Estrutura eletrônica dos átomos Alunas: Luiza Vida e Alessandra Gregio Fonseca Prof. Dr. Élcio UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

Introdução Porque entender o comportamento dos elétrons? O que é estrutura eletrônica? Quando surgiu os estudos sobre a nova estrutura dos átomos?

Natureza ondulatória da luz Luz visível tipo de radiação eletromagnética transporta energia pelo espaço Velocidade da luz no vácuo (c) = 3 ∙ 108 m/s

Características ondulatórias Amplitude Freqüência Comprimento de onda

Relação Matemática λ = comprimento de onda . Freqüência (f) Maior comprimento de onda = menor freqüência Menor comprimento de onda = maior freqüência

Espectro Eletromagnético

Fenômenos Ondulatórios Radiação do corpo negro Efeito Fotoelétrico Espectros de emissão

Radiação de corpo negro Corpo negro: é um corpo cuja superfície absorve toda radiação térmica incidente sobre ele. Max Planck Quantum: é a menor energia que pode ser emitida ou absorvida como radiação eletromagnética Energia de um quantum = constante x freqüência Constante de Planck = 6.6262 ·10-34 J.s E = h x f

Radiação de corpo negro A troca de energia entre a matéria e a radiação ocorre em quanta, isto é, em pacotes de energia Átomos quentes do corpo negro: oscilam em alta freqüência e só podem trocar energia em pacotes iguais a E = h x f , confirmando a proposição de Planck.

Efeito Fotoelétrico É a ejeção de elétrons de um metal quando sua superfície é exposta à radiação ultravioleta Fótons: Pacotes minúsculos de energia Energia do fóton: E = h x f Luz: onda ou partícula?

Efeito Fotoelétrico

Espectros de Emissão Emissão de luz a partir de átomos de gás excitados. Forma-se quando a radiação de uma fonte de luz é separada em seus diferentes comprimentos de onda.

Tipos de Espectros Espectro Contínuo Radiação não-monocromática (ex.: luz incandescente)

Tipos de Espectros Espectro de Linhas Algumas fontes de luz (como alguns gases) Região preta = comprimentos de ondas ausentes na luz

O Modelo de Bohr POSTULADOS: 1) Órbitas permitidas 2) Estado estacionário 3) Saltos quânticos Limitação: Seus estudos basearam-se no espectro do hidrogênio, portanto seu modelo não pode ser aplicado a outros espectros de maneira precisa.

Aplicações do modelo Através do modelo de Bohr e de uma equação criada por ele é possível calcular as energias correspondentes a cada órbita permitida. Quanto mais separado de seu núcleo menor sua energia

Aplicações do modelo É possível calcular a variação de energia quando um elétron muda de um estado de energia para outro. Para ele pular deve absorver ou emitir energia.

Comportamento ondulatório da matéria Natureza dual da matéria (onda ou partícula?) inspirou De Broglie em seus estudos. Qual foi sua conclusão? O movimento de onda dos elétrons e outras partículas depende da massa e da velocidade:

Comportamento ondulatório da matéria Princípio da Incerteza (Heinsenberg) “Não é possível predizer, ao mesmo tempo, a posição e a quantidade de movimento de um elétron” Fala-se, então, em probabilidades. Ψ² (psi) = densidade de probabilidade.

Densidade Eletrônica

Mecânica quântica e os orbitais atômicos Orbitais: Regiões de maior probabilidade de se encontrar o elétron. Cada orbital tem energia e forma características e acomoda no máximo dois elétrons. Números Quânticos n → número quântico principal (nível) l → número quântico secundário ou azimutal (subnível) m → número quântico magnético (orientação espacial) ms ou s → número quântico de spin (rotação do elétron) ex: N ( Z = 7 ) → 1s2 2s2 2p3

Números Quânticos Subnível s (l = 0) Subnível p (l = 1) Subnível d (l = 2) Subnível f (l = 3)

Representação dos Orbitais Orbitais: distribuição definida no espaço (retrata a distribuição média da densidade eletrônica) Orbital s (n ≥ 1) Orbital p (n ≥ 2) Orbital d (n ≥ 3) Orbital f (n ≥ 4) Quanto maior for o número quântico n, maior será a chance de o elétron estar distante do núcleo

Átomos Polieletrônicos Todas as conclusões acima mostradas foram baseadas em estudos com o átomo de hidrogênio, que contém apenas um elétron. Como seria a ocupação dos orbitais por átomos polieletrônicos?

Átomos Polieletrônicos Spin Eletrônico: propriedade do elétron de girar em torno de seu próprio eixo. Princípio da Exclusão de Pauli: * Números quânticos iguais * Máximo de elétrons por orbital

Configurações Eletrônicas maneira pela qual os elétrons são distribuídos entre os vários orbitais de um átomo Estado fundamental Princípio da exclusão de Pauli Regra de Hund Configurações eletrônicas condensadas

Configurações eletrônicas e tabela periódica O princípio da exclusão de Pauli, a regra de Hund e os estudos dos orbitais nos permite entender a estrutura dos elementos na tabela periódica!

Configurações eletrônicas e tabela periódica Elementos representativos: o subnível mais externo é s ou p. São os elementos da família A e gases nobres.

Configurações eletrônicas e tabela periódica Elementos de transição: um subnível d é preenchido. Família B.

Configurações eletrônicas e tabela periódica Lantanídeos e actinídeos: o subnível f é preenchido.

Na prática... Imagem por ressonância magnética (IRM) Ressonância magnética nuclear (RMN) assim como os elétrons, os núcleos de muitos elementos possuem spins quantizados Hidrogênio: importante constituinte dos fluídos aquosos do corpo e do tecido gorduroso. Vantagens e desvantagens

Referências bibliográficas “Química: a ciência central” - Brown “Princípios de Química” – 3ª edição – Peter Atkins e Loretta Jones “Química Geral” – 2ª edição – John B. Russel “Física Quântica” – Eisberg e Resnick