A evolução dos modelos atômicos:

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1 Foca na Mdicina Química Matial do Aluno Pofssos: Jffson Silva Robto Mazzi A volução dos modlos atômicos: CIENTISTA MODELO PROPOSTO BASE RAZÃO DO ABANDONO Jon Dalton Patículas maciças, indivisívis indstutívis. Li da consvação das massas Li das popoçõs dfinidas. Dscobta das patículas lmntas da adioatividad: o átomo é divisívl. J. J. Tomson Esfa positiva não maciça lticamnt nuta dvido às cagas ngativas spaladas po sua xtnsão: modlo do pudim d passas. Dscobta dos létons (xpiência com Ampola d Cooks - aios catódicos) da adioatividad. Rsultado Expiência Rutfod. da d Rutfod Sistma Plantáio: núclo cntal positivo, pquno dnso, com létons giando ao do, como plantas m tono do Sol. Bombadamnto d uma lâmina muito fina d ouo com patículas alfa. Ao s faz incidi um fix d aios catódicos sob o gás idogênio oco uma missão d Bo Os létons movimntam-s ao do do núclo m óbitas pmitidas sm gana ou pd luz ngia. dscontínuo). (spcto A ngia tansfida é múltipla d um valo mínimo camado QUANTUM. Li da Física Clássica: um léton m movimnto cicula unifom pdá ngia até cai sob o núclo. Ea aplicávl somnt ao átomo d idogênio. Sommfild Extnsão do modlo d Rutfod/Bo incluindo óbitas lípticas d difnts xcnticidads (subnívis d ngia). Espctos d missão d átomos mais complxos qu o idogênio. Os nívis subnívis d ngia foam ampliados apfiçoados po outos cintistas ainda oj são studados.

2 Postulados d Bo: Os létons s movm ao do d um núclo, cntal pquno positivo, m um númo limitado d óbitas (qu vaia paa cada lmnto) bm dfinidas camadas óbitas stacionáias; Cada óbita possui uma quantidad fixa d ngia; Movndo-s numa óbita stacionáia o léton não absov nm mit ngia spontanamnt; Ao salta d uma óbita paa outa o léton absov ou mit uma quantidad bm dfinida d ngia camada quantum d ngia. Tópicos impotants: Dscobta das patículas lmntas (létons, pótons nêutons); Expiência d Rutfod. Evolução: Dalton Tomson Rutfod / Bo Dscobta das Patículas subatômicas: Dscobta do léton: m 1875, Willian Cooks fazndo passa uma cont lética atavés d um gás a baixa pssão, confinado m um tubo, dnominado d Ampola d Cooks, obsvou fluoscência svdada na pad do tubo oposta ao catodo (ltodo ngativo). Obsvaçõs fitas a spito da fluoscência: a) Indpnd do gás confinado no tubo;

3 b) Foi postiomnt batizada d fix d aios catódicos (patm do ltodo ngativo); c) Apsnta caga (são dsviadas pla ação d um campo lético) ssa caga é ngativa, pois o fix diig-s m dição ao ltodo positivo; d) Possui massa, pois o fix é capaz d movimnta um pquno moino adaptado ao tubo; ) Popaga-s m lina ta, pois pojta somba d qualqu antpao na pad oposta. Uma aplicação bastant comum paa a Ampola d Cooks é o tubo d imagm d uma tlvisão. A figua ao lado mosta, squmaticamnt, o funcionamnto d um tubo d imagm.

4 Dscobta do póton: Em 1886, Eugn Goldstin modificou a ampola d Cooks utilizou um cátodo pfuado, vificando o sugimnto d aios oiundos dos oifícios do cátodo (létodo ngativo) diigindo-s paa a pad oposta. Ess fix foi dnominado d fix d aios canais (ou fix d aios anódicos). O fix d aios canais é oiginado plos coqus do fix d aios catódicos (caga ngativa) com moléculas do gás sidual. Esss coqus aancam um ou mais létons das moléculas do gás, gando íons d caga positiva são aclados pla difnça d potncial. Alguns íons, dvido à sua alta vlocidad, consgum atavssa os canais (oifícios) no cátodo poduzm fluoscência no lado oposto do tubo. Dscobta do nêuton: Em 19, Cadwick ao dtmina os valos dos dsvios das patículas alfa (vid Expiência d Rutfod) constatou qu a massa dos pótons contidos no núclo cospondia a mtad da massa do msmo. Concluiu ntão qu o núclo dvia cont outa patícula sm caga com massa apoximadamnt igual do póton. A pvisão foi confimada com a ajuda da adioatividad, atavés da ação: B C n. 4 6 Expiência d Rutfod: A Expiência alizada po Enst Rutfod consistiu no bombadamnto d uma fina plícula d ouo po patículas alfa ( - núclo do átomo d Hélio: dois pótons dois nêutons).

