2.2 Modelo de Bohr

Do espetro descontínuo à quantificação da energia do eletrão no átomo 2.2 Modelo de Bohr Do espetro descontínuo à quantificação da energia do eletrão no átomo Na teoria de Max Planck, a energia não é absorvida nem emitida de forma contínua mas por “pacotes”, designados, cada um, por quantum de energia. Niels Bohr, após os estudos de Planck, concluiu que só alguns estados de energia são permitidos para o eletrão no átomo – são os chamados estados estacionários de energia. Fig. 1 | Max Planck (1858-1947) A descontinuidade das riscas espetrais está associada à descontinuidade da energia do eletrão no átomo.

Do espetro descontínuo à quantificação da energia do eletrão no átomo 2.2 Modelo de Bohr Do espetro descontínuo à quantificação da energia do eletrão no átomo n=5 n=4 Podemos estabelecer uma analogia entre o estado estacionário de energia com o “estado” de uma bola quando desce ou sobe uma escada. n=3 n=2 A bola só pode permanecer num dos degraus e não entre eles. Mas atenção: no átomo, os “degraus” não se encontram todos à mesma distância uns dos outros! n=1 Fig. 2 | Esquema da descontinuidade de energia

Energia do eletrão no átomo 2.2 Modelo de Bohr Energia do eletrão no átomo O eletrão no átomo tem: energia potencial elétrica, Ep, devido à interação elétrica entre cargas; energia cinética, Ec, porque o eletrão tem massa e velocidade. Eeletrão = Epotencial + Ecinética Fora da ação do núcleo, onde a energia potencial do eletrão é nula (Ep = 0), se o eletrão estiver em repouso (Ec = 0), a energia total do eletrão é nula. Para extrair o eletrão do átomo, ficando este com energia nula, é preciso fornecer-lhe energia. Deste modo se conclui que no átomo a energia do eletrão é negativa.

2.2 Modelo de Bohr Modelo de Bohr Bohr formulou o seu modelo para o átomo de hidrogénio, admitindo que: o eletrão gira à volta do núcleo em órbitas circulares cujos valores de raio e energia não são aleatórios, isto é, apenas podem assumir determinados valores, pois estão quantizados; Fig. 3 | Niels Bohr (1885-1962) enquanto o eletrão percorre determinada órbita, não absorve nem emite energia;

2.2 Modelo de Bohr Modelo de Bohr quando o eletrão absorve energia, transita de uma órbita mais interna para uma órbita mais externa. quando o eletrão emite energia, transita de uma órbita mais externa para uma órbita mais interna.

Energia do eletrão no átomo de hidrogénio 2.2 Modelo de Bohr Energia do eletrão no átomo de hidrogénio O diagrama mostra os valores de energia do eletrão no átomo de hidrogénio (estados estacionários de energia). A partir dos valores verifica-se que: os valores de energia do eletrão no átomo são negativos; a energia que o eletrão assume no átomo só pode ter determinados valores e não todos, o que significa que a energia está quantizada; os níveis de energia vão sendo cada vez mais próximos, isto é, a diferença entre níveis consecutivos de energia é cada vez menor. Fig. 3 | Diagrama de energia do H

Energia do eletrão no átomo de hidrogénio 2.2 Modelo de Bohr Energia do eletrão no átomo de hidrogénio Tal como já foi mencionado, quando o eletrão ocupa o nível de menor energia diz-se que o átomo está no estado fundamental. Quando o eletrão ocupa qualquer outro estado de energia superior diz-se que o átomo está num estado excitado. Os estados excitados não são estáveis. Os eletrões têm tendência a transitar para um estado de energia mais baixo, emitindo energia sob a forma de radiação eletromagnética (feixe de fotões). na emissão: ΔE < 0 ΔE = Enível final – Enível inicial na absorção: ΔE > 0

Energia do eletrão no átomo de hidrogénio 2.2 Modelo de Bohr Energia do eletrão no átomo de hidrogénio Os eletrões de um conjunto de átomos de hidrogénio podem transitar para estados excitados, absorvendo energia através de vários processos. Ao “regressarem” a estados de energia mais baixos, emitem energia sob a forma de radiação eletromagnética, dando origem às riscas que se observam no espetro Prisma Alvo Hidrogénio Fig. 4 | Espetro de emissão do hidrogénio

Espetro de emissão do hidrogénio 2.2 Modelo de Bohr Espetro de emissão do hidrogénio 10

