Modelo quântico do átomo de hidrogénio

Documentos relacionados
UFABC - Física Quântica - Curso Prof. Germán Lugones. Aula 14. A equação de Schrödinger em 3D: átomo de hidrogénio (parte 2)

a) A energia potencial em função da posição pode ser representada graficamente como

Seção 24: Laplaciano em Coordenadas Esféricas

Aula 05 Estrutura eletrônica de íon metálico

VII Simpósio de Graduação e Pós-Graduação em Química da UEPG

Correção da energia de átomos hidrogenóides levando em conta o volume do núcleo

Fluido Perfeito/Ideal Força Exercida por um Escoamento Plano em Torno de um Sólido Potencial complexo do escoamento em torno de um cilindro

QUESTÃO 1. r z = b. a) y

Licenciatura em Engenharia Civil MECÂNICA II

É o trabalho blh realizado para deslocar um corpo, com velocidade idd constante, t de um ponto a outro num campo conservativo ( )

Lei de Gauss. Ignez Caracelli Determinação do Fluxo Elétrico. se E não-uniforme? se A é parte de uma superfície curva?

( z) Fluido Perfeito/Ideal Força Exercida por um Escoamento Plano em Torno de um Sólido Escoamento em torno de um cilindro circular com circulação Γ

CONCURSO PÚBLICO EDITAL Nº 03 / 2015

ELECTROMAGNETISMO. EXAME Época Especial 8 de Setembro de 2008 RESOLUÇÕES

Ligações iônicas. Molécula estável E(KCl) < E(K) + E(Cl) Física Moderna 2 Aula 15

MECÂNICA DOS MEIOS CONTÍNUOS. Exercícios

Eletromagnetismo Aplicado

Energia no movimento de uma carga em campo elétrico

Aula 11 Mais Ondas de Matéria II

MECÂNICA DOS FLUIDOS I Engenharia Mecânica e Naval Exame de 2ª Época 10 de Fevereiro de 2010, 17h 00m Duração: 3 horas.

Aerodinâmica I. a z. z 2πz. Aerodinâmica I

Física Moderna II Aula 01

3.1 Potencial gravitacional na superfície da Terra

Eletromagnetismo e Ótica (MEAer/LEAN) Circuitos Corrente Variável, Equações de Maxwell

Lei de Gauss. Lei de Gauss: outra forma de calcular campos elétricos

CAPÍTULO 04 CINEMÁTICA INVERSA DE POSIÇÃO

3.3 Potencial e campo elétrico para dadas configurações de carga.

3. Estática dos Corpos Rígidos. Sistemas de vectores

7.3. Potencial Eléctrico e Energia Potencial Eléctrica de Cargas Pontuais

Geodésicas 151. A.1 Geodésicas radiais nulas

1ªAula do cap. 10 Rotação

Uma derivação simples da Lei de Gauss

Aula anterior. Equação de Schrödinger a 3 dimensões. d x 2m - E -U. 2m - E -U x, y, z. x y z x py pz cin cin. E E ( x, y,z ) - 2m 2m x y z

Série II - Resoluções sucintas Energia

Aula 6: Aplicações da Lei de Gauss

DISPERSÃO E PODER RESOLVENTE DUM PRISMA

FGE0270 Eletricidade e Magnetismo I

Escola Secundária/3 da Sé-Lamego Ficha de Trabalho de Matemática Ano Lectivo 2003/04 Geometria 2 - Revisões 11.º Ano

carga da esfera: Q densidade volumétrica de carga: ρ = r.

Elétrons se movem ao redor do núcleo em órbitas circulares (atração Coulombiana) Cada órbita n possui um momento angular bem definido

2. Tomografia por Emissão de Positrões (PET) 22

Série 2 versão 26/10/2013. Electromagnetismo. Série de exercícios 2

2.1. Fluxo Eléctrico 2.2. Lei de Gauss 2.3. Aplicações da Lei de Gauss a Isolantes Carregados 2.4. Condutores em Equilíbrio Electrostático

Aula 11 Introdução à Física Atômica

APÊNDICE. Revisão de Trigonometria

carga da esfera: Q. figura 1 Consideramos uma superfície Gaussiana interna e outra superfície externa á esfera.