5 Obsvaçõs: Conclusõs: Uma pquna pat das patículas qu bombadiam a plícula d ouo sof um dsvio maio qu 9 o ou até msmo um tocsso m sua tajtóia. O átomo possui uma gião pquna, dnsa maciça. Uma pat das patículas sof um dsvio mno qu 9 o m sua tajtóia. A maioia das patículas atavssa a lâmina sm sof dsvio. Essa gião pquna dnsa é lticamnt positiva, pois pl as patículas qu passam plas poximidads. Paa mant a nutalidad da matéia, xist uma gião qu concnta caga ngativa. Tal gião é bm maio, poém mnos dnsa. Ampliando: Modlo atômico d Rutfod: matéia dscontínua (fomada po pdaços - átomos). Pova: xpiência d Rutfod com bombadamnto d uma plícula d ouo po patículas alfa (). Átomo fomado po núclo ltosfa. O núclo concnta a massa do átomo tm patículas positivas (pótons - p) nutas (nêutons - n) no su intio. Já a ltosfa fica na pifia do núclo contém patículas ngativas (létons - ). Postulados d Bo: Sgundo o modlo poposto po Rutfod/Bo, os létons staiam s movndo ao do do núclo. Como o núclo contém patículas positivas os létons apsntam cagas ngativas, avia um colapso os létons s moviam m dição ao núclo. Paa isso Bo popôs os sguints postulados:

6 1- Os létons s movm ao do d um núclo, cntal pquno positivo, m um númo limitado d óbitas (qu vaia paa cada lmnto) bm dfinidas camadas óbitas stacionáias; - Cada óbita possui uma quantidad fixa d ngia; 3- Movndo-s numa óbita stacionáia o léton não absov nm mit ngia spontanamnt; 4- Ao salta d uma óbita paa outa o léton absov ou mit uma quantidad bm dfinida d ngia camada quantum d ngia. Obsvaçõs sob distibuição ltônica númos quânticos: O númo d obitais d cada subnívl pod s dtminado atavés da lação l + 1, ond l psnta o númo quântico scundáio; Rga n + l : sá pncido pimio (apsntaá mno ngia) o subnívl qu apsnta mno soma n + l, ond n = n quântico pincipal l = n quântico scundáio. Em caso d mpat na soma, sá pncido pimio o subnívl qu apsnta mno n ; Matiais DIAMAGNÉTICOS: átomos contém apnas létons mpalados o matial é ligiamnt plido po um campo magnético; Matiais PARAMAGNÉTICOS: átomos apsntam létons dsmpalados o matial é ataído po um campo magnético; Matiais FERROMAGNÉTICOS: maio númo d létons dsmpalados.

7 Obs: popidads magnéticas mais acntuadas quanto maio fo o númo d létons dsmpalados. Apofundando: toia quântica (física clássica é inadquada paa dscv o qu oco m scala atômica) Radiação libada po copos qunts (Planck); Emissão d létons d mtais xpostos à luz (Einstin); Modlo matmático paa o átomo d Hidogênio (Bo). Pincípios da Mcânica Clássica: A qualqu instant qu uma patícula cagada sofa uma aclação, dv miti ngia adiant; Implicação: o léton pdia ngia, diminuiia sua vlocidad o aio da óbita diminuiia. Bo: ao sofm altaçõs d ngia, os létons são capazs d miti adiação d compimnto d onda do spcto visívl (luz). Radiação Eltomagnética apsnta popidads smlants as d patículas. Planck: fquência E fóton n f, n = númo intio; = constant d Planck; f = Einstin: Estudo do fito foto lético (fix d adiação ltomagnética luz é capaz d aanca létons da supfíci d um mtal). Tomas Edison: Escapamnto d létons d um filamnto aqucido, quando am submtidos a um campo lético atativo (missão tmiônica). A cont lética é gada aquc o filamnto. A luz funciona como um fix d patículas (fótons) qu cagam uma quantidad bm dfinida d ngia (quantum). Fóton: Vlocidad c ngia E f.

