomson – Esfera maciça, positiva, com cargas
negativas (elétrons) em sua superfície
“Pudim de passas”
* Não mencionou prótons
Experimento de Rutherford
http://youtu.be/mmAvvx5m6ts
Rutherford – Átomo com 2 regiões:
1) Pequeníssimo núcleo central, denso, maciço e positivo
2) Eletrosfera com elétrons girando em torno do núcleo. (Grande espaço vazio)
* Mencionou que o núcleo era constituído pelas mesmas partículas de Goldstein,
e pela 1ª vez as denominou de
prótons.
Problema 1:
Contradiz conceitos físicos consagrados
Lei do eletromagnetismo de Maxwell : “Uma carga elétrica em movimento
acelerado emite energia (perde energia) sob a forma de ondas
eletromagnéticas".
Auto-destruição do átomo
Mas isso não ocorre
Max Planck - Teoria dos quanta.
A energia se propaga de forma descontínua, como "pacotinhos de energia"
denominados quantum (no plural, quanta).
Espectro completo das radiações eletromagnéticas
Cada uma dessas ondas eletromagnéticas, visível ou não, representa uma energia
que se propaga numa certa freqüência, à qual corresponde um determinado valor
de quantum.
Niels Bohr – “Os fenômenos atômicos não podem ser explicados pelas Leis
da Física Clássica”
Utilizando conceitos da física quântica de Max Planck, Bohr explicou de
maneira satisfatória porque o elétron não é sugado pelo núcleo dando mais
consistência ao modelo proposto por Rutherford.
Elétron com energia
constante
O elétron gira ao redor do núcleo em órbitas circulares (níveis de energia ou
camadas eletrônicas) sem perder ou ganhar energia (energia constante).
Mas, como o elétron se mantém no mesmo nível de energia girando?
Para que um elétron permaneça em sua órbita, a atração eletrostática entre
o núcleo e o elétron, que tende a puxar o elétron em direção ao núcleo deve
ser igual a força centrífuga, que tende a afastar o elétron
Vetor força centrífuga
Vetor força de atração
eletrostática
Problema 2:
O modelo de Rutherford não explica os espectros atômicos
Baseado na teoria da energia quantizada de Planck, Bohr propôs que:
 O elétron pode saltar para uma camada mais externa, sendo que, para tal é
necessário que ele ganhe energia externa (quantum)
 Um elétron que saltou para uma camada de maior energia fica instável e tende
a voltar à sua camada de origem; nesta volta ele devolve a mesma quantidade de
energia que havia ganho para o salto e emite um fóton (Einstein) de luz
A quantidade de energia (quantum) é dada por q = h x f onde h é a
constante de Planck e f a frequência da luz emitida.
Sabendo que:
 q = h x f :. f = q/h
 O quantum (q) tem número inteiro
 Constante de Planck = 6,626068 × 10-34 m2 kg / s
Logo: As frequências de luz que serão emitidas serão bem definidas e NÃO
serão emitidas todas as frequências do espectro.
Isto explica as diferentes colorações emitidas (frequências de ondas
eletromagnéticas), observadas quando átomos de diferentes elementos são
excitados
Neônio: luz vermelha, Argônio: luz azul,
vapor de Na: luz amarela, vapor de
mercúrio, etc.
Luminescência é a emissão de luz causada por certos materiais que
absorvem energia e podem emiti-la em forma de luz visível.
Fluorescência ou Fosforescência ?
Fluorescência
Intervalo entre absorção e emissão é curto (ocorre imediatamente).
 Ocorre quando determinados materiais são irradiados com luz visível ou
ultravioleta
Fosforescência
Intervalo entre absorção e emissão é longo (segundos ou horas).
 Ocorre quando determinados materiais mantém luminescência própria.
Mas, o modelo de Bohr é perfeito?
Logo após Bohr enunciar seu modelo verificou-se que um elétron, numa mesma
camada, apresentava energias diferentes.
Como poderia ser possível se as órbitas fossem circulares?
Sommerfeld - sugeriu que as órbitas fossem elípticas, pois em uma elipse há
diferentes excentricidades (distância do centro), gerando energias diferentes para
uma mesma camada.
A energia do elétron seria determinada pela distância do elétron ao núcleo e pelo
tipo de órbita que ele descreve.
Para cada camada eletrônica
(n), havia 1 órbita circular e
(n-1) órbitas elípticas de
diferentes excentricidades
James Chadwick - A descoberta do nêutron
 Nêutrons - Partículas, de carga elétrica neutra e massa aproximadamente
igual à do próton, que evitam a repulsão dos prótons
Modelo atômico Atual
Modelo matemático-probabilístico que se baseia em dois princípios:
1) Princípio da Incerteza de Heisenberg: é impossível determinar com precisão
a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante.
2) Princípio da Dualidade da matéria de Louis de Broglie: o elétron apresenta
característica DUAL, ou seja, comporta-se como matéria e energia sendo uma
partícula-onda.
 Impossibilidade de determinar a exata trajetória do elétron a partir da energia e
da velocidade.
Buscou-se trabalhar com a provável região onde é possível encontrá-lo.
Erwin Schröndinger - baseado nestes dois princípios criou o conceito de Orbital
Orbital é a região onde é mais provável encontrar um életron
Não mais se determina onde o elétron está, mas qual a
probabilidade de que esteja em uma região do espaço.
Modelo atômico da nuvem eletrônica
Os cientistas abandonaram a idéia de que o elétron descrevia uma trajetória definida
em torno do núcleo e passaram a admitir que existem zonas onde há maior
probabilidade de encontrar os elétrons, designadas por orbitais.