ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

1

TEORIAS ATÔMICAS

TEORIAS ATÔMICAS

ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Campus Medianeira

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

Explicar a natureza da Matéria =Teoria dos Quatro Elementos

384-322 a.C.

Aristóteles

ELEMENTOS E ÁTOMOS

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

ELEMENTOS E ÁTOMOS

“Toda matéria era constituída por minúsculas

partículas, denominadas átomos”.

ÁTOMO

A = não, TOMO = divisível

480-428 a.C.

LEUCIPO

460-370 a.C.

DEMÓCRITO

AULA DE ESTRUTURA ATÔMICA - Dra _{Cristiana da Silva}

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

1. Toda matéria é composta de partículas

fundamentais chamadas átomos.

ELEMENTOS E ÁTOMOS

TEORIA DE DALTON (1807)

AULA DE ESTRUTURA ATÔMICA - Dra _{Cristiana da Silva}

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

2. Todos os átomos de um determinado elemento

são idênticos, tendo o mesmo tamanho, massa e propriedades químicas. Os átomos de um elemento são diferentes dos átomos de todos os outros elementos.

TEORIA DE DALTON (1807)

ELEMENTOS E ÁTOMOS

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

3. Os compostos são formados pela combinação de

átomos de elementos diferentes em proporções fixas.

ELEMENTOS E ÁTOMOS

John Dalton (1766 – 1844)

TEORIA DE DALTON (1807)

LEI DAS PROPORÇÕES DEFINIDAS

Átomos do elemento X Átomos do elemento Y Um composto dos elemento XY Joseph Proust (1754 – 1826) 6

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

3. quando combinamos, em uma reação química, uma mesma massa de um elemento com diferentes massas de outro elemento, o resultado é a formação de diferentes substâncias, mas a relação (divisão) das massas que variam resulta em números inteiros e pequenos.

John Dalton (1766 – 1844)

TEORIA DE DALTON (1807)

LEI DAS PROPORÇÕES MÚTIPLAS

7

Monóxido de carbono

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EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

4. Uma reação química envolve apenas a

separação, combinação ou rearranjo dos átomos: não podem ser criados, nem destruídos.

TEORIA DE DALTON (1807)

ELEMENTOS E ÁTOMOS

John Dalton (1766 – 1844)

“LEI DA CONSERVAÇÃO DA MASSA”

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

“Bola de bilhar”

ELEMENTOS E ÁTOMOS

TEORIA DE DALTON (1807)

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Vários tipos de átomos e moléculas descritos por John Dalton (retrato) em “Um Novo sistema de Filosofia Química” (1808). John Dalton (1766 – 1844) TEORIA DE DALTON (1808

)

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

DESCOBRIMENTO DA ESTRUTURA ATÔMICA

- Descoberta do Elétron

- Descoberta da Radioatividade

- Experimento de Thomson

- Experimento de Mulliken

- Experimento de Rutherford

ELEMENTOS E ÁTOMOS

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EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

12

Ao estudar as descargas no interior deste aparelho, Thomson, descobriu o elétron.

A descarga emitida tinha carga elétrica negativa

Thomson provou que os elétrons eram corpúsculos, dotados de carga elétrica e de massa, que fazem parte de toda a matéria.

Observava-se uma

fluorescência esverdeada

devido à existência de

partículas de carga negativa que saem dos átomos do cátodo.

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EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

1897 – J. J. Thompson

ELEMENTOS E ÁTOMOS

MODELO DE ÁTOMO DE THOMSON

13

A carga positiva está distribuída sobre toda esfera

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E. Rutherford H. Geiger E. Marsden

ELEMENTOS E ÁTOMOS

EXPERIMENTO DE RUTHERFORD

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EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

E. Rutherford

H. Geiger

E. Marsden

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Átomos da lâmina

Interpretação de Rutherford

_Partículas

_

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EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

ELEMENTOS E ÁTOMOS

O experimento de Rutherford contrariava, o experimento de Thomson?

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

ELEMENTOS E ÁTOMOS

+

_-

-

- -

-

Átomos da lâmina

+

_-

-

- -

-

+

_-

-

- -

-

+

_-

-

- -

-

+

_-

-

- -

-

+

_-

-

- -

-

Átomo de Thomson

Partículas



EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

E. Rutherford

H. Geiger

E. Marsden

ELEMENTOS E ÁTOMOS

+

núcleo Região extranuclear

“Todas as cargas positivas e quase toda a

massa estão concentradas em um pequeno

núcleo, e todos os elétrons circundam o

núcleo”.

