Química Geral I Aula 11 14/04/2016 Curso de Química Licenciatura 2016-1 Prof. Udo Eckard Sinks Estrutura Atômica, Radiação Eletromagnética, Equação de Planck, Efeito Fotoelétrico, Espectro de Linhas Atômicas, Kotz, Cap. 6 Química Geral I Prof. Udo Sinks 2 1
Natureza ondulatória da luz Todasas ondastêmum comprimento de onda característico, λ, e uma amplitude, A. A frequência, ν, de umaondaé o númerode ciclosque passam porum pontoemum segundo. A velocidadede umaonda, v, é dada por sua frequência multiplicada pelo seu comprimento de onda. Para a luz, velocidade= c. Química Geral I Prof. Udo Sinks 3 Química Geral I Prof. Udo Sinks 4 2
A teoriaatômicamodernasurgiua partirde estudossobrea interação da radiação com a matéria. A radiação eletromagnética se movimenta através do vácuo com umavelocidadede 3,00 10 8 m/s. As ondas eletromagnéticas têm características ondulatórias semelhantesàsondasque se movemnaágua. Por exemplo: a radiação visível tem comprimentos de onda entre 400 nm (violeta) e 750 nm (vermelho). Química Geral I Prof. Udo Sinks 5 Química Geral I Prof. Udo Sinks 6 3
Química Geral I Prof. Udo Sinks 7 Energia quantizada e fótons Planck: a energia só pode ser liberada(ou absorvida) por átomos em certos pedaços de tamanhos mínimos, chamados quantum. A relaçãoentre a energiae a frequênciaé ondehé a constantede Planck (6,626 10-34 J s). Para entender a quantização, considere a subida em uma rampaversusa subidaemumaescada: Para a rampa, háumaalteraçãoconstantenaaltura, enquanto na escada há uma alteração gradual e quantizada na altura. Química Geral I Prof. Udo Sinks 8 4
O efeito fotoelétrico e fótons O efeitofotoelétricoforneceevidênciaspara a naturezade partícula da luz - quantização. Se a luz brilhanasuperfíciede um metal, háum pontono qual os elétrons são expelidos do metal. Oselétonssomenteserãoexpelidosse a frequênciamínimaé alcançada. Abaixo da frequência mínima, nenhum elétron é expelido. Acima da frequência mínima, o número de elétrons expelidos depende da intensidade da luz. Química Geral I Prof. Udo Sinks 9 O efeito fotoelétrico e os fótons Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons. A energia de um fóton: Química Geral I Prof. Udo Sinks 10 5
Química Geral I Prof. Udo Sinks 11 Espectros de linhas e o modelo de Bohr Espectros de linhas A radiaçãocompostaporum únicocomprimentode ondaé chamada de monocromática. A radiação que se varre uma matriz completa de diferentes comprimentos de onda é chamada de contínua. A luz brancapodeserseparadaemum espectrocontínuode cores. Observe que não há manchas escuras no espectro contínuo que corresponderiam a linhas diferentes. Química Geral I Prof. Udo Sinks 12 6
Química Geral I Prof. Udo Sinks 13 Espectros de linhas Balmer:descobriuque as linhasno espectrode linhasvisíveisdo hidrogênio se encaixam em uma simples equação. Mais tarde, Rydberg generalizou a equação de Balmer para: onder H é a constantede Rydberg (1,096776 x 10 7 m -1 ), hé a constantede Planck (6,626 x 10-34 J s), n 1 e n 2 sãonúmeros inteiros(n 2 > n 1 ). Química Geral I Prof. Udo Sinks 14 7
O Modelode Bohr Rutherford supôs que os elétrons orbitavam o núcleo da mesma forma que osplanetasorbitamemtornodo sol. Entretanto, uma partícula carregada movendo em uma trajetória circular deve perder energia. Issosignificaque o átomodeveserinstávelde acordocom a teoria de Rutherford. Bohr observouo espectrode linhasde determinadoselementose admitiu que os elétrons estavam confinados em estados específicos de energia. Esses foram denominados órbitas. Química Geral I Prof. Udo Sinks 15 Química Geral I Prof. Udo Sinks 16 8
O modelode Bohr As cores de gases excitadossurgemdevidoaomovimentodos elétrons entre os estados de energia no átomo. Química Geral I Prof. Udo Sinks 17 O modelo de Bohr Já que os estados de energia são quantizados, a luz emitida por átomos excitados deve ser quantizada e aparecer como espectro de linhas. Após muita matemática, Bohr mostrou que onde né o número quântico principal (por exemplo, n= 1, 2, 3, e nada mais). Química Geral I Prof. Udo Sinks 18 9
O modelode Bohr A primeiraórbitano modelode Bohr tem n= 1, é a maispróxima do núcleo e convencionou-se que ela tem energia negativa. A órbitamaisdistanteno modelode Bohr tem npróximoao infinito e corresponde à energia zero. Oselétronsno modelode Bohr podemse mover apenas entre órbitasatravésda absorçãoe da emissãode energiaemquantum (h ). Química Geral I Prof. Udo Sinks 19 Podemos mostrar que O modelo de Bohr Quando n i > n f, a energia é emitida. Quando n f > n i, a energia é absorvida. Química Geral I Prof. Udo Sinks 20 10
O modelo de Bohr Química Geral I Prof. Udo Sinks 21 Limitações do modelo de Bohr Podeexplicaradequadamenteapenaso espectrode linhasdo átomo de hidrogênio. Os elétrons não são completamente descritos como partículas pequenas. Química Geral I Prof. Udo Sinks 22 11