Modelo atómico de Bohr - Moodle

Modelo atómico de Bohr
Niels Bohr (prémio Nobel pela Física 1922) propõe uma solução que
1. Os eletrões atómicos orbitam o núcleo;
2. Os eletrões só podem ter certas órbitas estáveis sem irradiarem. Estas
órbitas estão a distâncias fixas do núcleo atómico central e Niels Bohr têm
energias bem definidas. Nestas órbitas os eletrões não perdem energia por
radiação;
3. Os eletrões só podem ganhar ou perder energia quando saltam de uma
órbita para outra, absorvendo ou emitindo radiação EM. A energia emitida ou
absorvida é dada pela relação:
Δ E= E j − E i = h ν
níveis de energia
das orbitas
frequência da radiação
Tal com na teoria do efeito fotoeléctrico, a teoria de Bohr assume que a energia
(das orbitas) está quantificada.
Níveis de energia do átomo
Para um átomo de hidrogénio, a
energia das orbitas é:
13.6 eV
E n =−
n2
Quando um eletrão “salta” de uma órbita para outra absorve ou perde energia:
1 1
Δ E= E i − E j =−13.6 eV 2 − 2
ni n j
(
ni > nj → Δ E > 0 emissão de energia
ni < nj → Δ E < 0 absorção de energia
)
Electrões como ondas
Em 1924 Louis de Broglie (prémio Nobel pela Física 1929) propõe que os
electrões comportam-se como ondas.
Ele prova que a condição de quantificação proposta por Bohr para as orbitas
atómicas é equivalente a descrever os eletrões como ondas estacionárias tal
como as cordas de uma guitarra (com uma ponta presa à outra).
n λ e =2 π r
Onde:
- n é o número quântico principal (as harmónicas!),
- λe é o comprimento de onda da onda estacionária que descreve o electrão
- r é o raio da órbita.
A radiação electromagnética pode comportar-se como ondas (campos EM
oscilantes) ou como partículas (fotões);
Os electrões podem comportar-se como partículas ou como ondas.
Electrões como ondas
Os electrões são ondas estacionarias. Aqui uma representação simplificada.
rn=na0
λn=2π na0
Ondas estacionarias
Na realidade, os electrões são objectos tridimensionais. Então como é que
são as ondas estacionarias em duas e três dimensões ?
Ondas estacionarias
Na realidade, os electrões são objectos tridimensionais. Então como é que
são as ondas estacionarias em duas e três dimensões ?
Como vibra um tambor?
(A,B):
A → Numero de
diâmetros nodais
B → Numero de
circunferências nodais
Ondas estacionarias
Formas mais complexas vão dar ondas estacionarias mais complexas
http://newt.phys.unsw.edu.au/jw/chladni.html
http://newt.phys.unsw.edu.au/jw/patterns1.html
Ondas estacionarias
Os orbitais atómicos
têm uma forma
complicada porque são
ondas estacionarias em
três dimensões.
Estas ondas são
interpretadas no âmbito
da Física quântica
como ondas de
probabilidade!
Princípio de incerteza de Heisenberg
A natureza a nível atómico tem aspectos que são longe do nosso quotidiano.
O Princípio de incerteza de Heisenberg é uma consequência da natureza
ondulatória das partículas.
O princípio se exprime com a fórmula:
h
Δ x Δ p≥
4π
Onde ∆x e ∆p são as incertezas sobre a posição e a quantidade de
movimento (p = mv). Este significa que não podemos conhecer
simultaneamente com precisão absoluta a posição e a quantidade de
movimento/velocidade de uma partícula. Esta incerteza é intrínseca! Não
depende das capacidade dos instrumentos de medida.
A física quântica
A física quântica revoluciona a nossa percepção da natureza.
As ideias de base são:
1. As partículas materiais são descritas por ondas.
2. Quando se efectua a observação/medição de uma grandeza física o estado
da onda que descreve as partículas altera-se
3. O resultado da medição está intrinsecamente afectado de uma incerteza
4. Ao valor de cada grandeza física está portanto associada uma
probabilidade de se obter um esse resultado. Essa probabilidade é dada pelo
quadrado da amplitude da função de onda alterada.