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Estrutura eletrônica dos átomos
Alunas: Luiza Vida e Alessandra Gregio FonsecaProf. Dr. Élcio
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
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Introdução
• Porque entender o comportamento dos elétrons?
• O que é estrutura eletrônica?
• Quando surgiu os estudos sobre a nova estrutura dos átomos?
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Natureza ondulatória da luz
• Luz visível tipo de radiação eletromagnética transporta energia pelo espaço
• Velocidade da luz no vácuo (c) = 3 ∙ 108
m/s
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Características ondulatórias
• Amplitude• Freqüência• Comprimento de onda
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Relação Matemática
• λ = comprimento de onda . Freqüência (f)
• Maior comprimento de onda = menor freqüência
• Menor comprimento de onda = maior freqüência
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Espectro Eletromagnético
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Fenômenos Ondulatórios
• Radiação do corpo negro
• Efeito Fotoelétrico
• Espectros de emissão
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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
E = h x f Constante de Planck = 6.6262 ·10-34 J.s
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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.
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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?
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Efeito Fotoelétrico
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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.
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Tipos de Espectros
• Espectro ContínuoRadiação não-monocromática (ex.: luz incandescente)
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Tipos de Espectros
• Espectro de LinhasAlgumas fontes de luz (como alguns gases)
Região preta = comprimentos de ondas ausentes na luz
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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.
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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
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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.
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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:
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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.
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Densidade Eletrônica
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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
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Números Quânticos
→ Subnível s (l = 0)
→ Subnível p (l = 1)
→Subnível d (l = 2)
→Subnível f (l = 3)
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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
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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?
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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
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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
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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!
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Configurações eletrônicas e tabela periódica
• Elementos representativos: o subnível mais externo é s ou p.
São os elementos da família A e gases nobres.
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Configurações eletrônicas e tabela periódica
• Elementos de transição: um subnível d é preenchido. Família B.
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Configurações eletrônicas e tabela periódica
• Lantanídeos e actinídeos: o subnível f é preenchido.
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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
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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