Teorias, modelos atômicos e estrutura atômica dos átomos:

Átomos, moléculas e íons Configuração eletrônica

Modelo atômico de Dalton Entre 1803-1807 surgiu a base para a teoria atômica, no trabalho do professor inglês John Dalton Dalton e seus Postulados Cada elemento é composto de partes extremamente pequenas chamadas átomos Os átomos de um dado elemento são idênticos Os átomos de um elemento não se convertem em diferentes tipos de átomos em reações químicas Compostos são formados quandos átomos de mais de um elemento se combinam

A teoria de Dalton deu origem a leis simples de combinação química: Lei da composição constante (postulado 4) Em um determinado composto o número relativo de átomos e seus tipos são constantes Lei da conservação das massas (postulado 3) A massa total dos materiais presentes depois da reação química é igual a massa total antes da reação Lei das proporções múltiplas H2O 8g O se combinam com 1g de H (1:1) H2O2 16g O se combinam com 1g de H (2:1) Assim a água oxigenada contém 2 x mais oxigênio por hidrogênio do que a água

Descoberta da estrutura atômica Hoje se sabe que os átomos possuem uma estrutura interna (não são maciços). São constituídos de partículas menores ainda, as partículas subatômicas. Um elemento difere de outro porque seus átomos possuem números diferentes de cada partícula subatômica e, conseqüentemente, diferentes massas e tamanhos.

Descoberta da estrutura atômica Comportamento das partículas: “Partículas de mesma craga se repelem, partículas com cargas diferentes se atraem” cátodo ânodo A 1ª partícula subatômica (elétrons) 1897 por John Thomson “raios catódicos”

Modelo de Thomson (1897) A existência do elétron levava a crer na existência de uma partícula positiva que anulasse a carga negativa, uma vez que o átomo é neutro Massa Positiva O átomo seria uma esfera carregada positivamente e os elétrons estariam suspensos nessa massa, “como pudim de ameixas” Elétrons

Radioatividade Rutherford: revelou 3 tipos de radiação: 1896: Henri Becquerel estudndo urânio descobriu que este mineral emitia radiação de alta energia espontâneamente Rutherford: revelou 3 tipos de radiação: a b g Partículas de movimento rápido a compactas, carga positiva b elétrons em alta velocidade g alta energia, não possui carga

O Modelo de Thomson foi derrubado em 1910 por um experimento realizado por Ernest Rutherford Partículas a dispersadas quando passavam por folha de ouro

Não explicava como os elétrons estavam localizados ao redor do núcleo Falhas no Modelo de Rutherford Não explicava como os elétrons estavam localizados ao redor do núcleo Rutherford concluiu que quase toda a massa do átomo está concentrada em um núcleo, núcleo atômico O núcleo é carregado positivamente 1919: Rutherford descobre os prótons 1923: Chadwick descobre os nêutrons

Com o experimento da folha de ouro comprova a existência de um núcleo atômico. Não explica a distribuição de elétrons ao redor do núcleo. Rutherford Bohr Propõe que os elétrons estão em constante movimento ao redor do núcleo. 1) Os elétrons podem orbitar somente a certas distâncias do núcleo 2) Átomos liberam ou absorvem energia quando um elétrons passa para outro nível energia 3) A energia só é emitida ou absorvida quando ele muda o estado de energia

Modelo de Bohr (1913) Sistema solar microscópico no qual os elétrons se movimentam ao redor do núcleo.

Modelos Atômicos

O modelo atual é definido pela Modelo Moderno da Estrutura Atômica O modelo de Bohr oferece uma explicação para o átomo de hidrogênio, mas não explica o espectro de outros átomos. O modelo atual é definido pela MECÂNICA QUÂNTICA O entendimento de como a luz (radiação eletromagnética) interage com a matéria fornece a compreensão clara do comportamento dos elétrons no átomo

LUZ = RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Estrutura eletrônica Descreve as energias e os arranjos dos elétrons ao redor do núcleo A observação da interação da luz com a matéria revela bastante sobre a estrutura eletrônica LUZ = RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Componentes elétricos Componentes magnéticos

Natureza ondulatória da luz Ondas que transportam energia Comprimento de onda Amplitude Frequência = número de comprimentos de onda completos que passam por determinado ponto a cada segundo Comprimento de onda Frequência

Radiação Eletromagnética Consiste de campos elétrico e magnético oscilando a uma velocidade de 3 x 108 ms-1 (c) – chamada velocidade da luz Empurra partículas carregadas como os elétrons em uma direção e depois na direção oposta, e assim sucessivamente (um ciclo) Oscila também quanto a intensidade. Formas de Radiação Eletromagnética Luz Visível Ondas de Rádio Microondas Raios-X

Os átomos desprendem cores características de luz o que fornece pistas de como os elétrons estão arranjados nos átomos Espectro contínuo