Campo Elétrico Carga Distribuída

A teoria de Sommerfeld para metais

INSTRUÇOES: Responda no espaço próprio da questão e use o verso da página como rascunho. lim(1 + x) = e (limites fundamentais) calcule o limite

MODELO EM CAMADAS. Níveis preenchidos de acordo com o Princípio de exclusão de Pauli Processo independente para protões e neutrões

4.4 Mais da geometria analítica de retas e planos

Campo Gravítico da Terra

4 r. Hcc. ligante. íon central. Modelo Simples de Recobrimento (Chem. Phys. Lett. 87, 27 e 88, 353 (1982) )

Magnetostática. Programa de Óptica e Electromagnetismo. OpE - MIB 2007/2008. Análise Vectorial (revisão) 2 aulas

Electrostática. Programa de Óptica e Electromagnetismo. OpE - MIB 2007/2008. Análise Vectorial (revisão) 2 aulas

F-328 Física Geral III

Credenciamento Portaria MEC 3.613, de D.O.U

Componente de Química

3. Potencial Eléctrico

Física III Escola Politécnica GABARITO DA PR 25 de julho de 2013

CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL II 014.2

Antenas e Propagação Folha de exercícios nº1 Conceitos Fundamentais

Exercícios Resolvidos Integrais em Variedades

FGE0270 Eletricidade e Magnetismo I

Licenciatura em Engenharia Civil MECÂNICA II

1. cosh(x) = ex +e x senh(x) = ex e x cos(t) = eit +e it sen(t) = eit e it

A dinâmica estuda as relações entre as forças que actuam na partícula e os movimentos por ela adquiridos.

2/27/2015. Física Geral III

UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE Escola de Engenharia. 1 Cinemática 2 Dinâmica 3 Estática

1ª Ficha Global de Física 12º ano

APOSTILA. AGA Física da Terra e do Universo 1º semestre de 2014 Profa. Jane Gregorio-Hetem. CAPÍTULO 4 Movimento Circular*

Análise Vectorial (revisão)

ESCOAMENTO POTENCIAL. rot. Escoamento de fluido não viscoso, 0. Equação de Euler: Escoamento de fluido incompressível cte. Equação da continuidade:

Mecânica Técnica. Aula 5 Vetor Posição, Aplicações do Produto Escalar. Prof. MSc. Luiz Eduardo Miranda J. Rodrigues

PME 2200 Mecânica B 1ª Prova 31/3/2009 Duração: 100 minutos (Não é permitido o uso de calculadoras)

. Essa força é a soma vectorial das forças individuais exercidas em q 0 pelas várias cargas que produzem o campo E r. Segue que a força q E

SISTEMA DE COORDENADAS

PUC-RIO CB-CTC. P2 DE ELETROMAGNETISMO segunda-feira GABARITO. Nome : Assinatura: Matrícula: Turma:

Campo Magnético produzido por Bobinas Helmholtz

Aplicação da Lei Gauss: Algumas distribuições simétricas de cargas

',9(5*Ç1&,$'2)/8;2(/e75,&2 (7(25(0$'$',9(5*Ç1&,$

Mecânica. M. dos fluídos

Física Moderna II - FNC376

2/27/2015. Física Geral III

PUC-RIO CB-CTC. P4 DE ELETROMAGNETISMO sexta-feira. Nome : Assinatura: Matrícula: Turma:

Aula Invariantes Adiabáticos

Caderno 2: 75 minutos. Tolerância: 15 minutos. Não é permitido o uso de calculadora.

Carga Elétrica e Campo Elétrico

Total. UFRGS - INSTITUTO DE MATEMÁTICA Departamento de Matemática Pura e Aplicada MAT Turma C /1 Prova da área I

Consideremos um ponto P, pertencente a um espaço rígido em movimento, S 2.

ESCOLA SECUNDÁRIA JOSÉ SARAMAGO

Componente de Física

f (x) (1 + (f (x)) 2 ) 3/2. κ(x) = f(x) = log x, f(x) = a cosh x a, a 0 (catenaria), f(x) = sen ax 2,

10/Out/2012 Aula 6. 3/Out/2012 Aula5

Lei de Ampère. (corrente I ) Foi visto: carga elétrica com v pode sentir força magnética se existir B e se B não é // a v

7. A teoria quântica do átomo de Hidrogênio

Método da difusão de nêutrons a quatro grupos de energia para reatores nucleares térmicos

Transcrição:

