Universidade Federal do Tocantins Modelos atômicos Prof. Dr. Edenilson dos Santos Niculau enicolau@uft.edu.br Blog: profedenilsonniculau.wordpress.com
2 Sumário MODELOS ATÔMICOS Estrutura atômica Teoria atômica de Dalton A descoberta do elétron A descoberta do núcleo A teoria atômica de Thomson A teoria atômica de Rutherford A estrutura atômica na visão moderna As partículas subatômicas Símbolos atômicos, isótopos, números de massa ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS Natureza ondulatória da luz Energia quantizada e fótons Objetos quentes e quantização da energia O efeito fotoelétrico e fótons
3 Sumário ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS Espectro de linhas e o modelo de Bohr Espectro de linhas Espectro de hidrogênio Espectro contínuo e descontínuo O modelo de Bohr Postulados do modelo de Bohr
4 Estrutura atômica O átomo na visão de Dalton Os átomos são os componentes básicos da matéria. Eles são as menores partes de um elemento que mantém a identidade química desse elemento.
5 Estrutura atômica A teoria atômica de Dalton 1. Cada elemento é composto de partes extremamente pequena chamadas átomos. 2. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos; os átomos de diferentes elementos são diferentes e têm diferentes propriedades (e também diferentes massas. 3. Os átomos de um elemento não se convertem em diferentes tipos de átomos por meio de reações químicas; os átomos não são criados nem destruídos nas reações químicas. 4. Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam; um determinado compostos tem sempre o mesmo número relativo dos mesmos tipos de átomos.
Estrutura atômica Lei de Dalton das proporções múltiplas (1808): Se dois elementos, A e B, se combinam para formar mais de um composto, as massas de B que podem se combinar com as de A estão na proporção de números inteiros pequenos. 6
7 A descoberta do elétron Estrutura atômica Os gregos antigos foram os primeiros a postular que a matéria é constituída de elementos indivisíveis. Mais tarde, os cientistas constataram que o átomo era constituído de entidades carregadas. Raios catódicos e elétrons Um tubo de raios catódicos (CRT) é um recipiente profundo com um eletrodo em cada extremidade. J. J. Thomson Uma voltagem alta é aplicada através dos eletrodos. A razão carga-massa foi determinada.
8 A descoberta do elétron Estrutura atômica Raios catódicos e elétrons
9 Massa do elétron Estrutura atômica Experimento da gota de óleo de Millikan (1968-1953): Determinou a carga do elétron: 1,6 x10-19 C. Carga-massa de Thomson: 1,76 x 10 8 C/g. Massa do elétron 9,1 x 10-28 g.
Estrutura atômica 10 Radioatividade Experimento de Ernest Rutherford vídeo
Estrutura atômica 11 O átomo na visão de Thomson Pela separação da radiação, conclui-se que o átomo consiste de entidades neutras e carregadas negativa e positivamente. Thomson supôs que todas essas espécies carregadas eram encontradas em uma esfera Modelo pudim de ameixa
Estrutura atômica O átomo com núcleo na visão de Rutherford A maioria das partículas α passaram diretamente através da chapa, sem desviar. Algumas partículas α foram desviadas com ângulos grandes. Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado de Rutherford seria impossível. vídeo 12
Estrutura atômica 13 O átomo com núcleo na visão de Rutherford o átomo é esférico, mas a carga positiva deve estar localizada no centro, com uma carga negativa difusa em torno dele. O átomo consiste de entidades neutras, positivas e negativas (prótons, elétrons e nêutrons). Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é pequeno. A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo. -Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo número de prótons. Os isótopos têm o mesmo número de prótons, mas números diferentes de nêutrons. Os elétrons estão localizados fora do núcleo. Grande parte do volume do átomo se deve aos elétrons.