Espetro de emissão do hidrogénio 2.2 Modelo de Bohr Espetro de emissão do hidrogénio Do estudo das riscas do espetro do átomo de hidrogénio conclui-se que: as radiações no ultravioleta, equivalentes a transições do eletrão de estados excitados (n > 1) para o estado fundamental (nível 1), constituem a série de Lyman; as radiações no visível, equivalentes a transições do eletrão de estados excitados (n > 2) para o nível 2, constituem a série de Balmer; as radiações no infravermelho, equivalentes a transições do eletrão de estados excitados (n > 3) para o nível 3, constituem a série de Paschen;

Absorção de energia por um átomo 2.2 Modelo de Bohr Absorção de energia por um átomo Quando sobre um átomo incide energia sob a forma de radiação podem ocorrer várias situações: A energia da radiação incidente é exatamente igual à energia suficiente para extrair o eletrão do átomo (energia de remoção) O átomo fica ionizado. O eletrão abandona o átomo, ficando com energia cinética nula.

Absorção de energia por um átomo 2.2 Modelo de Bohr Absorção de energia por um átomo A energia da radiação incidente é superior à energia de remoção do eletrão. O átomo fica ionizado. O eletrão abandona o átomo com energia cinética.

Absorção de energia por um átomo 2.2 Modelo de Bohr Absorção de energia por um átomo A energia da radiação incidente é inferior à energia de remoção do eletrão e corresponde exatamente à energia necessária e suficiente para provocar uma transição desse eletrão. O átomo não fica ionizado. O eletrão transita para um estado de energia permitido e o átomo fica excitado.

Absorção de energia por um átomo 2.2 Modelo de Bohr Absorção de energia por um átomo A energia da radiação incidente é inferior à energia de remoção do eletrão, mas não corresponde à energia necessária e suficiente para provocar uma transição desse eletrão. A radiação não é absorvida. Não ocorre transição

2.2 Modelo de Bohr Atividade Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes. Só ocorre transição eletrónica quando a energia do fotão corresponde exatamente à diferença de energia entre dois níveis. Se a energia do fotão for superior à energia de remoção do eletrão o eletrão é ejetado com energia cinética nula. Uma transição eletrónica do nível 3 para o nível 2 do eletrão do átomo de hidrogénio absorve radiação na região do visível. Planck foi quem definiu o quantum de energia. Sempre que um eletrão absorve energia passa para um estado excitado.

2.2 Modelo de Bohr Atividade – Resolução Verdadeira. Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes. Só ocorre transição eletrónica quando a energia do fotão corresponde exatamente à diferença de energia entre dois níveis. Se a energia do fotão for superior à energia de remoção do eletrão o eletrão é ejetado com energia cinética nula. Uma transição eletrónica do nível 3 para o nível 2 do eletrão do átomo de hidrogénio absorve radiação na região do visível. Planck foi quem definiu o quantum de energia. Sempre que um eletrão absorve energia passa para um estado excitado. Verdadeira. Falsa. É ejetado com um determinado valor de energia cinética. Falsa. Emite radiação na região do visível. Verdadeira. Falsa. Tanto pode passar para um estado excitado como ser extraído do átomo.

Em síntese 2.2 Modelo de Bohr Modelo de Bohr: os eletrões gravitam à volta do núcleo em órbitas bem definidas, com energia e raio quantizados. Órbitas: circunferências bem definidas onde se encontra um eletrão com uma dada energia. – Enquanto um eletrão percorre uma dada órbita, não emite nem absorve energia. – Quando um eletrão transita de uma órbita mais energética para outra menos energética, emite uma radiação. – Quando um eletrão transita de uma órbita menos energética para outra mais energética, absorve radiação.

Em síntese 2.2 Modelo de Bohr Espetro de emissão do hidrogénio: conjunto de radiações emitidas pelos átomos de hidrogénio, quando os eletrões transitam de níveis mais energéticos para níveis menos energéticos. – Os “saltos” de n > 1 para n = 1 correspondem a radiação UV – série de Lyman. – Os “saltos” de n > 2 para n = 2 correspondem a radiação visível – série de Balmer. – Os “saltos” de n > 3 para n = 3 correspondem a radiação IV – série de Paschen. Absorção de radiação por um átomo: – Se a energia da radiação incidente for igual ou maior do que a energia da ionização, a radiação é absorvida e o átomo fica ionizado. – Se a energia da radiação incidente for igual à diferença de energias entre níveis permitidos para o átomo, a radiação é absorvida e o eletrão transita de nível. O átomo fica excitado.