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[Imagem: Quantum Atomica software]
Modelo quântico
Miguel Neta, novembro de 2018
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Relembrar…
Modelo atómico de Bohr
Os eletrões só podem ocupar níveis de energia bem definidos – Quantização da energia.
Os eletrões giram em torno do núcleo em órbitas com energias diferentes.
As órbitas interiores representam uma energia mais baixa e à medida que se encontram mais afastadas do núcleo o valor da energia é maior.
Mas… As órbitas regulares dos eletrões em torno do núcleo foram postas em causa.
⇓Aparecimento de um novo modelo.
⇓Modelo quântico!
Niels Henryk David Bohr (1885-1962).
Modelo quântico
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Princípio de incerteza de Heisenberg (1927)
∆𝑥 ∆𝑝 ≥ℏ
2
É impossível determinar simultaneamente a posição e a velocidade de um eletrão.
Werner Karl Heisenberg(1901-1976).
Modelo quântico
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Modelo quântico
O conceito de órbita (do modelo de Bohr) – a posição do eletrão é bem definida e previsível,
é substituída pelo conceito de
Orbital – Região do espaço onde existe 90% de probabilidade de encontrar um eletrão com determinada energia.
Uma maneira de visualizar estas probabilidades é a nuvem eletrónica.
Modelo quântico
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Modelo quântico
Na mecânica quântica o comportamentos dos eletrões é descrito por uma equação de onda: Equação de onda de Schrödinger.
𝐻 𝑡 |𝜓 𝑡 = 𝑖ℏ𝑑
𝑑𝑡| 𝜓(𝑡)
Passa-se a falar na probabilidade de encontrar o eletrão, com uma determinada energia, numa determinada posição.
Zona mais densa – maior probabilidade de encontrar um eletrão.
Zona menos densa – menor probabilidadede encontrar um eletrão.
Erwin Rudolf Josef Schrödinger(1887-1961).
Modelo quântico
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Energia num átomo
A energia de um átomo é a soma das:
Energias cinéticas dos eletrões – devido à sua velocidade;
Energia potenciais de:
Repulsão entre cargas do mesmo sinal;
Atração entre cargas de sinal contrário.
Modelo quântico
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Energia num átomo
Num átomo com vários eletrões (polieletrónicos), a energia necessária para retirar cada eletrão desse átomo não é igual para todos os eletrões:
Para retirar os eletrões mais afastados do núcleo é necessário dar menos energia ao átomo!
Para retirar os eletrões mais perto do núcleo é necessário dar mais energia ao átomo!
É possível determinar experimentalmente estas energias através da espectroscopia fotoeletrónica!
Modelo quântico
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Espetroscopia fotoeletrónica
Espetrofotómetro eletrónico
Modelo quântico
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Espetroscopia fotoeletrónica
A espetroscopia fotoeletrónica é um método que permite conhecer a energia dos diferentes subníveis de um átomo.
No caso de átomos polieletrónicos os diferentes eletrões encontram-se em níveis energéticos diversos.
…a remoção destes eletrões provoca a saída de eletrões com diferentes energias cinéticas.
[Imagem: www.chm.bris.ac.uk] [Imagem: jacobs.physik.uni-saarland.de, adaptada]
Modelo quântico
Fotoeletrão
Fotão
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Espetroscopia fotoeletrónica
Resultados experimentais
2He
10Ne
36Kr
Isto quer dizer que…
Para além de níveis (n = 1, 2, 3…)
também há subníveis!
[Imagens: Physics Department, Brock University, adaptada]
n = 1
n = 1
n = 1
n = 2
n = 2n = 4 n = 3
Modelo quântico
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Níveis e subníveis
Cada nível pode conter um ou mais subníveis…
A cada subnível estão associadas diferentes formas espaciais de orbitais.
Ou seja… os eletrões não ocupam as mesmas zonas do espaço do átomo!
Tipos de orbitais
Orbitais s – apenas uma por cada nível (menor energia de cada nível)
Orbitais p – máximo de 3 por cada nível (maior energia que a s)
Orbitais d – máximo de 5 por cada nível (maior energia que a p)
Orbitais f – máximo de 7 por cada nível (maior energia que a d)
Modelo quântico
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Níveis e subníveis
Formas da orbitais s
[Imagem: www.angelfire.com]
Nodo
Nodos1𝑠
3𝑠
2𝑠
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Níveis e subníveis
Formas da orbitais p
[Imagem: www.angelfire.com]
𝑝𝑥 𝑝𝑦 𝑝𝑧
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Níveis e subníveis
Formas da orbitais d
[Imagem: www.angelfire.com]
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Níveis e subníveis
Formas da orbitais f
[Imagem: www.angelfire.com]
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spin
Está relacionado com a rotação do eletrão sobre si próprio e apenas pode ter dois valores:
spin α (+1/2)spin β (-1/2)
Estes valores estão relacionados com propriedades de cada eletrão em cada orbital.
Se numa orbital apenas se encontrar um eletrão, este terá spin α ou β.
Se a orbital contiver dois eletrões um deles terá spin α e o outro spin β.
Modelo quântico
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Bibliografia
▪ J. Paiva, A. J. Ferreira, C. Fiolhais, “Novo 10Q”, Texto Editores, Lisboa, 2015.
Modelo quântico