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O Átomo de Hidrogênio Equação de Schrödinger em coordenadas esféricas: Separação de variáveis:

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1 O Átomo de Hidrogênio Equação de Schrödinger em coordenadas esféricas: Separação de variáveis:

2 Átomo de hidrogênio

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5 Substituindo na Eq. Schrödinger obtemos 3 equações: O Átomo de Hidrogênio Equação Azimutal Equação de Colatitude Equação Radial

6 As soluções das equações angulares (azimutal e colatitude) são dadas por: A Função Angular Função angular: encontramos AB

7 A Função Radial No caso geral, a solução é dada por: número quântico principal O número quântico n define a energia do átomo, da mesma forma que no modelo de Bohr:

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10 Interpretação da função angular número quântico magnético número quântico orbital L está relacionado à grandeza momento angular orbital e seu módulo é quantizado: L z é a componente na direção z do momento angular orbital

11 A Função Angular Exemplo: Observe que: - Tanto o módulo quanto a componente z do momento angular são quantizados

12 A Função Angular Quando l = 0, a função de onda exibe simetria esférica.

13 A Função Angular Quando l = 1, a função de onda exibe simetria em torno do eixo z.

14 A Função Angular Portanto, o par (l, m l ) define o tipo de simetria da função de onda: Orbital (s) Orbital (p) Orbital (d) Orbital (f)

15 Resumo: Átomo de Hidrogênio Elétron confinado em 3 dimensões: 3 números quânticos n determina a energia do átomo l e m l determinam o momento angular do átomo e e a simetria da função de onda O elétron possui um número quântico intrínseco de spin, formando um total de 4 números quânticos

16 Átomos de muitos elétrons São descritos pelos mesmos números quânticos que o átomo de hidrogênio Como preencher os níveis de energia? PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI: cada estado só pode ser ocupado por, no máximo, 1 elétron MÍNIMA ENERGIA: os estados ocupados são sempre os de menor energia possível LEI DE HUND: Deve-se maximizar o spin desde que os princípios anteriores não sejam violados.

17 Átomos de muitos elétrons Número de estados possíveis: n = 1: 2 estados n = 2: 8 estados n = 3: 18 estados Número de elementos por linha da tabela periódica!

18 Átomos de muitos elétrons

19 1) Considere as funções de onda a seguir, que representam dois estados distintos de um átomo de hidrogênio: Considere que um elétron se encontrava inicialmente no estado descrito por 2 e, após emitir espontaneamente um fóton, passou a ocupar o estado descrito por 1. Determine: a) A energia do fóton emitido. b) O número total de estados nos quais a energia de ionização do elétron é a mesma que a representada pelo estado 2. d) A probabilidade de o elétron ser encontrado na região x > 0, após a emissão do fóton. e) A probabilidade de que, após a emissão do fóton ter ocorrido, o átomo emita espontaneamente um outro fóton em um tempo inferior a 10 ms. 2) Para cada uma das afirmativas abaixo, determine se ela é verdadeira (V) ou falsa (F). a)Os números quânticos n = 2, l = 0, m l = 0 e m s = -1/2 descrevem o estado do elétron mais energético do átomo de carbono no estado fundamental. b) Dois átomos de hidrogênio no estado fundamental possuem, necessariamente, o mesmo valor de momento angular total. c) Se dois elétrons de comprimentos de onda iguais a 10 e 5 angstroms incidem numa barreira de potencial, o primeiro tem maior probabilidade de atravessá-la do que o segundo. d) O elétron, por possuir massa, sempre se comporta como partícula, enquanto o fóton, que não possui massa, pode se comportar tanto como partícula como quanto onda, dependendo do experimento. Exercícios


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