U Modelo quântico do átomo de hidogénio Hidogénio ou átomos hidogenóides (núcleo nº atómico Z com um único electão) confinado num poço de potencial de Coulomb ( x, y, z) U ( ) 4πε Ze Equação de Schödinge a 3 dimensões núcleo: Ze electão: -e h m x y z U ( x, y, z) E ( x, y, z) A patícula confinada tem númeo quântico paa cada dimensão espacial são necessáios 3 númeos quânticos paa desceve cada estado (no modelo de Boh só existe númeo quântico, n )

Equação de Schödinge a 3 dimensões: Foma do poço de potencial que mantém o electão confinado ( ) ( ) z y x E z y x U z y x m,,,, h ( ) ( ) 4 4,, z y x Ze Ze U z y x U πε πε

3 φ x y z Vai existi um númeo quântico associado a cada coodenada:,, φ Em coodenadas esféicas, o potencial só depende da coodenada (potencial cental) :U U () z y x sin sin sin φ Em coodenadas catesianas Em coodenadas esféicas φ φ.cos sin.sin cos.sin z y x π φ π ( ) ( ) x y z z y x actan accos φ

Eq. de Schödinge em coodenadas esféicas c/ potencial de Coulomb h Sepaação de vaiáveis: Ze, 4πε m (,, φ) (,, φ) E (, ϕ) (,, φ) R( ) f ( ) g( φ) Solução geal na l l m (,, φ) A ( ) ( ) nl e Ln l ρ. Yl, φ ; ρ na A nl constante de nomalização Z l L n l m Y l ( ),φ polinómios de Laguee hamónicas esféicas 4

Númeos quânticos do átomo de hidogénio Númeos quânticos paa o hidogénio e coodenadas associadas:. Coodenada adial númeo quântico pincipal n,, 3... ( n do modelo de Boh). Ângulo pola númeo quântico do momento angula l,,... (n-) 3. Ângulo azimutal φ númeo quântico magnético m l m -l, -l,,,,..., l-, l (l) valoes O conjunto dos númeos quânticos (n, l, m) tem z oigem nas condições de confinamento da função de onda (que seja solução da equação de Schödinge) a 3 dimensões : todos os 3 númeos são necessáios paa especifica essa função de onda x φ 5 y

Solução paa o estado fundamental do hidogénio: (n, E -3,6 ev) ( φ) ( ),, e a o aio de Boh a πa 3 a 4πε h mze Condição de nomalização : dv elemento de volume P todo o espaço 4 a a (,, φ ). dv.4π. d e d 3 P 4 a ( ) e a 3 Estado fundamental, n, com distibuição de densidade electónica dada po P() 6

P 4 a ( ) e a 3 /a dp d ( ). a a a o aio de Boh Localização mais povável do electão no estado fundamental 7

Compaação ente o modelo de Boh e o modelo da mecânica quântica Modelo de Boh : óbitas planetáias com π n n λ, n n a o, consegue peve os níveis de enegia coectamente E n -3,6 ev/ n Modelo quântico : electão confinado a um poço de potencial da foma U() - e/ (4πε o ) consegue obte os níveis de enegia coectamente E n -3,6 ev/ n consegue obte a maio pobabilidade de enconta o electão paa a o a pati da densidade de pobabilidade adial da função de onda - e - 8

Númeo quântico pincipal ( n ) No entanto, a enegia total E só depende do númeo quântico pincipal (n ): En 3,6 n ev As funções de onda são indicadas pelo conjunto dos 3 númeos quânticos (n, l, m ), que só podem toma cetos valoes: n, l, m (,, φ ) Os estados são indicados de acodo com o valo de l l s ; l p ; l d ; l 3 f ;... Enegia n l m estado nº de estados - 3,6 ev s - 3,4 ev s - 3,4 ev,,- p 3 -,5 ev 3 3s -,5 ev 3,,- 3p 3 -.5 ev 3,,,-,- 3d 5.................. Po exemplo, o estado fundamental, de simetia esféica, é indicado po: / a (,, ) e o φ π a 3 o 9

Estado fundamental, de simetia esféica Estados excitados, com E - 3,4 ev, n / a (,, ) e o φ π a 3 o,,,,,, ± / a / /,, o ao a A e,, B e cos o,, C e sen e iφ ± a o a ± o a o Densidades de pobabilidade adiais:

