DIAGRAMA DAS DIAGONAIS. Bohr Sommerfeld Madelung Linus Pauling Diagrama Distribuição eletrônica

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2 DIAGRAMA DAS DIAGONAIS PROF. TIAGO QUICK Bohr Sommerfeld Madelung Linus Pauling Diagrama Distribuição eletrônica

3 CAMADAS ELETRÔNICAS & NÍVEIS ENERGÉTICOS Consequências do Modelo Atômico de Bohr (camadas eletrônicas e níveis de energia) e contribuições de Sommerfeld (subníveis de energia) Camada Eletrônica K L M N O P Q Nível Energético N máximo de Elétrons

4 O QUE É O DIAGRAMA DAS DIAGONAIS: O Diagrama de Distribuição Eletrônica ou Diagrama das Diagonais consiste num modelo que auxilia na configuração dos elétrons dos átomos e dos íons através de subníveis de energia. Este método é usado na Química para determinar algumas características dos átomos. Também conhecido como Diagrama de Linus Pauling, O Princípio de Aufbau, do cientista alemão Erwin Madelung, ajuda a traçar algumas propriedades dos átomos, como o número de camadas preenchidas por elétrons e o número de camadas de elétrons que o átomo possui, por exemplo.

5 O QUE É O DIAGRAMA DAS DIAGONAIS: O cientista americano vencedor de dois prêmios Nobel, Linus C. Pauling ( ) é o responsável por desenvolver esta teoria, baseado no princípio da construção (Aufbau em alemão), considerada uma das que melhor explica a distribuição eletrônica ao redor dos átomos. Como se sabe, a tabela periódica organiza os elementos químicos a partir do número atômico em ordem crescente. O Diagrama das diagonais, em conjunto com a tabela periódica, ajuda a fornecer informações sobre os átomos que formam esses elementos. O diagrama se baseia nos subníveis de energia do átomo para organizar os elétrons. Estes são dispostos a partir do de menor para o de maior energia, quando o átomo se encontra no seu estado fundamental.

6 DIAGRAMA DAS DIAGONAIS A eletrosfera dos átomos é formada por 7 (sete) camadas eletrônicas, representadas pelas letras: K, L, M, N, O, P e Q. Cada camada permite um número máximo de elétrons: Camadas Eletrônicas Níveis Energéticos N.º Máximo de Elétrons Subníveis de Energia K 1 2 e - 1s 2 L 2 8 e - 2s 2 2p 6 M 3 18 e - 3s 2 3p 6 3d 10 N 4 32 e - 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 O 5 32 e - 5s 2 5p 6 5d 10 5f 14 P 6 18 e - 6s 2 6p 6 6d 10 Q 7 8 e - 7s 2 7p 6

7 DIAGRAMA DAS DIAGONAIS Nota-se que a camada K apresenta apenas um subnível (s), que permite a existência de até 2 elétrons. A camada L tem dois subnível (s e p), sendo que p comporta até 6 elétrons. Ainda existem os subníveis d (com até 10 elétrons) e f (com 14 elétrons, no máximo). Subnível s = sharp (nítido) p = principal (principal) d = diffuse (difuso) f = fundamental (fundamental) Nº de Elétrons por Subnível até 2 elétrons até 6 elétrons até 10 elétrons até 14 elétrons

8 DIAGRAMA DAS DIAGONAIS Assim, a partir deste esquema, Pauling organizou os elétrons seguindo uma ordem crescente de energia nos diferentes subníveis. Usando setas diagonais, encontra-se a seguinte sequência (energética) no Diagrama de Linus Pauling: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 14 6d 10 7p 6.

