Capítulo 41 Tudo sobre átomos

41.1 Os átomos e o universo Início do séc. XX dúvida sobre existência Hoje substâncias compostas de átomos manipulação de átomos

Experimento de Franck-Hertz 1914, James Franck & Gustav Hertz

41.2 Algumas propriedades dos átomos Os átomos são estáveis Os átomos se combinam entre si Ge Sólidos Moléculas

Átomos podem ser agrupados em famílias

Átomos podem ser agrupados em famílias

Os átomos emitem e absorvem luz absorção emissão

Os átomos possuem momento angular e magnetismo - z momento angular momento magnético Visão clássica

O experimento de Einstein-de Haas (1915) Wander Johannes de Haas (1878-1960) Albert Einstein 1915

O experimento de Einstein-de Haas .

41.3 O spin do elétron Elétron – momento angular intrínseco : spin Existência do spin: George Uhlenbeck & Samuel Goudsmit Teoria quântica relativística do spin: P. A. M. Dirac (1929)

Estados quânticos do elétron em um átomo

41.4 Momento angular e momento magnético Momento angular orbital: Momento magnético orbital:

Estes vetores não podem ser medidos diretamente, somente suas componentes (ang. semiclássico)

Momento angular de spin: Momento magnético de spin:

Estes vetores não podem ser medidos diretamente, somente suas componentes z

Soma dos momentos angulares orbitais e de spin Átomo com mais de 1 elétron: momento angular total número atômico z Como:

Verificação Um elétron se encontra em um estado quântico no qual o módulo do momento angular orbital é . Quantos valores são permitidos para a projeção do momento magnético orbital do elétron no eixo z?

41.5 O experimento de Stern-Gerlach (1922) Otto Stern Walther Gerlach

A surpresa

A força magnética que age sobre um átomo de prata pois q=0 (átomo) Potencial de um dipolo magnético em campo magnético: A força então é: Classicamente de –m a +m

O significado dos resultados

41.6 Ressonância magnética (nuclear)                                                                         

hf E antiparalelo paralelo

Espectro de ressonância magnética nuclear do etanol CH3-CH2-OH CH3 OH CH2

Exercícios e problemas 19E. Qual é o comprimento de onda de um fóton capaz de produzir uma transição do spin de um elétron em um campo magnético de 0,200 T ? Suponha que l=0.

41.7 O princípio de exclusão de Pauli Para partículas com s diferente de zero e diferente de número inteiro. “dois elétrons confinados na mesma armadilha não podem ter o mesmo conjunto de números quânticos.”

41.8 Armadilhas retangulares com mais de um elétron Armadilha unidimensional: Curral retangular: Caixa retangular: x y z Ly Lx x y z Ly Lx Lz

Determinação da energia total Onze elétrons são confinados num poço 3D de potencial infinito (caixa retangular) onde Lx=Ly=Lz=L. (a) Qual é a configuração eletrônica do estado fundamental do sistema de 11 elétrons? (b) Qual energia deve ser fornecida ao sistema para que ele passe ao primeiro estado excitado e qual é a energia deste estado? x y z Ly Lx Lz

Diagrama para 1 elétron E E2,2,2 E1,1,3 , E1,3,1 , E3,1,1 Possíveis transições

Configurações de energia do estado fundamental e do 1o. excitado E1,1,3 , E1,3,1 , E3,1,1 E1,2,2 , E2,1,2 , E2,2,1 E1,1,2 , E1,2,1 , E2,1,1 E1,1,1

E E 1o. excitado E2,2,2 E2,2,2 E1,1,3 , E1,3,1 , E3,1,1 E1,1,3 , E1,3,1 , E3,1,1 E1,2,2 , E2,1,2 , E2,2,1 E1,2,2 , E2,1,2 , E2,2,1 E1,1,2 , E1,2,1 , E2,1,1 E1,1,2 , E1,2,1 , E2,1,1 E1,1,1 E1,1,1

41.9 Construção da tabela periódica Estados quânticos do elétron em um átomo “todos os estados de uma subcamada têm a mesma energia” subcamada ( estados) Nomenclatura:

Neônio 10 elétrons 1s2 2s2 2p6 Não possui elétrons desemparelhados Gases Nobres

Sódio 11 elétrons 1s2 2s2 2p6 3s1 elétron de valência Metais Alcalinos

Cloro 17 elétrons 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 NaCl, LiF, KBr, …

Ferro 17 elétrons 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d 6 4s2

41.10 Os espectros de raios X dos elementos

O espectro contínuo de raios X lmin

Verificação O comprimento de onda de corte lmin do espectro contínuo de raios X aumenta, diminui ou permanece constante quando (a) a energia cinética dos elétrons que incidem no alvo aumenta, (b) a espessura do alvo aumenta, (c) o alvo é substituído por um outro com um elemento de maior numero atômico?

Exercícios e problemas 36E. Qual a menor diferença de potencial a que um elétron deve ser submetido em um tubo de raios X para produzir raios X com um comprimento de onda de 0,100 nm?

O espectro característico de raios X

A ordem dos elementos Henry G. J. Moseley (1887-1915)

O gráfico de Moseley Para o hidrogênio: Para at. + de 1 elétron: Para Ka:

Verificação O comprimento de onda da linha espectral Ka do espectro de raios X do cobalto (Z=27) é 179 pm, aproximadamente. O comprimento de onda da linha Ka do níquel (Z=28) é maior ou menor que 179 pm?

41.11 O laser e a luz do laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1958 Previsão de condições para amplificação de luz por emissão estimulada (Laser) por Charles H. Townes e Arthur L. Schawlow (Nobel 1981) Julho 1960 Primeira operação bem sucedida de um maser óptico (laser) por Theodore H. Maiman Laser pulsado de rubi (1960) Theodore H. Maiman

Características da luz laser Monocromaticidade Coerência Direcionalidade Focalização

41.12 Como funcionam os lasers Absorção Emissão espontânea Emissão estimulada

Condições Antes: at. em equilíbrio térmico (Boltzmann) Ex E0 Einstein (1916): prob. absorção = emissão estimulada

Condições Inversão de População Emissão Estimulada Nesta situação a emissão estimulada domina sobre a absorção estimulada. Emissão Estimulada O fóton emitido está em fase com, tem a polarização de, e se propaga na mesma direção da radiação que o estimulou.

Como funcionam os lasers

O laser de Hélio-Neônio Fevereiro 1961 Ali Javan, W.R. Bennett Jr. e D. R. Herriott - Laser He-Ne contínuo (cw) 1152.3 nm Mistura típica 0.8 torr de He e 0.1 torr de Ne Hoje em dia 632.8 nm

Exercícios e problemas 55E. Um átomo hipotético possui níveis de energia com uma separação uniforme de 1,2 eV. A temperatura de 2000 K, qual é a razão entre o número de átomos no 13o. estado excitado e o número de átomos no 11o. estado excitado?

Desenvolvimentos http://www.olympusmicro.com/primer/lightandcolor/lasersintro.html

Do micro

Ao macro O laser NOVA (EUA)

Aplicações Pesquisa estudo de interfaces detecção de moléculas Medicina cirurgia ocular dermatologia odontologia Comercial leitores de código de barras (1974) telecomunicações Industrial corte solda

Aplicações no dia a dia A impressora a laser

Aplicações no dia a dia O CD-driver

Aplicações no dia a dia O leitores de códigos de barra

Aplicações no dia a dia antes depois Medicina e odontologia Palomar Q Yag 5 antes depois Medicina e odontologia

Aplicações industriais

A máquina de corte a laser

A cabeça de corte