Obitais p

Obitais d

Obitais f 3

Númeo quântico obital ou do momento angula ( l ). O momento angula de uma patícula clássica, é dado po L p m v L m v. No modelo de Boh (óbita de aio n ) π nλ n ( h / p) nh /( mv) m v nh n n L v O momento angula é quantizado ( L n ħ ) 4

Númeo quântico magnético ( m ) Emboa os electões não sigam óbitas bem definidas como no modelo de Boh, veifica-se que existe um momento angula obital quântico que é quantizado paa todos os sistemas atómicos Não é possível detemina as tês componentes do vecto momento angula simultaneamente (devido ao pincípio de inceteza), mas é possível elaciona o seu módulo e uma das componentes com os outos dois númeos quânticos (l, m ): L l ( l ) h, Lz m h 5

Ilustação: o vecto L oda em tono do eixo z. Não se conhece a diecção exacta de L em cada instante, mas conhece-se o seu compimento e a sua pojecção segundo z z Lz cos L m l ( l ) L z L Como m só pode toma os ( l ) valoes, em intevalos inteios, ente -l e l, o vecto L não pode te todas as oientações possíveis 6

Exemplo oientações pemitidas de L paa l Existem (l ) oientações pemitidas, coespondentes a m (,,, -, -) m ac cos l ( l ) 3, ; 65,9 ; 9, 4, ; 44,8 Nota: as pojecções segundo z são igualmente espaçadas, mas os ângulos não. 7

Expeiência de Sten - Gelach Um feixe de átomos (de pata) sepaa-se em duas diecções quando atavessa uma egião onde existe um campo magnético B Os electões podem oda (spin) em duas diecções Pevisão clássica Resultado eal Gás de átomos de pata Fonte Campo magnético (heteogéneo) 8

Outo tipo de momento angula : spin ( s ) Consideemos o electão como uma esfea de aio R que oda ( spins ) em tono dum eixo que passa no seu cento s Este movimento de otação tem associado um momento angula intínseco, que é independente do movimento obital Nestas condições, existem tipos de momentos angulaes: L e s 9

Extapolação paa o electão:. O momento angula de spin é quantizado. O electão tem um momento angula intínseco de spin com númeos quânticos (s, m s ) - tal como (l, m ). O númeo quântico de spin paa o electão é s ½ e m s ± ½ 3. O momento magnético de spin é dado po µ ± µ µ m z B B s h S z S 3. h. h 4 h

Moste que o númeo de estados possíveis paa um dado n no átomo de hidogénio é igual a n O númeo de estados m l (ou m) paa um dado n é igual a N m l n n n ( l ) l ( ) l l l Como a soma de todos os inteios ente e p é igual a l p( p ) n l ( ) ( )( ) l n n n n p l O segundo temo é simplesmente n l ( ) n

Substituindo, obtém-se ml N n n n n Finalmente, como o númeo de estados electónicos N é igual a duas vezes o númeo m l de estados : N N n ml

Moste que a densidade de pobabilidade adial paa o estado caacteizado po n, l e m l é dada po 4 Z a sendo A uma constante ( ) cos P A e A função de onda paa o estado (,, ) é Z a ( ) C e,,,, Z a cos A densidade de pobabilidade adial é dada po P ( ) 4 π ( ) Z Z a ( ) Z Z a,, C,, e cos C,, e cos a a 3

Substituindo, obtém-se Z,, a Z a ( ) π P 4 C e cos A 4 cos e Z a A constante A é igual a A,, a 4π C Z A constante C pode se calculada a pati da condição de nomalização todo o espaço P(,, φ ) dv dv 4

Paa um estado com l3, detemine: a) a amplitude do momento angula L b) os valoes possíveis de m l c) as diecções possíveis de L com o eixo z a) O momento angula L é função do númeo quântico obital l : ( ) L l l h 3 3 h 3 h Paa l3 obtém-se: L ( ) ( 34 ) 3, 55 J s 34 3, 65 J s 5

b) Como m l -l, -l,,... l, os valoes pemitidos paa l3 são m 3,,,,,, 3 l c) Como L z m l ħ e L 3h, os ângulos ente os vectoes e o eixo z são deteminados po cos m m l 3 Assim, 3 3, 54,7 e 73,. O espaçamento ente os valoes pemitidos de L z é constante e igual a h 6