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EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

E. Rutherford

H. Geiger

E. Marsden

ELEMENTOS E ÁTOMOS

“Todas as cargas positivas e quase toda a massa

estão concentradas em um pequeno núcleo, e

todos os elétrons circundam o núcleo”.

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

núcleo _{Região extranuclear}

Prótons (p) e nêutrons (n)

Propriedades das Partículas atômicas fundamentais

Partícula símbolo carga Massa (kg)

elétron e- -1 9,109 x 10-31 próton p +1 1,673 x 10-27 nêutron n 0 1,675 x 10-27 O ÁTOMO MODERNO

ELEMENTOS E ÁTOMOS

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

O ÁTOMO MODERNO

ELEMENTOS E ÁTOMOS

Número Atômico (Z) é o número de prótons do núcleo de um átomo. É o número que identifica o átomo.

Z

E

A

Número de Massa (A) é a soma do número de prótons (Z) e do número de nêutrons (N) existentes no núcleo de um átomo.

Símbolo

Z

E

Z

A

E

21

número de nêutrons (N) = A-Z número de nêutrons (N) = A-Z

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

O ÁTOMO MODERNO Átomo = eletricamente neutro

0 23 11

Na

Na

Cl

ELEMENTOS E ÁTOMOS

6 prótons, 8 (14 - 6) nêutrons, 6 elétrons

6 prótons, 5 (11 - 6) nêutrons, 6 elétrons

C 14 6 C 11 6

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

EXEMPLO 1: Indique o número de prótons, de nêutrons e de elétrons, em cada uma das seguintes espécies:

a)

b)

c)

O 17

8 8 prótons, 9(17 - 8) nêutrons, 8 elétrons

23

c)

Hg 199

29 prótons, 34 (63 -29) nêutrons, 29 elétrons

Cu 63 29

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

EXEMPLO 2: Quantos prótons e nêutrons e elétrons existem no seguinte isótopo de cobre:

a) Z = 74, A = 186

W 186 74

EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS

EXEMPLO 3: Escreva o símbolo apropriado para cada um dos isótopos seguintes: 25 b) Z = 80, A = 201 Hg 201 80

E. Rutherford

O átomo deve ter uma estrutura

planetária.

O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

AULA DE ESTRUTURA ATÔMICA - Dra _{Cristiana da Silva} Há 2 possibilidades do estado de movimento do e-_! e- _{parado e}- _{em movimento}

O DILEMA DO ÁTOMO ESTÁVEL

O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

+ +

AULA DE ESTRUTURA ATÔMICA - Dra _{Cristiana da Silva}

Niels Bohr

(1885-1962)

e

em movimento

Espiral da morte do e-

O DILEMA DO ÁTOMO ESTÁVEL

O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

29

Luz branca

O espectro contínuo

O prisma refrata e dispersa a luz em diferentes comprimentos, gerando uma continuidade de cores. É o espectro contínuo.

ENERGIA RADIANTE ENERGIA RADIANTE

30 Gás hidrogênio 410 434 486 ₆₅₆ Séries de Balmer O ESPECTRO DE LINHAS DO H ATÔMICO

O ESPECTRO DE LINHAS DO H ATÔMICO

ALTA TENSÃO Tubo de descarga fenda Chapa fotográfica Espectro de linhas Prima Luz separada em vários componentes Luz separada em vários componentes

31

Cada elemento produz seu próprio espectro de linhas:

O ESPECTRO DE LINHAS DO H ATÔMICO O ESPECTRO DE LINHAS DO H ATÔMICO

32

A energia emitida só pode ser

múltiplo inteiro de uma quantidade

fixa de energia, o QUANTA.

Max Planck

E = hν

1900 1900

33 EXEMPLO 4: Qual é a energia de um fóton de luz amarela de frequência 5,2 x 1014 _Hz? foton fóton

h

E



n

h



6

,

6208



10

Js

₅

_,

₂

₁₀

10

6208

,

6

x

x

E





J

x

E



3

,

4

10

+ 1 2 3 4 5 n = _{Elétron no nível} mais baixo de energia permitido (n=1) Órbitas permitidas Neils Bohr 1885-1962

O DILEMA DO ÁTOMO ESTÁVEL

1- Os elétrons giram ao redor do núcleo positivo com velocidade constante, em órbitas circulares, de raios constantes.