Átomo de Hidrogênio e Espectro de Linhas Quando o gás H2 recebe alta energia ele emite luz com um comprimento de onda () específico H2 (g) absorve energia, elétrons ficam excitados, e quando retornam ao estado fundamental emitem luz

Um elétron permanece no menor nível de energia caso não sofra nenhuma perturbação Energia é absorvida ou emitida se um elétron muda de um nível de energia para outro n = 4 n = 3 n = 2 Luz + 984 kJ - 984 kJ n = 1 DE = Efinal - Einicial

Efeito fotoelétrico EINSTEIN propôs que quando um fóton (pacote de energia) atinge uma superfície metálica emite elétrons

O Modelo atômico de Bohr explicava apenas o H e outros sistemas com um elétron como He + Erwin Schrödinger - trabalhou em uma teoria com relação ao comportamento do elétron nos átomos utilizando a mecânica quântica. dualidade onda partícula do elétron descreveu o movimento do e- como uma função de onda A localização de um elétron em um átomo é descrita por uma função de onda conhecida como orbital atômico. Os orbitais atômicos são designados por seus números quânticos.

Forma dos orbitais moleculares Cada orbital descreve uma distribuição específica da densidade eletrônica no espaço

Números Quânticos n = 1, 2, 3, 4, 5 … l = 0, 1, 2, 3, 4… Os números quânticos designam o arranjo eletrônico de todos os átomos (configurações eletrônicas). 1) Número quântico principal (n) – descreve o nível ou camada que o elétron ocupa. Está relacionada com a distância do núcleo e energia do elétron. Pode ser qualquer número inteiro positivo n = 1, 2, 3, 4, 5 … 2) Número quântico do momento angular (l)– descreve a forma da região espacial que o elétron pode ocupar. Designa um subnível dentro de n. Números inteiros partindo de 0 até n-1 l = 0, 1, 2, 3, 4… s, p, d, f, g…

3) Número quântico magnético (ml) – está relacionado com a orientação do orbital no espaço. Designa um orbital específico dentro de uma subcamada. Pode ser qualquer valor partindo de -l até + l. l = 0  m(l) = 0 l = 1  m(l) = -1, 0, +1 4) Número quântico magnético de spin (ms) – sentido em que o elétron gira em torno de si mesmo. Pode ser +1/2 (sentido horário) ou -1/2 (sentido anti-horário)

O elétron se comporta como se estivesse girando em volta de um eixo Spin eletrônico Número quântico magnético O elétron se comporta como se estivesse girando em volta de um eixo + 1/2 - 1/2 www.prenhall.com/brown_br

m(s) = +1/2 e -1/2 para cada m(l)

camada eletrônica ocupada de maior (n), número quântico principal Configurações Eletrônicas no Estado Fundamental Na Tabela Periódica os elementos foram organizados de acordo com sua Estrutura Eletrônica Camada de Valência camada eletrônica ocupada de maior (n), número quântico principal Propriedades Químicas 1860 – Congresso na Alemanha reuniu muitos químicos com a intenção de obter concordância em alguns resultados tais como: existência do átomo, as massas atômicas corretas, e como os elementos se relacionam entre si.

Composição atômica A Z Número de prótons Número de nêutrons Número de elétrons Número atômico (Z) = número de prótons presentes no núcleo atômico Um elemento químico é definido por seu número atômico. Isótopos: átomos com mesmo número de prótons (Z) A Número de Massa (A) = soma do número de prótons e nêutrons Isóbaros: átomos com mesmo número de massa Símbolo do elemento Z

Linhas Horizontais Período - Elementos de um mesmo período tem a mesma camada de valência expressa pelo número quântico principal (n)

Linhas Verticais Grupo - Elementos de um mesmo Grupo tem a mesma configuração de elétrons de valência

Qual a configuração eletrônica do Na no estado fundamental? Diagrama de Linus Pauling Na Z = 11 1s2 2s2 2p6 3s1

Íons e compostos ionicos X Átomo que perde um elétron = + cátion Átomo que ganha um elétron = - ânion

Contração devido ao aumento da atração nuclear Energia de Ionização Energia necessária para retirar um elétron de um átomo na fase gasosa I1 → átomo neutro I2 → cátion gasoso com uma carga unitária Contração devido ao aumento da atração nuclear

A Energia de Ionização diminui com o aumento de camadas eletrônicas Menor atração nuclear A Energia de Ionização aumenta com o aumento de Z Maior atração nuclear

O que é Mol? 1 mol contém o mesmo número de espécies (átomos, moléculas, íons, partículas) = 6,022 x 1023 Este é o chamado número de Avogadro É um fator de conversão entre o número de átomos, moléculas, íons etc... em gramas, em outras palavras, entre a escala atômica e a escala macroscópica

Massa molar = a quantidade em gramas de 1 mol (6, 022 x 1023) de qualquer átomo, molécula, etc.