8 O fóton colid com o léton, tansfindo sua ngia paa l. o Engia mínima qu o léton ncssita absov paa scapa da capa mtálica d uma célula fotolética: E = função tabalo. o Fquência mínima ncssáia à luz paa qu ocoa a missão dos létons: f = fquência d cot. o Logo: f E. Efito fotolético: Eléton cb f d ngia d um fóton gasta f paa scapa da placa mtálica. Engia Cinética Máxima adquiida po um léton: f f E Máx C (Equação Fotolética d Einstin). Momnto Angula d um léton: n v m L (Postulado d Bo); Radiação mitida/absovida po um léton: c f E E i f ; Núclo: Z pótons, logo a caga nucla sá Z ; Eléton: caga massa m; v m Z F F Cntípta lética 4 1 ; m Z v 4 Engia Cinética do Eléton na óbita d Bo: Z v m E C Engia Potncial: Z E Z V E P P ) ( Engia Total: Z E E E E T P C T n m Z n m Z m n m Z m n v m L

9 E T Z 8 n Z m E T 4 Z m 1 8 n 4 mz 1 1 ET ET ET f f i 8 ni n f Dsnvolvndo Comptências 1. (UERJ 3) O xpimnto clássico d Rutfod lvou à dscobta do núclo atômico abiu um novo capítulo no studo da Estutua da Matéia, ao faz incidi um fix d patículas sob um alvo fixo no laboatóio. As patículas dsviadas am obsvadas com dtctos d matial cintilant. Expimntos dss tipo são ainda alizados oj m dia. A xpiência d Rutfod mostou qu, ao atavssa uma lâmina dlgada d ouo, uma m cada 1 5 patículas alfa é dsviada d um ângulo médio supio a 9º.Considando qu a lâmina d ouo possui 1 3 camadas d átomos laboando a ipóts d qu st dsvio s dv à colisão d patículas alfa com um único núclo atômico, Rutfod foi capaz d stima a odm d gandza do núclo. S o aio do átomo é da odm d 1 8 cm, o aio do núclo, m cm, é da odm d: a) 1-1 b) 1-1 c) 1-9 d) 1-5. (IME) No modlo atômico poposto po Nils Bo, paa o átomo d idogênio afimava-s qu: I- o léton pcoia uma óbita cicula, concêntica com o núclo; II- a foça coulômbica d atação, nt léton núclo, a compnsada pla foça cntífuga dvida ao movimnto do léton, qu; III- o momnto angula do léton a um múltiplo d /, ond psnta a constant d Planck, cgando-s, potanto, à fómula: mv = n./, ond: m = massa do léton; v = vlocidad do léton; = aio da óbita do léton;

10 n = númo intio positivo. Com bas nos dados acima, obtna uma xpssão paa o valo do aio do átomo d idogênio, m função d m, n, da caga lética do léton (q), sgundo o modlo d Bo. Dado: K = 1 4πε 3. (UFRJ) As tlas d tlvisão plana d tlfons clulas usavam como visos os camados OLED, qu são quivalnts a "micolâmpadas" coloidas, fomadas po camadas d compostos mtalogânicos dpositadas nt dois ltodos. Um dos mtais mais utilizados como misso d fótons é o alumínio, ligado a um composto ogânico, a quinolina [Al (quinolina)3]. Em sistmas smlants, podia-s vaia a co da luz mitida substituindo-s o alumínio po outo mtal d msma valência. a) Indiqu, nt os íons a sgui, qual podia substitui o cátion alumínio (Al 3+ ) nsss sistmas? K +, Ca +, Sc +, Ti 4+, V 5+, Mn 4+, F 3+, Co +, Ni + Cu +. b) O diagama d ngia (figua 1) f-s ao OLED d [Al (quinolina)3]. Com bas no diagama d ngia fnt ao OLED d [Al (quinolina)3] utilizando o gáfico d convsão a scala d cos (figua ), pgunta-s: Qual modlo atômico sv como bas paa o fato dscito na qustão? Qual é o compimnto d onda a co da luz mitida plo OLED d [Al (quinolina)3]?

11 4. Os íons AY4 3-, BY4 - CY4 - São isoltônicos com 5 létons cada um. O númo atômico d A é 15, A C são isótonos com 16 nêutons cada. AY4 3- possui 48 nêutons. Rpsnt os átomos A, B, C Y, sabndo-s qu a soma d sus númos d massa é Uma das pguntas qu studants d Química do nsino médio fazm com fquência é: "Qual o modlo d átomo qu dvo studa?" Uma boa sposta podia s. "Dpnd paa qu os átomos modlados vão s usados dpois..."