2- A atração coulômbica entre o núcleo positivo e o elétron que gira ao seu redor mantém o átomo.

34

O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR

+ 1 2 3 4 5 n = _{Elétron no nível} mais baixo de energia permitido (n=1) Órbitas permitidas Neils Bohr 1885-1962

O DILEMA DO ÁTOMO ESTÁVEL

3- Numa órbita estável o elétron não emite nem absorve energia, estando em um estado estacionário.

Estado fundamental

35

O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR

Neils Bohr 1885-1962

O DILEMA DO ÁTOMO ESTÁVEL

4- Somente são permitidas órbitas nas quais o elétron tem um momento angular L específico

36

O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR

Neils Bohr 1885-1962

O DILEMA DO ÁTOMO ESTÁVEL

5- A transição entre dois estados de energia permitidos só é possível com a perda ou ganho de energia exatamente igual à diferença de energia dos dois níveis envolvidos na transição (Condição de Ressonância). Estado fundamental Estado excitado 1 2 n n

E

E

E







O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR

38

Neils Bohr 1885-1962

5- A transição entre dois estados de energia permitidos só é possível com a perda ou ganho de energia exatamente igual à diferença de energia dos dois níveis envolvidos na transição (Condição de Ressonância).

A observação das linhas no espectro atômico do H sugere a existência de estados discretos de energia!!

O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR O ÁTOMO DE HIDOGÊNIO SEGUNDO BOHR

1808

1829 1909

Dualidade Onda-partícula

1908

Joseph John Thomson

John Dalton Niels Bohr Democritus da abdera 450 a.c “modelo planetário” Ernest Rutherford “pudim de passas” ÁTOMO “bola de bilar” RESUMO RESUMO 39

NÚMERO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

Qual é o significado dos números quânticos n, l e m_l?

O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

AULA DE ESTRUTURA ATÔMICA - Dra _{Cristiana da Silva}

O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

RESUMO DO NÚMERO QUÂNTICO

RESUMO DO NÚMERO QUÂNTICO

Nome símbol o Característica especificada Informação fornecida Valores possíveis principa l n camada Distância média do núcleo 1, 2, 3, 4, ..., n

azimutal l subcamada Forma do orbital 0, 1, 2, 3, 4, ..., n-1 magnéti co m_l Orbital Orientação do orbital -l, (-l+1), ..., 0, ..., (l+1), +l

spin m_s spin spin +1/2, -1/2

O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

O número quântico principal (n)

Especifica o tamanho e o nível de energia ou “camada” principal que o elétron ocupa. n=1, 2, 3, 4, 5,...

Letra K L M N O...

valor de n 1 2 3 4 5...

Dizemos que elétrons com mesmo n pertencem a mesma “camada”

O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

Divide as camadas em grupos chamados subcamadas. O n determina os

valores de l. Para um dado valor de n, l varia de 0 até (n-1). l = 0, 1, 2, 3,(n-1)

Para n = 2, l = 0, 1  Há dois estados, de mesma energia, para o momento angular na camada com n = 2  dizemos que são

estados “degenerados” em energia. Letra s p d f g

l 0 1 2 3 4

O número quântico principal n determina o tamanho da camada e o número

quântico de momento angular l o formato da “sub-camada”

O número quântico azimutal (l)

n = 1 l = 0 n = 2 l = 0, 1 n = 3 l = 0, 1, 2 n = 4 l = 0, 1, 2, 3 n = 5 l = 0, 1, 2, 3, 4 O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

Especifica a orientação de orbitais no espaço. O l determina os valores de

m_l. Para um dado valor de l, m_l varia de –l a +l. m_l = -l, ..., 0, ..., +1.

O número quântico magnético (m_l)

l = 0 m_l = 0

l = 1 m_l = -l, 0, +1.

l = 2 m_l = -2, -1, 0, +1, +2

l = 3 m_l = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3

Há (2l+1) tipos de orbitais em cada subcamada l.

O MUNDO QUÂNTICO O MUNDO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

NÚMERO QUÂNTICO

Especifica as direções que o elétron gira sobre seu próprio eixo.

m_s= -1/2 ou +1/2

O número quântico de spin (m_s)

N

S

N

S