Noções básicas de quântica. Prof. Ms. Vanderlei Inácio de Paula

Transcrição

1 Noções básicas de quântica Prof. Ms. Vanderlei Inácio de Paula

2 Noções de quântica O professor recomenda: Estude pelos seguintes livros/páginas sobre a Ligações químicas e faça os exercícios! Shriver Ed 3. Cap.3 p Shriver Ed 4 Cap.2 p Atkins & Jones Cap. 1 p Brown Cap. 6 p Lee Cap. 1 p Mahan Cap.10 p Russel v1 Cap.6 p

3 Noções introdutórias para mecânica quântica: As figuras apresentam algo em comum?

4 Se sua resposta foi LUZ... A luz é uma radiação eletromagnética, igual modo se tem as ondas de rádio, microondas, celular, raios X e outros.

5 ONDAS: Olhe as ondas do mar... Elas se repetem em um intervalo de tempo e possuem distância entre elas... A repetição de uma onda é chamado de ciclo. Quando o ciclo de uma onda está associado a unidade de tempo se tem a freqüência, (letra grega ni). Assim um ciclo por segundo também pode ser conhecido por 1 Hz (hertz, unidade de freqüência).

6 Comprimento de onda ():

7 Comprimento de onda: O comprimento de onda, (letra grega lambda) é a distância entre pico a pico. Os comprimentos de onda da luz visível são próximos a 500nm. Os olhos do ser humano enxergam comprimentos de onda da ordem de 700 nm (luz vermelha) até 400 nm (luz violeta). nm = nanometro 1 nm= 10-9 m

8 Velocidade da Luz: A velocidade da luz, c, é considerada sendo 3,00x10 8 m/s. O comprimento de onda e a freqüência estão relacionados com a velocidade da luz, como pode ser visto pela equação abaixo: = c = comprimemnto de onda. c = velocidade da luz. = freqüência. Assim é possível determinar o comprimento de onda a partir da freqüência e vice e versa. A luz azul possui freqüência de 6,4x10 14 Hz, o comprimento de onda é... c = = 3,0 x 108 m.s -1 = 6,4 x s -1 4,7 x 10-7 m 47 x 10-8 m 470 x 10-9 m = 470 nm

9 Tabela:

10 Exercício-1: Qual o comprimento de onda da luz verde emitida de um poste abaixo? c = = 3,0 x 108 m.s -1 = 5,7 x s -1 5,26 x 10-7 m 52,6 x 10-8 m 526 nm 526 x 10-9 m Freqüência da luz verde: 5,7x Hz

11 Exercício-2: A solução violeta de permanganato de potássio (KMnO 4 ) reage com sulfito de sódio (Na 2 SO 3 ), formando uma solução verde de manganato de potássio (K 2 MnO 4 ). Durante o processo visualiza indicio de um produto intermediário. Se a reação fosse monitorada por espectroscopia, quais os possíveis comprimentos de onda que seriam encontrados? Luz = Hz Violeta 7,1 Azul 6,4 Verde 5,7 Amarelo 5,2 Laranja 4,8 Vermelho 4,3

12 Resolução-2: Luz violeta = freqüência de 7,1 x Hz c = = 3,0 x 108 m.s -1 = 7,1 x s -1 4,22 x 10-7 m 42,2 x 10-8 m 422 x 10-9 m = 422 nm Luz azul = freqüência de 6,4 x Hz c = = 3,0 x 108 m.s -1 = 6,4 x s -1 4,7 x 10-7 m 47 x 10-8 m 470 x 10-9 m = 470 nm Luz verde = freqüência de 5,7 x Hz c 5,26 x 10-7 m 526 x 10-9 m 5,7 x s -1 52,6 x 10-8 m = = 3,0 x 108 m.s -1= = 526 nm

13 Energia: Ao lado tem se um sistema elétrico de aquecimento. Você colocaria a sua mão sob este sistema??? A coloração do sistema elétrico é uma evidência que o sistema deve estar bem quente... Pode se concluir que a energia possui relação com as cores, ou melhor com o comprimento de onda da luz.

