2.3 Modelo da nuvem eletrónica

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Modelos atómicos No início do século XIX, John Dalton admitiu que a matéria era formada por átomos indivisíveis. Fig. 1 | John Dalton ( ) Com a descoberta do eletrão em 1897, Thomson imaginou o átomo como uma esfera maciça carregada positivamente, onde os eletrões se encontravam incrustados “como passas num bolo”. Fig. 2 | J.J. Thomson ( )

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Modelos atómicos Com as experiências realizadas por Ernest Rutherford este propôs que a maior parte do átomo consistia em espaço vazio; o átomo era constituído por um núcleo, onde estava concentrada a carga positiva e por eletrões, partículas de carga unitária negativa que se moviam à volta do núcleo – modelo planetário. Fig. 3 | Ernest Rutherford ( ) Niels Bohr modificou o modelo do átomo, tendo reconhecido a quantização da energia dos eletrões no átomo. Fig. 4 | Modelo de Bohr

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Interações eletrostáticas nos átomos Nos átomos há atrações entre o núcleo e os eletrões (por as suas cargas terem sinal contrário) e repulsões entre os eletrões (por as suas cargas terem o mesmo sinal). 1H 1 protão 1 eletrão 4Be 4 protões 4 eletrões Apenas há interação de atração entre o núcleo e o eletrão (carga + | carga -) Há interação de atração entre o núcleo e o eletrão ( carga + | carga -) e interação de repulsão entre os eletrões

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Níveis e subníveis de energia Os dados da espetroscopia fotoeletrónica levaram os cientistas a concluir que, nos átomos polieletrónicos, os eletrões estão distribuídos por níveis e subníveis de energia. Os níveis de energia, como vimos, são designados por um número inteiro n, com n = 1, n = 2, n = 3, ... O nível 1 de energia contém um subnível. O nível 2 de energia contém dois subníveis, e assim sucessivamente.

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Orbitais – modelo da nuvem eletrónica Werner Heisenberg demonstrou que é impossível determinar simultaneamente e com exatidão a posição e a energia de um eletrão – é o Princípio da Incerteza de Heisenberg. Fig. 5 | Werner Heisenberg ( ) Abandonou-se o conceito de órbita e passou a falar-se de orbital, que genericamente pode ser definida como uma região do espaço onde, sob a ação do núcleo, o eletrão com uma dada energia tem probabilidade de se encontrar.

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Orbitais – modelo da nuvem eletrónica Uma orbital não se consegue visualizar embora existam várias maneiras de a representar. Uma delas é o modelo da nuvem eletrónica Menor probabilidade de se encontrar um eletrão Maior probabilidade de se encontrar um eletrão Fig. 6 | Átomo Apesar da nuvem eletrónica não ter fronteira, considera-se que a orbital é a região onde a probabilidade de encontrar o eletrão é de 90%.

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Tipo, forma e energia das orbitais As orbitais são designadas pelas letras s, p, d, f, … Para cada orbital, quanto maior é n, maior é o tamanho. As orbitais s apresentam simetria esférica. As orbitais p apresentam dois lóbulos simétricos, tendo o núcleo como centro que estão orientados segundo os eixos – px, py e pz.

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Tipo, forma e energia das orbitais As orbitais d têm formas geométricas mais complexas, havendo cinco possibilidades de orientação

10 Para átomos ou iões monoeletrónicos
2.3 Modelo da nuvem eletrónica Tipo, forma e energia das orbitais Cada nível de energia, n, possui n2 orbitais. Para átomos ou iões monoeletrónicos n = 1 há 12, ou seja, 1 orbital – uma orbital 1s; n = 2 há 22, ou seja, 4 orbitais – uma orbital 2s – três orbitais 2p; n = 3 há 32, ou seja, 9 orbitais – uma orbital 3s – três orbitais 3p – cinco orbitais 3d; Fig. 7 | Energia das orbitais

11 (possuem igual energia)
2.3 Modelo da nuvem eletrónica Tipo, forma e energia das orbitais No átomo de hidrogénio, 1H, e nos iões monoeletrónicos – que contêm apenas um eletrão – a energia das orbitais depende apenas do valor de n. Nos átomos polieletrónicos, que contêm vários eletrões, a energia das orbitais depende do valor de n e do tipo de orbital orbitais degeneradas (possuem igual energia) Fig. 8 | Energia das orbitais

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O spin do eletrão O eletrão, além da massa e da carga, possui uma propriedade magnética denominada spin que permite dois estados de energia diferentes. Feixe de átomos de hidrogénio Fig. 9 | Desvio dos átomos de H por ação de um campo magnético Experiências realizadas com um feixe de átomos de hidrogénio submetido a um campo magnético não homogéneo revelaram que o feixe se dividia em dois, desviando-se em sentidos opostos.

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O spin do eletrão O comportamento do desvio dos átomos de hidrogénio resulta da existência de dois movimentos de rotação possíveis para o eletrão (representados por ↑ e ↓) – os dois estados de spin. Fig. 10 | Estado de spin do eletrão

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Atividade Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes. Os eletrões de um átomo possuem todos a mesma energia. Thomson definia o átomo como uma esfera indivisível. Existem 3 orbitais p: px, py e pz com a mesma energia. Os eletrões possuem uma propriedade magnética a que chamamos spin.

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Atividade – Resolução Classifique em Verdadeira ou Falsa cada uma das afirmações seguintes. Os eletrões de um átomo possuem todos a mesma energia. Thomson definia o átomo como uma esfera indivisível. Existem 3 orbitais p: px, py e pz com a mesma energia. Os eletrões possuem uma propriedade magnética a que chamamos spin. Falsa. Dependendo do número de eletrões do átomo poderão possuir diferentes valores de energia. Falsa. Definia o átomo como uma esfera de massa positiva com eletrões incrustados. Verdadeira. Verdadeira.

16 Em síntese 2.3 Modelo da nuvem eletrónica
Modelo atómico atual: os eletrões ocupam orbitais. Orbital: região do espaço onde há probabilidade de se encontrar um eletrão com uma dada energia.