MODELO ATÔMICO: DO SIMPLES AO ELABORADO UMA TENTATIVA DE DESVENDAR OS MISTÉRIOS DA MATÉRIA

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1 MODELO ATÔMICO: DO SIMPLES AO ELABORADO UMA TENTATIVA DE DESVENDAR OS MISTÉRIOS DA MATÉRIA Leucipo Demócrito Epicuro (de a.c): a matéria seria constituída de átomos e espaços vazios; Aristóteles ( a.c.): a matéria seria contínua. Negava a existência de espaços vazios na matéria. As menores partículas seriam grãos de matéria, que exibiriam todas as suas propriedades. Por mais de 2000 anos prevaleceu a teoria aristotélica... Stahl, séc. XVIII: Flogistico, um outro elemento? Século XIX 1803 (?) : Dalton retomou a hipótese atômica para explicar as Leis Ponderais, o comportamento dos diversos gases da atmosfera e das misturas gasosas; 1833: Faraday estabelece uma relação entre a eletricidade e a idéia de partículas; Segunda metade do século: Willian Crookes desenvolve a ampola de raios catódicos.

2 1897: J. J. Thomson comprovou a natureza corpuscular dos raios catódicos e mediu não só a velocidade das partículas, mas também a relação entre sua carga e sua massa (Em 1911, Millikan determina a carga do elétron). 1900: A partir dos resultados de suas experiências, Thomson propõe um novo modelo para o átomo... Porém, antes do modelo atômico de Thomson, outros experimentos marcaram o final do século XIX e provocaram conseqüências profundas no século XX: a descoberta do raio X por Rötngen (1895), a descoberta e os estudos sobre a radioatividade realizados por Henri Becquerel (1896) e o casal Curie e a descoberta das radiações α, β e γ por Rutherford (1898);

3 Experimento I de Rutherford: PRIMEIRA METADE DO SÉCULO XX Experimento II de Rutherford (orientador): Resultado esperado: de acordo com os cálculos de Geiger e Marsden a partir dos conhecimentos já disponíveis sobre a força de interação coulombiana que ocorre entre partículas carregadas: Resultados reais obtidos:

4 Rutherford propõe um novo modelo atômico: O átomo é constituído por duas regiões: a eletrosfera e o núcleo; No núcleo estaria concentrada toda a massa do átomo. Esse núcleo seria ainda formado por prótons (de carga + e m = 1, ) e nêutrons (sem carga e m = 1,672x10-24 g). Esta última partícula foi verificada experimentalmente por Chadwick em 1932; A eletrosfera seria povoada por elétrons (de carga e m = g); Vamos fazer exercícios!

5 UNIVERSO ATÔMICO E SUAS PARTÍCULAS CONCEITOS IMPORTANTES ESTRUTURA BÁSICA Partículas básicas do núcleo e da eletrosfera Um átomo eletricamente neutro possui igual n de pr ótons e elétrons *Íons: átomo com n diferente de prótons e elétrons. Número atômico (Z) = n de prótons Número de massa (A): A = Z + n Representação simbólica: Exemplos: 1) Átomo eletricamente neutro: 2) Átomo eletricamente carregado:

6 Elemento químico e isótopos Elemento químico: conjunto de átomos de mesmo número atômico; Isótopos: átomos de mesmo Z, mas com A diferente; Qual seria então a massa do elemento químico Hidrogênio? Representação simbólica: Determinação da massa do elemento químico A massa atômica de um elemento químico é a média ponderada das massas atômicas de seus isótopos. MA E = x%.ma I x%ma In 100 Exemplo: MA N = 99, , MA N = 14,004 u

7 PRELÚDIO Aprimoramento do modelo de Rutherford: 1675: Newton faz experimentos com a decomposição da luz Espectro eletromagnético: Em um movimento ondulatório é possível identificar dois elementos principais: O comprimento de onda (λ) e a freqüência (ν) que mantêm a seguinte relação:

8 1859: Kircchhoff e Bunsen começam a estudar os espectros dos átomos;

9 PRELÚDIO Aprimoramento do modelo de Rutherford: Espectro eletromagnético 1900: Planck propôs que a radiação é emitida na forma descontínua, em minúsculas quantidades fixas, denominadas quanta. ε = hν MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD-BOHR Principais postulados: O elétron estaria em órbita circular em torno no núcleo; A energia do elétron estaria quantizada associada então a um nível de energia ou camada; O elétron estaria em estado estacionário de energia. Nessa condição, o átomo estaria no chamado estado fundamental (estado mínimo de energia); Ao receber energia, os elétrons realizariam saltos quânticos (a níveis mais energéticos). Retornando para sua posição original, o elétron devolveria a energia recebida sob a forma de ondas eletromagnéticas;

10 MODELO ATÔMICO DE RUTHERFORD-BOHR

11 LIMITAÇÕES DA MECÂNICA CLÁSSICA E O SURGIMENTO DA MECÂNICA ONDULATÓRIA (Quântica) 1 DUALIDADE ONDA-PARTÍCULA DA MATÉRIA Louis de Broglie (1924): sugeriu que assim como as ondas de luz tinham propriedades de partículas o inverso também deveria ser válido. De Broglie propôs que toda partícula está associada a um comprimento de onda λ, que poderia ser determinado pela seguinte equação: Em que h é a constante de Planck ( h = 6, x J.s) λ = h.m 1.ν 1 2 PRINCÍPIO DA INCERTEZA Heisenberg (1925): quando se deseja descrever a trajetória de uma partícula em movimento, deve-se determinar sua posição e velocidade. Para partículas macroscópicas isso é perfeitamente possível. No entanto, Heisenberg propôs um princípio que revela a significativa incerteza em se determinar a velocidade e posição (portanto, trajetória) de partículas atômicas (elétrons).

12 3 FUNÇÃO DE ONDA E OS ORBITAIS Schrödinger (1926): após a elucidação do caráter ondulatório do elétron, os esforços dos cientistas se direcionaram no sentido de adaptar o modelo de Bohr a esse conceito. Uma brilhante solução foi então encontrada por Erwin Schrödinger (contribuições posteriores de Paul Dirac). Utilizando a equação de De Broglie, Schrödinger deduziu uma equação de onda tridimensional para os elétrons. Calculando as soluções possíveis para essa equação e plotando em um gráfico, são obtidas as posições com probabilidade de conter o elétron. Essa região é então chamada de orbital: Possível região em que podem ser encontrados os 2 primeiros elétrons As soluções numéricas para essa equação, denominadas números quânticos (principal, secundário, magnético e spin), permitem que cada elétron seja caracterizado pela sua quantidade de energia.