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ÁTOMOS: ESTRUTURA ELETRÔNICA. O que fazem os elétrons? Como eles se mantém em órbita? As leis da física eram insatisfatórias para descrever movimento.

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1 ÁTOMOS: ESTRUTURA ELETRÔNICA

2 O que fazem os elétrons? Como eles se mantém em órbita? As leis da física eram insatisfatórias para descrever movimento de partículas tão pequenas quanto os átomos. Bohr propôs a elucidação da estrutura atômica pelo estudo da natureza da luz emitida pelas substâncias a temperatura alta ou sob influência de descarga elétrica Melhor maneira de investigar a estrutura atômica - estudo da interação dos átomos com a radiação eletromagnética

3 Todas as ondas têm um comprimento de onda característico,, e uma amplitude, A. A frequência,, de uma onda é o número de ciclos que passam por um ponto em um segundo. A velocidade de uma onda, v, é dada por sua frequência multiplicada pelo seu comprimento de onda. Para a velocidade da luz = c = 2,99x10 8 m.s -1. Propriedades das Ondas λ é geralmente expresso em metros (m) ou nm (visível) ν é expressa em s -1 (hertz – Hz)

4 Natureza Ondulatória

5 A radiação eletromagnética se movimenta através do vácuo com uma velocidade de 2,99 x 10 8 m/s. As ondas eletromagnéticas têm características ondulatórias semelhantes às ondas que se movem na água. Natureza Ondulatória

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7 Planck: a energia só pode ser liberada (ou absorvida) por átomos em pacotes, chamados quantum (mais tarde denomidos fótons). A relação entre a energia de um fóton e a frequência é onde h é a constante de Planck (6, J s). O efeito fotoelétrico fornece evidências para a natureza de partícula da luz - quantização. Para entender a quantização, considere a subida em uma rampa versus a subida em uma escada: Para a rampa, há uma alteração constante na altura, enquanto na escada há uma alteração gradual e quantizada na altura. Energia e Fótons

8 Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons. A energia de um fóton: Energia Quantizada e Fótons À medida que frequência aumenta, energia aumenta À medida que comprimento de onda aumenta, energia diminui

9 PROBLEMAS NUMÉRICO 1-Os aparelhos de CD (compact disc) operam com lasers que emitem luz vermelha com o de 685 nm. Qual é a energia de um fóton desta luz? h = 6,63x J.s (nm) ( m) 2- A luz violeta tem =410nm. Qual a sua frequência? Qual é a energia de um fóton de luz violeta? Qual a energia de 1,0 mol de fótons violeta? Compare a energia do fóton de luz violeta com a energia de um fóton de luz vermelha. Qual tem mais energia? Por qual fator?

10 Modelo de Bohr Bohr propôs alguns postulados: O elétron se move em torno de um núcleo em uma órbita fixa. As órbitas do elétron são restritas, isto é, nem todas órbitas são permitidas em qualquer situação Os elétrons em órbita NÃO emitem energia eletromagnética. Emissão de energia (ou absorção) ocorre somente na passagem de níveis. Cada órbita tem uma energia associada, e a diferença de energia entre dois níveis é igual à energia emitida/absorvida na mudança.

11 Sabendo-se que a luz tem uma natureza de partícula, parece razoável perguntar se a matéria tem natureza ondulatória. Utilizando as equações de Einstein e de Planck, De Broglie propôs que todo tipo de matéria apresenta propriedades ondulatórias: O momento, mv, é uma propriedade de partícula, enquanto λ é uma propriedade ondulatória. De Broglie resumiu os conceitos de ondas e partículas, com efeitos notáveis se os objetos são pequenos. O comportamento ondulatório da matéria

12 Considere uma bola (0,150 Kg) se movendo a 41,6 m/s Um elétron na mesma velocidade: Fora do espectro eletromagnético Região IV

