Espectros atômicos e níveis de energia Números quânticos Estrutura atômica do Hidrogênio e de átomos com mais elétrons Energia dos orbitais e configurações eletrônicas Prof a. MarciaM. Meier UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA 1
Relembrando... Alguns elementos quando aquecidos a temperaturas elevadas emitem radiação eletromagnética! 2
Espectros de emissão Observou-se experimentalmente que os diferentes elementos emitem radiação de freqüências específicas. 3 http://www.mundofisico.joinville.udesc.br/index.php?idsecao=1&idsubsecao=&idtexto=2
Relembrando: a energia é quantizada e transferida apenas em quantidades discretas (freqüências específicas). Por que??? 4
A radiação eletromagnética visível emitida por um elemento pode ser decomposta através de uma prisma 5
O átomo é formado por um núcleo e níveis de energia quantizados onde estão os elétrons. 6
De acordo com a configuração eletrônica de um átomo (preenchimento dos seus orbitais pelos elétrons) os átomos podem absorver e emitir radiação eletromagnética em freqüências específicas. Os espectros de absorção ou emissão são como impressões digitais dos elementos químicos. 7
Espectros de linhas e o modelo de Bohr Espectros de linhas Balmer: descobriu que as linhas no espectro de linhas visíveis do hidrogênio se encaixam em uma simples equação. Mais tarde, Rydberg generalizou a equação de Balmer para: ν= R (1/n 2 2 1-1/n 22 ) onder H é a constantede Rydberg(3,29 10 15 Hz), hé a constantede Planck (6,626 10-34 J s), n 1 e n 2 sãonúmerosinteiros(n 2 > n 1 ) -númeroquânticoprincipal. 8
EXERCITE: Calcule o comprimento de onda da radiação emitida por um átomo de hidrogênio na transição de um elétron entre os níveis n 2 = 3 e n 1 = 2. Identifique qual a cor da radiação emitida nesta transição eletrônica. 9
Curiosidade: Os espectros de emissão são utilizados pelos astrônomos para identificar elementos químicos na superfície das estrelas. O espectro de emissão e absorção de um elemento química é sua impressão digital. 10
Através da resolução da equação de onda por Schroedinger, chegou-se a definição dos números quânticos: 1) Número quântico principal: especifica a energia do orbital (n) 2) Número quântico de momento angular: subcamadas (l) l 3) Número quântico magnético: orbitais individuais (ml) 4) Númeroquânticode spin: direçãode girodo elétron(ms) 11
K, L, M, N, O, P, Q 12
Número quântico principal, n Nível Existem sete camadas em torno do núcleo que podem ser preenchidas por elétrons. Número de elétrons permitidos 13
Número quântico Momento orbital angular, l Sub nível s l= 0 1 orbital p l= 1 3 orbitais 14
Número quântico Momento orbital angular, l Sub nível d l= 2 5 orbitais 15
Número quântico Momento orbital angular, l Sub nível f l= 3 7 orbitais 16 1
Número quântico magnético, m l s=0 p=1 d=2-1 0 0 +1 p x p y p z l -2-1 0 +1 d zx d yz d z2 d yx +2 d z2-y2 m l f= 3-3 -2-1 0 +1 +2 +3 17
Número quântico magnético de spin, m s 18 2
Utilizamos coordenadas para nos localizarmos na terra. Latitude, longitude País, Estado, bairro, rua, número, etc Utilizamos o conjunto dos quatro números quânticos para localizar cada elétron de um átomo. Os valores de n, l, m l e m s são únicos para cada elétron. 19
Regras para preenchimento dos orbitais REGRA DE HUND: Energia total mais baixa, levando em conta a atração dos elétrons pelo núcleo e a sua repulsão por outro elétron. Em um mesmo sub-nível os orbitais são preenchidos de forma a obter o maior número de elétrons desemparelhados. 20
Regras para preenchimento dos orbitais PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI Wolfgang Pauli(1925) Não mais que dois elétrons podem ocupar um dado orbital. Quando dois elétrons ocupam um orbital, seus spins devem estar emparelhados (direções opostas). O conjunto dos quatro números quânticos é único para cada elétron. 21
Diagrama de Linus Pauling 1s, 2s, 2p, 3s... 22 7
Energia dos Orbitais Nível 1 (K) Nível 2 (L) Obedece a seqüência do Diagrama de Linus Pauling Os níveis de energia entre sub-camadas surge em função das atrações (e-n) e repulsões(e-e) no átomo: elétron-núcleo (e-n) elétron-elétron (e-e) Efeito de blindagem: cada elétron é blindado em relação à atração total do núcleo pelos outros elétrons do átomo. 23
Atração e-n Repulsão entre e-e (elétrons de camada interna causam repulsão nos elétrons da camada mais externa efeito de blindagem) 24
CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL 25
CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL 26
CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL 27
CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL 28
CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DE ÁTOMOS NO ESTADO FUNDAMENTAL L 8 elétrons na última camada, L. Octeto completo K 29 7
Grupo Configurações eletrônicas e a tabela periódica Período (n) 30
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Configurações eletrônicas Configurações eletrônica condensadas O neônio tem o subnível 2p completo. O sódio marca o início de um novo período. Logo, escrevemos a configuração eletrônica condensada para o sódio como Na: [Ne] 3s 1 [Ne] representa a configuração eletrônica do neônio. Elétrons mais internos: os elétrons no [Gás Nobre]. Elétrons de valência: os elétrons fora do [Gás Nobre]. 32
Configurações eletrônicas Metais de transição Depois de Ar, os orbitais d começam a ser preenchidos. Depois que os orbitais 3destiverem preenchidos, os orbitais 4pcomeçam a ser preenchidos. Metais de transição: são os elementos nos quais os elétrons dsão os elétrons de valência. 33
Configurações eletrônicas Lantanídeos e actinídeos Do Ce em diante, os orbitais 4fcomeçam a ser preenchidos. Observe: La: [Kr]6s 2 5d 1 4f 1 Os elementos Ce -Lu têm os orbitais 4fpreenchidos e são chamados lantanídeosou elementos terras raras. Os elementos Th -Lr têm os orbitais 5f preenchidos e são chamados actinídeos. A maior parte dos actinídeos não é encontrada na natureza. 34
Configurações eletrônicas Exercite: 1) Qual é a configuração eletrônica do estado fundamental esperada para o átomo de enxofre (Z=16)? 2) A configuração eletrônica a seguir é de um átomo no estado excitado. Diga quem é este elemento químico. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 4s 1 3) Responda: a) Escreva a configuração eletrônica (normal e condensada) do átomo de cloro; b) informe quantos elétrons estão presentes em cada camada, e; c) Represente o diagrama de caixa de orbital (l, sub camadas); d) Quais são os valores de n, l, ml e msdo último elétron? e) Considerando que o átomo de cloro receba um elétron, represente os números quânticos (n, l, ml e ms) deste elétron. 35