9 DIAGRAMA DAS DIAGONAIS

10 DIAGRAMA DAS DIAGONAIS (CONCEITOS INICIAIS)

11 CAMADAS, NÍVEIS, SUBNÍVEIS & ORBITAIS

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13 Nível Energético ou Camada Eletrônica DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA Para realizar a distribuição eletrônica, usamos o número atômico do átomo, que é identificado pelo seu número atômico (Z). Para isso usamos também o diagrama das diagonais. 1s 2 N Máximo de Eletrons Subnível Energético Exemplo: 3Li = 1s 2 2s 1 10Ne = 1s 2 2s 2 2p 6 11Na = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 26Fe = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6

14 CAMADA DE VALÊNCIA A camada de valência é a última camada ocupada por elétrons. Ela pode ser identificada pelo maior nível energético presente na distribuição eletrônica de um átomo Exemplo: 3Li = 1s 2 2s 1 10Ne = 1s 2 2s 2 2p 6 11Na = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 26Fe = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Camada de Valência

15 SUBNÍVEL MAIS ENERGÉTICO O subnível mais energético é identificado pelo último subnível escrito numa distribuição eletrônica de um átomo Exemplo: 3Li = 1s 2 2s 1 10Ne = 1s 2 2s 2 2p 6 11Na = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 26Fe = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Subnível mais energético

16 CAMADA DE VALÊNCIA X SUBNÍVEL MAIS ENERGÉTICO Nem sempre há uma coincidência entre a camada de valência e o subnível mais energético. Usando a identificação para cada um deles, temos o que é mostrado abaixo: Camada de Valência Exemplo: 3Li = 1s 2 2s 1 10Ne = 1s 2 2s 2 2p 6 11Na = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 26Fe = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Subnível mais energético

17 EXERCÍCIOS 1. Identifique a CAMADA DE VALÊNCIA de cada elemento químico a seguir: a) 3Li 7 b) 11Na 23 c) 19K 39 d) 12Mg 24 e) 8O 16 f) 9F 19 g) 17Cl 35 h) 20Ca 40 i) 6C 12 j) 7N 14 k) 35Br 80 l) 13Al 27 m) 16S 32

18 EXERCÍCIOS 1. Identifique o SUBNÍVEL MAIS ENERGÉTICO de cada elemento químico a seguir: a) 3Li 7 b) 11Na 23 c) 19K 39 d) 12Mg 24 e) 8O 16 f) 9F 19 g) 17Cl 35 h) 20Ca 40 i) 6C 12 j) 7N 14 k) 35Br 80 l) 13Al 27 m) 16S 32

19 DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA Distribuição Eletrônica por níveis e subníveis 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Distribuição eletrônica por camadas eletrônicas K = 2; L= 8; M= 14; N = 2

20 ORDEM ENERGÉTICA E ORDEM GEOMÉTRICA Exemplos: Distribuição Eletrônica por níveis e subníveis 26 Fe =1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Distribuição eletrônica por camadas 26 Fe - K = 2; L= 8; M= 14; N = 2. 26Fe = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Ordem Energética 26Fe = 1s 2 / 2s 2 2p 6 / 3s 2 3p 6 3d 6 / 4s 2 Ordem Geométrica K L M N Camadas Eletrônicas

21 EXERCÍCIOS 1. Realize a distribuição eletrônica POR NÍVEIS E SUBNÍVEIS dos elementos a seguir: a) 3Li 7 b) 11Na 23 c) 19K 39 d) 12Mg 24 e) 8O 16 f) 9F 19 g) 17Cl 35 h) 20Ca 40 i) 6C 12 j) 7N 14 k) 35Br 80 l) 13Al 27 m) 16S 32

22 EXERCÍCIOS 1. Realize a distribuição eletrônica pela ORDEM GEOMÉTRICA dos elementos a seguir: a) 3Li 7 h) 20Ca 40 b) 11Na 23 c) 19K 39 d) 12Mg 24 e) 8O 16 f) 9F 19 g) 17Cl 35 i) 6C 12 j) 7N 14 k) 35Br 80 l) 13Al 27 m) 16S 32

