Natureza ondulatória da luz

Natureza ondulatória da luz De acordo com a teoria ondulatória, a energia contida em, ou carregada por uma onda eletromagnética é proporcional ao quadrado das amplitudes máximas das ondas elétricas e magnéticas Energia α (E)2 + (H)2 α intensidade luminosa Aspecto importante de acordo com a teoria ondulatória a energia de uma onda depende somente de sua amplitude e não da sua frequência ou de seu comprimento de onda.

Natureza ondulatória da luz A teoria ondulatória da luz foi bem sucedida para explicar a maioria das propriedades da luz entretanto ela não foi capaz de explicar a natureza da radiação que emana de um sólido aquecido (Radiação de um corpo preto – Planck – 1900). A teoria ondulatória também não conseguia explicar o efeito fotoelétrico e nem o espectro de linhas de gases submetidos a alta voltagem.

Natureza ondulatória da luz Experiência da Radiação de um Corpo Preto Quando a temperatura do corpo radiante é elevada diminui o comprimento de onda no qual há maior emissão de luz

Energia quantizada e fótons Planck (1900): a energia liberada (ou absorvida) por átomos deve ser um múltiplo inteiro de uma quantidadade fundamental, chamada quantum. (quantum = quantidade fixa). A relação entre a energia e a frequência é onde h é a constante de Planck (6,626  10-34 J s). Para entender a quantização, considere você subindo uma rampa e depois você subindo uma escada. A energia potencial de uma pessoa subindo uma rampa aumenta de maneira uniforme e contínua ao passo que a energia de uma pessoa subindo a escada aumenta de maneira gradual e quantizada.

Energia quantizada e fótons O efeito fotoelétrico e fótons Chama-se efeito fotoelétrico a emissão de elétrons pela superfície de um metal quando a mesma é atingida por luz de frequência igual ou superior a um valor determinado.

Energia quantizada e fótons O efeito fotoelétrico e fótons O efeito fotoelétrico fornece evidências para a natureza de partícula da luz - “quantização”. A luz expulsa os elétrons da superfície de um metal. Os elétrons somente serão expelidos se a frequência mínima é alcançada. Abaixo da frequência mínima, nenhum elétron é expelido. Acima da frequência mínima, o número de elétrons ejetados depende da intensidade da luz.

Energia quantizada e fótons O efeito fotoelétrico e fótons A teoria ondulatória da luz não explicava detalhes da experiência: a)Nenhum elétron era emitido, antes que a frequência da luz alcançasse um certo valor crítico. b)A energia cinética dos elétrons emitidos é proporcional a frequência da luz. c) A energia dos elétrons emitidos independe da intensidade da luz. d)O nº de elétrons emitidos é proporcional a intensidade luminosa

Energia quantizada e fótons O efeito fotoelétrico e fótons De acordo com a teoria ondulatória a energia da luz independe da frequência logo não podia explicar as letras (a) e (b). Ainda mais: a teoria ondulatória previa que a energia dos elétrons devia aumentar à medida que a intensidade da luz aumentasse.

Energia quantizada e fótons O efeito fotoelétrico e os fótons Einstein (1905) supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons. A energia de um fóton:

Efeito fotoelétrico (b) fotocélula

Energia quantizada e fótons O efeito fotoelétrico e fótons Einstein o efeito fotelétrico só pode ser explicado se a luz fosse constituída de fótons com energia h. Propôs: fóton →colisão com o elétron →cede energia ao elétron → parte da energia é usada para remover o elétron → a energia restante é utilizada pelo elétron como energia cinética

O efeito fotoelétrico e fótons Ec 𝝂o 𝝂 Figura mostrando a relação entre a energia cinética dos elétrons ejetados versus a frequência da luz incidente.

O efeito fotoelétrico e fótons

Espectros 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. Observe que não há manchas escuras no espectro contínuo que corresponderiam a linhas diferentes.

Um espectro visível contínuo é produzido quando um feixe estreito de luz branca atravessa um prisma. A luz branca poderia ser a luz do sol ou a luz de uma lâmpada incandescente.

Espectros de linhas e o modelo de Bohr

Espectros de linhas e o modelo de Bohr

Espectros 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.

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Balmer: descobriu que as linhas no espectro de linhas visíveis do hidrogênio se encaixam em uma equação simples Mais tarde, Rydberg generalizou a equação de Balmer para: onde R é a constante de Rydberg (1,096776  107 m-1), n1 e n2 são números inteiros (n2 > n1).

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Rutherford supôs que os elétrons orbitavam o núcleo da mesma forma que os planetas orbitam em torno do sol. Entretanto, uma partícula carregada movendo em uma trajetória circular deve perder energia.