12 Constuímos modlos na busca d facilita nossas intaçõs com os nts modlados. É po mio d modlos, nas mais difnts situaçõs, qu podmos faz infências pvisõs d popidads. Povávis modlos d átomos In: Química Nova na Escola, n 3, maio 1996 (com adaptaçõs). Julgu os itns a sgui, a spito d modlos atômicos. I- O modlo atômico qu xplica a dilatação d uma baa mtálica vla qu la oco poqu á aumnto do volum dos átomos. II- Sgundo modlo atômico atualmnt acito, o númo atômico d um lmnto químico psnta o númo d pótons qu sus átomos possum. III- O fato d os átomos dos lmntos químicos d uma msma família da tabla piódica apsntam popidads químicas smlants associa-s à similaidad d suas configuaçõs ltônicas. IV- O modlo atômico d Rutfod dscv o átomo d foma xata. V- A fomação das substâncias simpls compostas pod s xplicada plo modlo atômico d Dalton. São cotas: a) I, IV V; b) II, III IV; c) III, IV V d) I, II IV; ) II, III V; 6. Cada lmnto químico apsnta um spcto caactístico, não á dois spctos iguais. O spcto é o tato intno do átomo assim é usado paa idntificá-lo, confom ilustação dos spctos dos átomos dos lmntos idogênio, élio mcúio.

13 Bo utilizou o spcto d linas paa psnta su modlo atômico, assntado m postulados, cujo vdadio é: a) ao muda d óbita ou nívl, o léton mit ou absov ngia supio a difnça d ngia nt as óbitas ou nívis ond ocou sta mudança. b) todo átomo possui um cto númo d óbitas, com ngia constant, camadas stados stacionáios, nos quais o léton pod movimnta-s sm pd nm gana ngia. c) os létons dscvm, ao do do núclo, óbitas lípticas com ngia vaiada. d) o átomo é uma sfa positiva qu, paa tona-s nuta, apsnta létons (patículas ngativas) incustados m sua supfíci. ) O átomo é fomado po uma gião cntal, pquna, dnsa positiva, dnominada núclo outa gião muito maio, d dnsidad muito pquna caga ngativa, dnominada ltosfa. 7. (Ug GO/6/Janio) A fabicação d fogos d atifício qu um contol igooso das vaiaçõs do pocsso como, po xmplo, a popoção dos componnts químicos utilizados a tmpatua d xplosão. A tmpatua ncssáia paa aciona os fogos d atifício d médio gand pot é d cca d 36 ºC. É a gação dss calo qu é sponsávl pla podução d ondas luminosas, pois povoca a missão atômica, ou sja, a missão d luz qu oco quando o léton sof uma tansição d um nívl mais ngético paa outo d mno ngia. Considando st assunto, sponda aos itns abaixo: a) A qual modlo atômico ss fnômno d missão d luz stá ligado? b) Expliqu ss fnômno d missão d luz m tmos d létons nívis d ngia.

14 8. (IME) A soma dos númos d nêutons d tês átomos J, L M é 88, nquanto a soma dos númos d pótons é 79. Sab-s ainda qu L tm 3 nêutons, J L são isótopos, L M são isóbaos J M são isótonos. Calcul o númo atômico o númo d massa d cada um dls. 9. Luz com compimnto d onda d 67,8 nm é libada m tansição ltônica nt dois stados ngéticos do átomo d lítio. Calcul a difnça d ngia, m kj/mol, nt sss dois stados ngéticos. Dados: = 6,66 x 1-34 Js; c = 3 x 1 8 m/s; NA = 6, x 1 3 mol -1 ; 1nm = 1-9 m; E E1 = c/ 1. Paa outa tansição ltônica do Lítio, a difnça d ngia é 195,9 kj/mol. Calcul o compimnto d onda, m nm, da luz mitida nssa tansição:

15 Gabaito: 1- Podmos ntnd qu o fato d uma a cada 1 5 patículas alfa psnta uma pobabilidad d acta o núclo do átomo. E ssa pobabilidad s pt 1 vzs, pois tmos 1 camadas d átomos. Considando o átomo como uma sfa, a vista fontal sia um cículo. O núclo também pod s considado uma sfa, novamnt a visão fontal sia um cículo. Dvmos acta o cículo mno (núclo) tmos um cículo maio (átomo). Podmos ntnd a pobabilidad como azão nt as áas do cículo mno do cículo maio. Logo: 8 3 ( R ) (1 ) 4 1 ( RN ) 1 R N 1 1 ( R ) N 1 A cm - mv 1 Q1 Q R 4 d n n mvr V mr m R n mr 1 4 q R m n R 4 m R 1 4 q R n mr q n mq R 3- a) A stutua ltônica do alumínio é: [N] 3s 3p 1. Ao pd tês létons paa foma o íon Al 3+, obtém-s a stutua ltônica solicitada: [N], ou 1s s p 6. O único íon d msma valência qu o Al 3+ na lista foncida qu, potanto, pod substituí-lo, é o F 3+. O fato obsvado no nunciado é xplicado plo modlo atômico d Bo.