23 EXERCÍCIOS 1. Realize a distribuição eletrônica POR CAMADAS dos elementos a seguir: a) 3Li 7 b) 11Na 23 c) 19K 39 d) 12Mg 24 e) 8O 16 f) 9F 19 g) 17Cl 35 h) 20Ca 40 i) 6C 12 j) 7N 14 k) 35Br 80 l) 13Al 27 m) 16S 32

24 NÚMEROS QUÂNTICOS PROF. TIAGO QUICK De Broglie Heisenberg Schrödinger Números quânticos: Primário, Secundário, Magnético, Spin Orbitais

25 CONCEITOS INICIAIS Louis De Broglie O elétron se comporta ora como partícula, ora como onda, dependendo do tipo de experimento. Se a luz apresenta natureza dual, uma partícula também apresenta propriedades ondulatórias A todo elétron em movimento está associada uma onda característica

26 CONCEITOS INICIAIS Werner Heisenberg PRINCÍPIO DA INCERTEZA: Quanto maior for a precisão da medida da posição do elétron, menor será a precisão na medida de sua velocidade e vice-versa Não é possível calcular a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante

27 CONCEITOS INICIAIS Erwin Schrödinger Propôs um experimento para comprovar o princípio da incerteza, que ficou conhecido como o gato de Schrödinger

28 CONCEITOS INICIAIS Erwin Schrödinger O QUE É O EXPERIMENTO DO GATO DE SCHRÖDINGER? É uma experiência mental, frequentemente descrita como um paradoxo, desenvolvida pelo físico austríaco Erwin Schrödinger, em A experiência procura ilustrar a interpretação de Copenhague da mecânica quântica, imaginando-a aplicada a objetos do dia-a-dia. No exemplo, há um gato encerrado em uma caixa, de forma a não estar apenas vivo ou apenas morto, mas sim "vivomorto". Por sua vida supostamente atrelar-se a um evento aleatório - usualmente o decaimento radioativo - um gato "vivomorto" surgiria como reflexo de um estado físico atípico ao senso comum mas presente em sistemas quânticos: o estado emaranhado. Em termos técnicos, o estado "vivomorto" (claramente distinto do estado vivo e distinto do estado morto) compõe-se pelo emaranhamento desses dois estados e constitui de fato, segundo o que se busca elucidar, a situação do gato no experimento, ao menos enquanto o sistema permanecer fechado, sem ser observado.

29 CONCEITOS INICIAIS A interpretação de Copenhague é a interpretação mais comum da Mecânica Quântica e foi desenvolvida por Niels Bohr e Werner Heisenberg que trabalhavam juntos em Copenhague em Pode ser condensada em três teses: As previsões probabilísticas feitas pela mecânica quântica são irredutíveis no sentido em que não são um mero reflexo da falta de conhecimento de hipotéticas variáveis escondidas. No lançamento de dados, usamos probabilidades para prever o resultado porque não possuímos informação suficiente apesar de acreditarmos que o processo é determinístico. As probabilidades são utilizadas para completar o nosso conhecimento. A interpretação de Copenhague defende que em Mecânica Quântica, os resultados são indeterminísticos. A Física é a ciência dos resultados de processos de medida. Não faz sentido especular para além daquilo que pode ser medido. A interpretação de Copenhaga considera sem sentido perguntas como "onde estava a partícula antes de a sua posição ter sido medida?". O ato de observar provoca o colapso da função de onda, o que significa que, embora antes da medição o estado do sistema permitisse muitas possibilidades, apenas uma delas foi escolhida aleatoriamente pelo processo de medição, e a função de onda modifica-se instantaneamente para refletir essa escolha.

