Estrutura Atômica

QUÍMICA GERAL / QUÍMICA TECNOLÓGICA
ESTRUTURA ATÔMICA
Professora: Cíntia Helena de Freitas
Química Licenciada - UIT
Ms. Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais - CDTN/UFMG
Matéria / Corpo / Objeto
• A Química é a ciência da matéria e das mudanças que ela sofre;
• Há inter-relação entre a estrutura e as propriedades da matéria;
• O comportamento físico e químico da matéria depende da
maneira pela qual os átomos interagem e esta, por sua vez, depende
de sua estrutura.
1) Nível macroscópico: trata das propriedades de objetos
grandes e visíveis;
Funcionamento Químico
2) Nível microscópico: trata de um submundo de
mudanças que não se pode ver diretamente;
3) Nível simbólico: trata da descrição dos fenômeno
químicos por meio de símbolos químicos e equações
matemáticas;
História do Modelo Atômico
Modelo Atômico de Dalton: foi baseado na proposição de que os átomos são indivisíveis,
imutáveis, e aparentemente sem estrutura (neutralidade), e este foi sucesso na explicação de
muitas das características de transformações químicas.
Estrutura Atômica
História do Modelo Atômico
Modelo Atômico de J. J. Thomson: é proposto, no século XIX, que o átomo é constituído de uma
esfera positiva grande e difusa, no qual os elétrons estão distribuídos homogeneamente. Esta
conclusão foi originada de experimentos com tubos de Crookes que mostraram partes positivas e
negativas dos átomos, sendo esta última denominada elétrons.
Estrutura Atômica
História do Modelo Atômico
Modelo Atômico de Rutherford: é proposto, entre 1890 e 1904, que o átomo consiste em um
minúsculo núcleo, que contém toda a carga positiva e quase toda a massa do átomo, rodeado
pelos elétrons. Este modelo é ainda considerado essencialmente correto. O experimento que levou
a esta conclusão foi realizado por três cientistas e, o resultado evidenciou o átomo nuclear.
Estrutura Atômica
História do Modelo Atômico
Modelo Atômico de Bohr: o modelo de Rutherford aumentou a dúvida sobre a localização e
movimento dos elétrons no átomo. De acordo com a física clássica, seria de esperar que os átomos
entrassem em colapso e, assim deixassem de existir. No entanto este modelo aponta que a física
clássica falha ao descrever o movimento e outras propriedades de partículas muito pequenas e,
atribuindo conceitos da física quântica, Bohr postulou a existência de níveis de energia eletrônica
quantizada. O conceito de quantização de energia eletrônica é ainda considerado essencialmente
correto, embora suas ideias sobre órbitas não o sejam.
Estrutura Atômica
História do Modelo Atômico
Modelo de Chadwick: embora, no modelo de Rutherford, os prótons contivessem toda a carga
do núcleo, eles sozinhos não podem compor sua massa. O problema da massa extra foi resolvido
quando, em 1932, o físico inglês J. Chadwick, descobriu uma partícula que tinha
aproximadamente a mesma massa de um próton, mas não era carregada eletricamente. Por ser a
partícula eletricamente neutra, denominou-se nêutron. A exceção é o núcleo de muitos isótopos
comuns de hidrogênio que contém um próton e nenhum nêutron.
Estrutura Atômica
O Átomo Moderno
Para o modelo atual do átomo acredita-se que o átomo seja composto de duas regiões: (1) o
núcleo minúsculo compreendendo toda a carga positiva e os nêutrons, contendo praticamente
toda a massa do átomo, e (2) uma região extranuclear, a eletrosfera, que é principalmente um
espaço vazio, onde estão distribuídos os elétrons.
Com o surgimento da física quântica, e a incerteza de
localizar o elétron em seu orbital, um novo modelo 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.
Estrutura Atômica
O Átomo Moderno
Hoje é sabido que o átomo é constituído por um núcleo rodeado por elétrons que se movem em
uma alta velocidade de formas circulares que correspondem ao seu valor energético (orbitais). A
nuvem atômica é uma estrutura tridimensional que resulta da fusão das formas próprias das
orbitais ocupadas e das suas interações. Corresponde a uma porção do espaço, à volta do núcleo,
onde os elétrons se movem.
Direção de movimento dos elétrons
Estrutura Atômica
Material Complementar
Sobre o modelo atual
ainda há várias lacunas
que ainda devem ser
explicadas como o
surgimento dos Bósons,
Leptons, Quarks, etc...,
recomendo para as
pessoas que estão
interessada
em
aprofundar o
conhecimento sobre este
universo complexo a
leitura sobre Química e
Física Quântica.
Estrutura Atômica
Representação Eletrônica
A quantização de energias eletrônicas
pode ser descrita em termos de orbitais,
discretos e que são níveis de energia (as
camadas do átomo).
Nível
Camada
Nº máximo de
elétrons
Subníveis
conhecidos
1º
K
2
1s2
2º
L
8
2s2 2p6
3º
M
18
3s2 3p6 3d10
4º
N
32
4s2 4p6 4d10 4f14
5º
O
32
5s2 5p6 5d10 5f14
6º
P
18
6s2 6p6 6d10
7º
Q
8
7s2 7p6
Estrutura Atômica
Representação Eletrônica
Estrutura Atômica
Representação Eletrônica
Os orbitais são agrupados em subcamadas (s, p, d, f, ....) que são por sua vez agrupados em
camadas (K, L, M, N, O, P, Q).
Estrutura Atômica
Representação Eletrônica
Cada orbital pode conter no máximo dois elétrons, com spins antiparalelos e, a atribuição
detalhada dos elétrons num átomo para estes orbitais, subcamadas e camadas é chamada
configuração eletrônica do átomo.
As configurações no estado fundamental são aquelas em que cada elétron tem a mais baixa
energia possível, e podem ser previstas com considerável exatidão para muitos elementos
seguindo modelo de distribuição.
Estrutura Atômica
Representação Eletrônica
Diagrama de Energia ou Diagrama de Linus Pauling
Estrutura Atômica
Números Quânticos
A cada elétron num átomo podem ser atribuídos os valores dos quatro números quânticos: n, l, m e s.
Ao especificar estes valores para um elétron, determinamos a camada, a subcamada, o orbital e o spin
do elétron. De acordo com o princípio da exclusão de Pauli, não podem existir num átomo dois
elétrons que tenham o mesmo conjunto de números quânticos.
Exemplo: consideremos o átomo de escândio que possui 21 elétrons, vejamos qual será o
conjunto de números quânticos que irá representar o seu elétron mais energético.
Estrutura Atômica
Referências Bibliográficas
•RUSSEL, J.B. Química Geral. São Paulo: Makron Books, 1994. V. 1 e 2 (540 R964q – 25ex)
•ATKINS, P.; JONES, L. Princípios da Química. São Paulo: Bookman, 2001. (540 A874p- 10ex)
•MAHAN, B.M. Química: um curso universitário. São Paulo: Edgard Blucher, 4 ed., 2002. (540
M214q – 15ex)