A estrutura atômica na visão moderna 14
A estrutura atômica na visão moderna 15 As partículas subatômicas Name(Symbol) Charge Relative Absolute(C)* Relative(amu) Mass Absolute(g) Location in the Atom Proton (p + ) 1+ +1.60218x10-19 1.00727 1.67262x10-24 Nucleus Neutron (n 0 ) 0 0 1.00866 1.67493x10-24 Nucleus Electron (e - ) 1- -1.60218x10-19 0.00054858 9.10939x10-28 Outside Nucleus
A estrutura atômica na visão moderna 16 Símbolos atômicos, isótopos, números de massa A Z J The Symbol of the Atom or Isotope J = Atomic symbol of the element A = mass number; A = Z + N Z = atomic number (the number of protons in the nucleus) N = number of neutrons in the nucleus Isotope = atoms of an element with the same number of protons, but a different number of neutrons
17 ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS Natureza ondulatória da luz = c = v onde: (lambda) comp. onda (ni) frequência (s -1 = Hz) c veolicdade da luz V velocidade da onda c velocidade da luz = 2,998 x 10 8 m.s -1
18 ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS Natureza ondulatória da luz
Energia quantizada e fótons 19 Objetos quentes e quantização da energia Planck: a energia só pode ser liberada (ou absorvida) por átomos em certos pedaços de tamanhos mínimos, chamados quantum. A relação entre a energia e a frequência é onde h é a constante de Planck (6,626 x 10-34 J s).
20 O efeito fotoelétrico e fótons Energia quantizada e fótons vídeo (EF) Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons. Energia de um fóton:
Espectro de linhas e o modelo de Bohr A radiação composta por um único comprimento de onda é chamada de monocromática. A radiação que se varre uma matriz completa de diferentes comprimentos de onda é chamada de contínua. A luz branca pode ser separada em um espectro contínuo de cores. 21
Espectro de linhas e o modelo de Bohr As cores de gases excitados surgem devido ao movimento dos elétrons entre os estados de energia no átomo Espectro no infravermelho, visível e ultravioleta Espectro de linhas do átomo de hidrogênio Equação de Balmer Equação de Rydberg 22
Espectro de linhas e o modelo de Bohr Espectro de linhas n 1 = 1, 2,..., n 2 = n 1 + 1, n 1 + 2,... Equação de Rydberg 1 n 2 1 1 n 3.29x10 15 2 2 Hz Espectro de hidrogênio Series de Balmer visível Series Lyman UV Séries de Balmer: n 1 = 2 (n 2 = 3, 4,...) - Séries de Lyman: n 1 = 1 (n 2 = 2, 3,...) 23
24 Exercício Exemplo 1.7 Atkins 3 ed. Página 130. 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 na Figura b (slide anterior) a linha espectral produzida por essa transição.
Espectro de linhas e o modelo de Bohr Luz solar espectro contínuo Arco-íris Quando a luz solar passa através de uma prisma (água), a luz é separada por comprimento de onda. Obs: nem toda fonte de luz é contínua vídeo (TC) Espectro de sódio é descontínuo 25
O modelo de Bohr 26 Rutherford supôs que os elétrons orbitavam o núcleo da mesma forma que os planetas orbitam em torno do sol; Para explicar o espectro de linhas de hidrogênio, Bohr assumiu que os elétrons no átomo de H, movem-se em órbitas circulares ao redor do núcleo (porém a física clássica diz que uma partícula carregada movendo em uma trajetória circular deve perder energia (átomo instável); Interpretação clássica Como resolver este problema? Adotou a idéia de Planck de que as energias eram quantizadas.
O modelo de Bohr 27 Postulados do modelo de Bohr 1. Somente órbitas de certos raios, correspondendo a certas energias definidas, são permitidas para os elétrons em um átomo. 2. Um elétron em certa órbita permitida tem certa energia específica e está em um estado de energia permitido. Um elétron em estado de energia permitido não irradiará energia e, portanto, não se moverá em forma de espiral em direção ao núcleo. 3. A energia só é emitida ou absorvida por um elétron quando ele muda de um estado de energia permitido para outro. Essa energia é emitida ou absorvida como fóton, E = h.
Referências sugeridas para o aluno 28 1. ATKINS, P.; JONES, J. Princípios de Química. Tradução de Ricardo Bicca de Alencastro. 3. ed. Porto Alegre: BOOKMAN, 2006. 968p. 2. BROWN, T. L.; LeMAY, H. E.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J. R. Química : A ciência central. Tradução de Robson Mendes Matos. 9. ed. São Paulo : Person Prentice Hall, 2005. 3. RUSSEL, J.B. Química Geral, MacGrall-Hill Ltda. São Paulo.