16 b) Sgundo o modlo d Bo, a difnça d ngia nt o nívl intmdiáio o stado fundamntal cospond à ngia do fóton d luz visívl mitido, qu é d,4 V. O compimnto d onda do fóton mitido é d 5 nm, o qu indica qu o OLED mit luz d co vd. 4- Sja ZY o númo atômico ( consquntmnt o númo d létons) do átomo Y. O íon AY4 3- possui [15 + 4Zy +3] = 5 létons. Logo, Zy = 8. O íon BY4 - possui [ZB ] = 5 létons. Logo, ZB = 17. O íon CY4 - possui [ZC ] = 5 létons. Logo, ZC = 16. A C possum 16 nêutons, logo sus númos d massa são, spctivamnt, O íon AY4 3- possui [16 + 4ny] = 48 nêutons. Logo, ny = 8 o númo d massa d Y é 16. S a soma dos númos d massa dos quato átomos val 116, ntão: A, B, C , 8 Y 5- [E]; I- Falsa: Dilatação témica é um fnômno físico xplicado plo aumnto do gau d agitação molcula não plo aumnto do tamano do átomo; II- Vdadia: O númo atômico é a idntidad química do lmnto cospond ao númo d pótons psnts no núclo; III- Vdadia: Elmntos qu s ncontam m um msmo gupo ou família apsntam msmo númo d létons na camada d valência, logo popidads químicas smlants; IV- Falsa: O modlo atômico d Rutfod não xplica o compotamnto do léton na ltosfa, pois á stiçõs da mcânica clássica. Postulados d Bo, intoduzindo aspctos quânticos ao modlo, são utilizados paa xplica a otação a tanslação do léton ao do do núclo; V- Vdadia: A toia atômica d Dalton, d mania simplificada, diz qu: 1. Toda matéia é fomada po átomos.. Os átomos são pmannts indivisívis. 3. Um composto químico é fomado pla combinação d átomos d dois ou mais lmntos m uma azão fixa.

17 4. Os átomos d um msmo lmnto são idênticos m todos os aspctos; 6- [B] a) Falsa: Ao muda d óbita o léton absov ou liba quantidad d ngia igual à difnça d ngia nt os nívis; b) Vdadia: Óbitas stacionáias com dtminados stados quânticos pmitidos acatam apnas dtminadas quantidads d ngia absovida/libada, logo, apnas algumas fquências possívis alguns compimntos d onda; c) Falsa: As óbitas apsntam ngia constant óbitas lípticas foam popostas po Sommfld; d) Falsa: Opção dscv o modlo atômico d Tomson; ) Falsa: Opção dscv o modlo atômico d Rutfod; 7. Gab: a) Ao modlo d Bo (Rutfod-Bo). b) Quando um léton cb ngia sob a foma d quanta, l salta paa um nívl d maio contúdo ngético. Em sguida, l tona ao nívl d ngia inicial mitindo, sob a foma d fótons, a ngia absovida duant o salto quântico 8. Átomos J, L M, tais qu: J L: Isótopos; Soma dos númos d pótons = 79; L M: Isóbaos; L possui 3 nêutons; J M: Isótonos; Soma dos númos d nêutons = 88; Sja x o númo d nêutons dos átomos J M. Podmos scv qu: x + x + 3 = 88 x = 9 S J L são isótopos com w pótons, sabndo qu a soma dos númos d pótons é 79, podmos scv qu o númo d pótons d M cospond a 79 w. Com aciocino análogo paa númos d massa, L M são isóbaos com númo d massa igual a y. Assim, o númo d massa d J pod s scito como 88 y.

18 Z A N J y 88 w 9 L y w 3 M 79 y w 9 Do concito d qu númo d massa cospond à soma das quantidads d patículas psnts no núclo: A = Z + n Como L M são isóbaos: y + 3 = 79 y + 9 y = 6 Z A N J L M Paa as qustõs 9 1, basta aplica d foma dita a quação dada nos nunciados substitui os valos foncidos: nm; 1-117,8 Kj/mol;