Universidade Federal do Tocantins

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1 Universidade Federal do Tocantins Modelos atômicos: Introdução Prof. Dr. Edenilson dos Santos Niculau Blog: profedenilsonniculau.wordpress.com

2 2 Sumário MODELOS ATÔMICOS Estrutura atômica Teoria atômica de Dalton A descoberta do elétron A descoberta do núcleo A teoria atômica de Thomson A teoria atômica de Rutherford A estrutura atômica na visão moderna As partículas subatômicas Símbolos atômicos, isótopos, números de massa Natureza ondulatória da luz Energia quantizada e fótons Objetos quentes e quantização da energia ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS E PERIODICIDADE QUÍMICA Espectro de linhas e o modelo de Bohr Espectro de linhas Espectro de hidrogênio Espectro contínuo e descontínuo

3 3 Estrutura atômica O átomo na visão de Dalton Os átomos são os componentes básicos da matéria. Eles são as menores partes de um elemento quemantém a identidade química desse elemento.

4 4 Estrutura atômica A teoria atômica de Dalton 1. Cada elemento é composto de partes extremamente pequena chamadas átomos. 2. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos; os átomos de diferentes elementos são diferentes e têm diferentes propriedades (e também diferentes massas. 3. Os átomos de um elemento não se convertem em diferentes tipos de átomos por meio de reações químicas; os átomos não são criados nem destruídos nas reações químicas. 4. Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam; um determinado compostos tem sempre o mesmo número relativo dos mesmos tipos de átomos.

5 Estrutura atômica Lei de Dalton das proporções múltiplas (1808): Se dois elementos, A e B, se combinam para formar mais de um composto, as massas de B que podem se combinar com as de A estão na proporção de números inteiros pequenos. 5

6 Estrutura atômica 6 Lei de Dalton das proporções múltiplas (1808): Se dois elementos, A e B, se combinam para formar mais de um composto, as massas de B que podem se combinar com as de A estão na proporção de números inteiros pequenos. Exemplo:

7 7 A descoberta do elétron Estrutura atômica Os gregos antigos foram os primeiros a postular que a matéria é constituída de elementos indivisíveis. Mais tarde, os cientistas constataram que o átomo era constituído de entidades carregadas. Raios catódicos e elétrons Um tubo de raios catódicos (CRT) é um recipiente profundo com um eletrodo em cada extremidade. J. J. Thomson Uma voltagem alta é aplicada através dos eletrodos. A razão carga-massa foi determinada.

8 8 A descoberta do elétron Estrutura atômica Raios catódicos e elétrons

9 9 Massa do elétron Estrutura atômica Experimento da gota de óleo de Millikan ( ): Determinou a carga do elétron: 1,6 x10-19 C. Carga-massa de Thomson: 1,76 x 10 8 C/g. Massa do elétron 9,1 x g.

10 Estrutura atômica 10 Radioatividade Experimento de Ernest Rutherford vídeo

11 Estrutura atômica 11 O átomo na visão de Thomson Pela separação da radiação, conclui-se que o átomo consiste de entidades neutras e carregadas negativa e positivamente. Thomson supôs que todas essas espécies carregadas eram encontradas em uma esfera Modelo pudim de ameixa

12 Estrutura atômica O átomo com núcleo na visão de Rutherford A maioria das partículas α passaram diretamente através da chapa, sem desviar. Algumas partículas α foram desviadas com ângulos grandes. Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado de Rutherford seria impossível. vídeo 12

13 13 Estrutura atômica O átomo com núcleo na visão de Rutherford o átomo é esférico, mas a carga positiva deve estar localizada no centro, com uma carga negativa difusa em torno dele. O átomo consiste de entidades neutras, positivas e negativas (prótons, elétrons e nêutrons). Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é pequeno. A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo. -Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo número de prótons. Os isótopos têm o mesmo número de prótons, mas números diferentes de nêutrons. Os elétrons estão localizados fora do núcleo. Grande parte do volume do átomo se deve aos elétrons.

14 A estrutura atômica na visão moderna 14

15 A estrutura atômica na visão moderna 15 As partículas subatômicas Name(Symbol) Charge Relative Absolute(C)* Relative(amu) Mass Absolute(g) Location in the Atom Proton (p + ) x x10-24 Nucleus Neutron (n 0 ) x10-24 Nucleus Electron (e - ) x x10-28 Outside Nucleus

16 A estrutura atômica na visão moderna 16 Símbolos atômicos, isótopos, números de massa A Z J The Symbol of the Atom or Isotope J = Atomic symbol of the element A = mass number; A = Z + N Z = atomic number (the number of protons in the nucleus) N = number of neutrons in the nucleus Isotope = atoms of an element with the same number of protons, but a different number of neutrons

17 17 ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS Natureza ondulatória da luz = c = v c velocidade da luz = 2,998 x 10 8 m.s -1 onde: (lambda) comp. onda (ni) frequência (s -1 = Hz) c velocidade da luz

18 Energia quantizada e fótons 18 Objetos quentes e quantização da energia Planck: a energia só pode ser liberada (ou absorvida) por átomos em certos pedaços de tamanhos mínimos, chamados quantum. A relação entre a energia e a frequência é E h onde h é a constante de Planck (6,626 x J s).

19 Espectro de linhas e o modelo de Bohr A radiação composta por um único comprimento de onda é chamada de monocromática. A radiação que se varre uma matriz completa de diferentes comprimentos de onda é chamada de contínua. A luz branca pode ser separada em um espectro contínuo de cores. 19

20 Espectro de linhas e o modelo de Bohr Luz solar espectro contínuo Arco-íris Quando a luz solar passa através de uma prisma (água), a luz é separada por comprimento de onda. Obs: nem toda fonte de luz é contínua vídeo (TC) Espectro de sódio é descontínuo 20

21 Espectro de linhas e o modelo de Bohr As cores de gases excitados surgem devido ao movimento dos elétrons entre os estados de energia no átomo Espectro no infravermelho, visível e ultravioleta Espectro de linhas do átomo de hidrogênio Equação de Balmer Equação de Rydberg 21

22 Espectro de linhas Espectro de linhas e o modelo de Bohr Equação de Rydberg n 1 = 1, 2,..., n 2 = n 1 + 1, n 1 + 2,... 1 n n 3.29x Hz Espectro de hidrogênio Series de Balmer visível Series Lyman UV Séries de Balmer: n 1 = 2 (n 2 = 3, 4,...) - Séries de Lyman: n 1 = 1 (n 2 = 2, 3,...) 22

23 23 Exercício Exemplo 1.7 Atkins 3 ed. Página 130. Calcule o comprimento de onda da radiação emitida por um átomo de hidrogênio na transição de um elétron entre os níveis n 2 = 3 e n 1 = 2. Identifique na Figura b (slide anterior) a linha espectral produzida por essa transição.

24 Referências sugeridas para o aluno ATKINS, P.; JONES, J. Princípios de Química. Tradução de Ricardo Bicca de Alencastro. 3. ed. Porto Alegre: BOOKMAN, p. 2. BROWN, T. L.; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J. R. Química : A ciência central. Tradução de Robson Mendes Matos. 9. ed. São Paulo : Person Prentice Hall, 2005.