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Isso significa que o átomo deve ser instável de acordo com a teoria de Rutherford. Bohr observou o espectro de linhas de determinados elementos e admitiu que os elétrons estavam confinados em estados específicos de energia. Esses foram denominados órbitas.

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Bohr baseou seu modelo em três postulados: Somente órbitas de certos raios, correspondendo a certas energias definidas, são permitidas para os elétrons em um átomo;

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Um elétron em certa órbita permitida tem certa energia específica e está em um estado de energia “permitido”. Um elétron em um estado de energia permitido não irradiará energia e, portanto, não se moverá em forma espiral em direção ao núcleo;

Espectros de linhas e o modelo de Bohr 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.

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Como os estados de energia são quantizados, a luz emitida por átomos excitados deve ser quantizada e aparecer como espectro de linhas. Bohr mostrou que: onde n é o número quântico principal (por exemplo, n = 1, 2, 3…).

Espectros de linhas e o modelo de Bohr A primeira órbita no modelo de Bohr tem n = 1, é a mais próxima do núcleo e convencionou-se que ela tem energia negativa. A órbita mais distante no modelo de Bohr tem n próximo ao infinito e corresponde à energia zero. Os elétrons no modelo de Bohr podem se mover apenas entre órbitas através da absorção e da emissão de energia em quantum (h).

Espectros de linhas e o modelo de Bohr E = Ef – Ei = Efóton = h E = h = hc/ = (-2,18x10-18)(1/nf2 – 1/ni2) 1/ = (-2,18x10-18/hc)(1/nf2 – 1/ni2) R = cte. de Rydberg

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Qual das seguintes transições eletrônicas produz a linha espectral de comprimento de onda () mais longo: ni = 2 para nf = 1; ni = 3 para nf = 2; ni = 4 para nf = 3.

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Qual das seguintes transições eletrônicas produz a linha espectral de comprimento de onda () mais longo: ni = 2 para nf = 1; ni = 3 para nf = 2; ni = 4 para nf = 3. Menor espaço entre estados, menor energia.

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Qual das seguintes transições eletrônicas produz a linha espectral de comprimento de onda () mais longo: ni = 2 para nf = 1; ni = 3 para nf = 2; ni = 4 para nf = 3. Menor espaço entre estados, menor energia. E = h  : E e  diretamente proporcionais

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Qual das seguintes transições eletrônicas produz a linha espectral de comprimento de onda () mais longo: ni = 2 para nf = 1; ni = 3 para nf = 2; ni = 4 para nf = 3. Menor espaço entre estados, menor energia. E = h  : E e  diretamente proporcionais =c/ :  aumenta com a diminuição de 

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Qual das seguintes transições eletrônicas produz a linha espectral de comprimento de onda () mais longo: ni = 2 para nf = 1; ni = 3 para nf = 2; ni = 4 para nf = 3. Menor espaço entre estados, menor energia. E = h  : E e  diretamente proporcionais =c/ :  aumenta com a diminuição de  Maior comprimento de onda n = 4 para n = 3.

Espectros de linhas e o modelo de Bohr Séries Lyman nf = 1 ni = 2, 3, 4, 5, …,  UV Séries Balmer nf = 2 ni = 3, 4, 5, 6, …,  Vis Séries Pashen nf = 3 ni = 4, 5, 6, 7, …,  IV

Limitações do Modelo de Bohr Pode explicar adequadamente apenas o espectro de linhas do átomo de hidrogênio Descreve o elétron como uma partícula circulando ao redor do núcleo, sendo que o elétron apresenta propriedades ondulatórias

Importância do Modelo de Bohr Apesar do modelo de Bohr ser incompleto e insatisfatório, ele é importante, pois introduz a idéia de quantização da energia dos elétrons num átomo. Isto significa também que a energia é descontínua, ou seja, existem unidades mínimas e, portanto finitas de energia. Também significa que o elétron, quando está ocupando um determinado nível energético dentro de um átomo, não emite energia mesmo que esteja em movimento.

Importância do Modelo de Bohr Dito de outra maneira o modelo de Bohr apresenta duas idéias principais que também são incorporadas pelo nosso modelo atual: a) Os elétrons existem apenas em níveis de energia distintos, que são descritos pelos números quânticos. b) A energia está envolvida na movimentação do elétron de um nível para outro.

Importância do Modelo de Bohr Lembremos ainda que parte do vocabulário usado no novo modelo atômico é oriundo do átomo de Bohr. A guisa de exemplo podemos citar que as idéias de estado fundamental e estado ativado são originárias do modelo de Bohr.