Tabela Periódica dos elementos

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1 Tabela Periódica dos elementos 8 8 Alcalinos, um elétron livre na camada (pode ser facilmente removido), bons condutores Todos possuem subcamada fechada

2 ATENÇÃO 0 Ca (Z=0 A=40) tem camadas completas, mas não é nobre. Isso porque o 1 o estado excitado é um 3d e apresenta diferença de energia pequena fácil de excitar 0 Ca: 1s s p 6 3s 3p 6 4s

3 Energia de ionização Energia para ionizar o átomo (remover um elétron do átomo) Efeitos das camadas da estrutura atômica. Gases nobres Alcalinos, um elétron livre na camada (pode ser facilmente removido) 3

4 Energias de ionização 4

5 Raios atômicos Os metais alcalinos (Li,Na,K,Rb..- 1 e - na camada s) e os alcalinos terrosos (Be,Mg,Ca,Sr..- e - na camada s) possuem os maiores raios atômicos, aumento brusco depois de cada camada ou subcamada completada 5

6 A organização da tabela periódica reflete a distribuição dos e - nas camadas mais externas dos átomos. transição ótica Transições óticas No entanto, é importante lembrar que a teoria de camadas também governa as camadas internas dos átomos, onde os e- são muito mais ligados e as energias envolvidas mais intensas. Excitação Desexcitação transição R-X As transições eletrônicas de elétrons em camadas internas são acompanhadas de grande transferência de momento. Se um fóton é emitido, temos neste caso um raio-x com comprimento de onda (energia) caracterísitica de cada átomo.. Espectros de Raio-X 6

7 Transições óticas 7

8 Notação atômica l=1 e j=3/ Diagrama de Níveis de energia do Na (Z=11) 3p 3/ e 3p 1/ Interação spin-órbita, estados j=l-1/(e menor ) e j=l+1/( E maior ) E=0.00eV λ(nm) 11 Na: 1s s p 6 3s 1 caroço de Ne: 1s s p 6 spin total zero Um e - externo no nível 3s. E ionização = 5.14eV, E(1e - da camada p) = 31eV E(1e - da camada 1s) = 1041eV As energia dos fótons no espectro visível (λ=400 a 800nm) estão na Faixa de 1,5 a 3eV exclusivamente transições envolvendo o elétron externo spin dos estados excitados é ½, 1º estado excitado, o e - externo vai do nível 3s para 3p (dubleto amarelo do sódio) 3p( P 1/ ) 3s( S 1/ ) λ=589.6nm 3p( P 3/ ) 3s( S 1/ ) λ=588.9nm 8

9 Emissão de Raio-X Átomo Transição E 1 E no íon Um átomo pode ser excitado em um processo de colisão com partículas carregadas PIXE (Particle Induced X-ray Emission). Ausência do e - ausência de sua energia de ligação sistema com energia mais alta Como resultado temos a excitação de um estado iônico com energia E 1. Isso pode ser representado pela criação de uma vacância (ou buraco) em uma das camadas internas completas. Atenção: nesse caso, estamos assumindo que o e - tenha sido expulso do átomo, mas ele poderia ir para um estado ligado desocupado, acima da última camada. O que não pode acontecer é dele ir para um estado já ocupado por outro e - (Pauli). A desexcitação radiativa do sistema se dá quando um e - de uma camada de energia mais elevada ocupa o buraco e emite um fóton de energia hv = E 1 E, onde E é a energia do estado final. 9

10 Principais transições de dipolo para raios-x K α - transições de L K K β - transições de M K L α - transições de M L L β - transições de N L 10

11 Principais linhas de raios-x 11

12 Um espectro real. Canal 1

13 Cálculo das energias das transições A energia dos fotons envolvidos nestas transições de espectros caractetísticos de raio-x pode ser calculado: Linha K α (um e - da camada L (n=) preenche o buraco da camada K (n=1)). O elétron na camada L é parcialmente escondido do núcleo pelos outros elétrons da camada K, assim vê a carga nuclear como Z-1 (carga efetiva) n= n=1 E[ K α ] = ke a 0 ( Z 1) ke + a 0 ( Z 1) 1 = ke a 0 3( Z 1) 4 Para o Mo (Z=4) E [ K ] = ( kev ) α hc 1.4keV. A& λ[ K 0.73A& α ] = = = E[ K ] ( kev ) α Uma série de medidas experimentais realizadas em 1913 e 1914 por H.G. J. Moseley das transições K α de diferentes elementos confirmaram a validade da equação acima 13

14 Moseley, ( ) λ CZ a 14

15 A interação e - e - e o acoplamento de momentos angulares O potencial médio percebido pelos e - pode ser escrito como: Sabemos que a repulsão e - -e - não é pequena o suficiente para que possamos tratá-la como um efeito de segunda ordem. No entanto, podemos fazer uma aproximação central, da seguinte maneira: com e Notem que somamos e subtraímos uma mesma quantidade Essa média é feita selecionando-se 1 e - e fazendo uma média sobre todas as coordenadas das outras partículas e sobre todas as direções de r. Assim, V ee éa interação eletrostática residual, não central, considerada uma perturbação pequena (assim como V SL ). 15

16 A importância relativa desses efeitos depende do tipo de átomo na tabela periódica. V SL é pequeno para Z baixo, mas aumenta muito com Z. Assim, para Z baixo, V ee predomina, enquanto que V SL > V ee para Z alto. Tratemos primeiro V ee : os momentos angulares individuais não se conservam, por conta das componentes não centrais das interações entre os e -. Mas, como o átomo é um sistema isolado: L total se conserva. As interações também não afetam os spins dos e -, assim o spin total também se conserva: Dessa forma, podemos especificar os estados atômicos por números quânticos associados ao momento angular total e de spin total do átomo: e e com: A conservação de L e S é reflexo de uma simetria rotacional, o que implica que as energias podem depender de l e s, mas não de m l ou m s. Então podemos introduzir o momento angular total, que também se conserva: com autovalores: p/ p/ e e 16