13 O princípio da incerteza de Heisenberg: na escala de massa de partículas atômicas, não podemos determinar exatamente a posição, a direção do movimento e a velocidade simultaneamente. Para os elétrons: não podemos determinar seu momento e sua posição simultaneamente. Nova abordagem da estrutura atômica leva em conta natureza ondulatória do elétron, seu comportamento é descrito em termos apropriados para ondas. Modelo descreve precisamente a energia do elétron e define sua localização em termos de probabilidades. O princípio da incerteza

14 Schrödinger propôs uma equação que contém os termos onda e partícula. A resolução da equação leva às funções de onda (ψ). A função de onda fornece o contorno do orbital eletrônico. O quadrado da função de onda fornece a probabilidade de se encontrar o elétron, isto é, dá a densidade eletrônica para o átomo. Mecânica quântica e orbitais atômicos

15 Mecânica quântica e orbitais atômicos

16 Mecânica quântica e orbitais atômicos Orbitais e números quânticos Se resolvermos a equação de Schrödinger, teremos as funções de onda e as energias para as funções de onda. Chamamos as funções de onda de orbitais. A equação de Schrödinger necessita de três números quânticos: 1.Número quântico principal, n. Informa a respeito da energia do orbital. À medida que n aumenta, o orbital torna-se maior e o elétron passa mais tempo mais distante do núcleo. n pode ser qualquer número inteiro de 1 a

17 Mecânica quântica e orbitais atômicos

18 Orbitais e números quânticos Os orbitais podem ser classificados em termos de energia para produzir um diagrama de Aufbau. Observe que o seguinte diagrama de Aufbau é para um sistema de um só elétron. À medida que n aumenta, o espaçamento entre os níveis de energia torna-se menor. Mecânica quântica e orbitais atômicos

19 Orbitais e números quânticos Mecânica quântica e orbitais atômicos

20 Representações dos orbitais Orbitais s Todos os orbitais s são esféricos. À medida que n aumenta, os orbitais s ficam maiores.

21 Orbitais p Existem três orbitais p, p x, p y, e p z. Os três orbitais p localizam-se ao longo dos eixos x-, y- e z- de um sistema cartesiano. As letras correspondem aos valores permitidos de m l, -1, 0, e +1. Os orbitais têm a forma de halteres. À medida que n aumenta, os orbitais p ficam maiores. Todos os orbitais p têm um nó no núcleo. Representações dos orbitais

22 Orbitais p

23 Orbitais d e f Existem cinco orbitais d e sete orbitais f. Três dos orbitais d encontram-se em um plano bissecante aos eixos x-, y- e z. Dois dos orbitais d se encontram em um plano alinhado ao longo dos eixos x-, y- e z. Quatro dos orbitais d têm quatro lóbulos cada. Um orbital d tem dois lóbulos e um anel. Representações dos orbitais

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25 Elétron comporta-se como se tivesse uma rotação, como a Terra. A descrição completa de um elétron em um átomo requer quatro números quânticos: n, l, m l, m s Representações dos orbitais

26 Atribuição dos elétrons

27 Para formar um cátion a partir de um átomo neutro, um ou mais elétrons de valência são removidos: Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Na + : [1s 2 2s 2 2p 6 ]+ e- Átomos e íons com elétrons desemparelhados são paramagnéticos (podem ser atraídos por um campo magnético). Do contrário são ditos diamagnéticos. Configuração eletrônica dos íons

28 Exercícios 1- Dê a configuração eletrônica do enxofre, usando as notações spdf, do gás nobre e de orbitais em caixas. Z=16 2- Dê a configuração eletrônica do cobre, e dos seus íons +1 e +2. Algum desses é paramagnético? Quantos elétrons desemparelhados há em cada um deles? Z=29 3- Utilizando a configuração eletrônica condensada para elétrons mais internos e de quadrículas para elétrons de valência, determine o número de elétrons desemparelhados nos seguintes átomos: Ti - (Z=22) Ga - (Z=31) Rh - (Z=45) I - (Z=53) 4- Dê a configuração de orbitais em caixas para K + e Cl -.


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