14 Energia: O gráfico ao lado indica a radiação emitida de um corpo em aquecimento em função do comprimento de onda. Quanto menor comprimento de onda mais energético é a energia liberada pelo sistema. Se aquecer um prego de ferro à 100 C ocorrerá mudança aparente de coloração? A mudança de cor é continua, ou seja, a cada variação de temperatura apresentará uma cor diferente?

15 Energia: Se um garoto jogar uma bola de futebol contra uma vidraça, muito provável que ocorrerá um estrago. Se o garoto jogar uma bola de pingue pongue provável que não ocorra a ruptura da vidraça. A analogia que se pode fazer é que a a quebra da vidraça depende da energia, a emissão de energia de um material também depende de um limiar. A troca de energia entre matéria e a radiação ocorre em quanta, ou pacotes de energia. Idéia defendida por Max Planck.

16 Energia quantizada

17 Energia: A energia pode ser relacionada com a freqüência: E = h E = energia h = constante de Planck 6,63 x J.s = freqüência Para justificar essa equação pode se usar o efeito fotoelétrico, ou seja, ejeção de elétrons de um metal quando a superfície é exposta a luz.

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20 Exercícios-3: Calcule a energia de cada fóton da luz azul sabendo que a freqüência é 6,4 x Hz. E = h = 6,63 x J.s x 6,4 x Hz = 4,2 x J

21 Exercício-4: Quanta energia tem um fóton de luz amarela cuja freqüência é 5,2 x Hz? E = h = 6,63 x J.s x 5,2 x Hz = 3,4 x J

22 Exercício-5: Em 1,0s, uma lâmpada de mesa de 100W (ou 100 J.s-1) emite 25 J de sua energia na forma de luz amarela de comprimento de onda 580nm. O resto de sua energia é emitido como luz de diferentes cores e como radiação infravermelha. Quantos fótons de luz amarela são gerados pela lâmpada em 1,0s? = c c = E = h fóton E = h c fóton total total Número de Fótons= ou E E fóton = E hc E total hc

23 = c c = E = h fóton Exercício-5: Em 1,0s, uma lâmpada de mesa de 100W (ou 100 J.s-1) emite 25 J de sua energia na forma de luz amarela de comprimento de onda 580nm. O resto de sua energia é emitido como luz de diferentes cores e como radiação infravermelha. Quantos fótons de luz amarela são gerados pela lâmpada em 1,0s? E = h c fóton E total hc = total total Número de Fótons= ou E E fóton = E hc E total hc 25 J x 5, m 7,3 x ,63 x J.s x 3,0 x 10 8 m.s -1 =

24 O princípio da incerteza: Dualidade entre partícula e onda... -Partícula possui trajetória definida. -Ondas não há trajetória definida. -Eliminação da possibilidade de descrever a localização se o momento linear é conhecido como Princípio da incerteza de Heisenberg.

25 As funções de onda e níveis de energia Erwin Schrödinger, teoria de função de onda. = probabilidade de encontrar um elétron. (letra grega, psi) 2 = densidade da probabilidade, ou seja, região do espaço com maior tendência a encontrar um elétron.

26 Probabilidades: 1s 2s 3s

27 Probabilidades: p x p y pz

28 Probabilidades:

29 Transição eletrônica:

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32 Espectro de emissão do hidrogênio

33 Espectro de Absorção UV-Vis

34 Cotidiano: Os átomos energeticamente excitados, íons, e moléculas gerados por colisões com elétrons emitem energia de comprimentos de onda característicos quando eles se decaem de estado graus de estado. Os íons de O 2+ emitem uma luz vermelha ao redor 630 nm; os íons N 2+ emitem violeta e luz azul a nm e nm; e átomos de O emitem uma luz amarelo-esverdeado a nm e uma luz vermelha intensa a nm. Calcule a freqüência dos comprimentos de onda citados.

35 Pensando... O dicromato de potássio, K 2 Cr 2 O 7, é um forte agente oxidante de coloração laranja, na presença de íons cloreto, Cl -, ocorre a reação representada abaixo e a solução se transforma em verde escuro, indicando a presença de íons Cr 3+. Quais os valores que poderiam ser observados pela espectroscopia do ultravioleta na região do visível?

36 Orbitais Atômicos