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