30 CONCEITOS INICIAIS A complexidade da mecânica quântica (tese 1) foi atacada pela experiência (imaginária) de Einstein-Podolsky-Rosen, que pretendia mostrar que têm que existir variáveis escondidas para evitar "efeitos não locais e instantâneos à distância". A desigualdade de Bell sobre os resultados de uma tal experiência foi derivada do pressuposto de que existem variáveis escondidas e não existem "efeitos não-locais". Em 1982, Alain Aspect levou a cabo a experiência e descobriu que a desigualdade de Bell era violada, rejeitando interpretações que postulavam variáveis escondidas e efeitos locais. Esta experiência foi alvo de várias críticas e novas experiências realizadas por Weihs e Rowe confirmaram os resultados de Aspect. Muitos físicos e filósofos notáveis têm criticado a interpretação de Copenhague, com base quer no fato de não ser determinista quer no fato de propor que a realidade é criada por um processo de observação não físico. As frases de Einstein "Deus não joga aos dados" e "Pensas mesmo que a Lua não está lá quando não estás a olhar para ela?" ilustram a posição dos críticos. A experiência do Gato de Schroedinger foi proposta para mostrar que a Interpretação de Copenhague é absurda. A alternativa principal à Interpretação de Copenhague é a Interpretação de Everett dos mundos paralelos.

31 CONFERÊNCIA DE SOLVAY

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33 ORBITAL É a região do espaço ao redor do núcleo onde é máxima a probabilidade de encontrar um determinado elétron

34 ORBITAIS

35 O QUE SÃO NÚMEROS QUÂNTICOS? Como não é intuito discutir a evolução dos modelos atômicos neste momento, bastanos reconhecer que os números quânticos são conceitos fundamentais evidenciados pelo modelo atômico de Schrödinger. A teoria do modelo atômico de Schrödinger é aceita atualmente e assume a existência de números quânticos conhecidos (s, p, d, f) e também teóricos (g, h, i...), pautando-se em quatro características oriundas da Mecânica Quântica.

36 NÚMEROS QUÂNTICOS Principal (n) corresponde ao nível energético em que o elétron está localizado Pode variar de 1 a 7 Secundário ou Azimutal (l) corresponde ao subnível ocupado pelo referido elétron Pode variar de 0 até 3 (relacionado ao subnível energético)

37 NÚMEROS QUÂNTICOS Magnético (m ou m l ) identifica o orbital ocupado pelo elétron mais energético Pode variar de -3 a +3 (-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3)

38 NÚMEROS QUÂNTICOS Spin (s ou m s ) indica o sentido de rotação do elétron (convencionado) Pode ter os valores +½ ou -½

39 REGRA DE HUND A Regra de Hund ou Princípio da Máxima Multiplicidade foi desenvolvida pelo físico alemão Friedrich Hermann Hund, mostra que, quanto maior o número de elétrons com spin paralelos num orbital incompleto, menor será a energia. Em um mesmo subnível, inicialmente, todos os orbitais recebem seu primeiro elétron e somente depois cada orbital recebe o seu segundo elétron

40 PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI O princípio de exclusão de Pauli é um princípio da mecânica quântica formulado por Wolfgang Pauli em Para elétrons de um mesmo átomo, ele implica que dois elétrons não podem ter os mesmos quatro números quânticos. Por exemplo, se os números quânticos n, l e m são iguais nos dois elétrons, estes deverão necessariamente ter os números de spin diferentes, e portanto os dois elétrons têm spins opostos. Exemplo: Um orbital comporta no máximo dois elétrons, com spins contrários 1s 2 2s 2 2p 2 e 1s 2 2s 2 2p 5 n = 2 n = 2 l = 1 l = 1 m = 0 m = 0 s = -1/2 s = +1/2

41 REPRESENTAÇÃO DOS ORBITAIS

42 EXERCÍCIOS 1. Escreva os quatro NÚMEROS QUÂNTICOS do último elétron de cada elemento químico a seguir. Não esqueça de desenhar a representação dos orbitais: a) 3Li 7 b) 11Na 23 c) 19K 39 d) 12Mg 24 e) 8O 16 f) 9F 19 g) 17Cl 35 h) 20Ca 40 i) 6C 12 j) 7N 14 k) 35Br 80 l) 13Al 27 m) 16S 32

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