1. Quantum, efeito fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e o modelo de Bohr
3. Comportamento ondulatório da matéria
4. Princípio da incerteza e diagramas de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais atômicos
6. Configuração eletrônica
7. Tabela periódica
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Propriedades químicas;
Teoria quântica:
Energia eletrônica;
Energia quantizada:
Estado fundamental;
Estado eletrônico excitado;
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Objetos quentes e quantização de energia
(quantum):
Para explicar a relação entre temperatura, a intensidade luminosa e
os comprimentos de onda da radiação emitida por um corpo negro,
em 1900 um físico alemão chamado Max Planck propôs que a energia
absorvida ou liberada só poderia ocorrer em “pacotes” definidos de
tamanhos mínimos, que receberam o nome de QUANTUM.
A energia quantizada é dada pela fórmula:
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
E = n.h.f
onde n é o nº quântico e h a constante de Planck.
ΔE = Esup – Einf = hc/λ= h.f
h – 6,626 . 10-34 J.s / partícula
c – 2,998 . 108 m/s (velocidade da luz no vácuo)
λ – comprimento de onda em metros
f – freqüência em Hz
Dessa mesma equação vem:
ΔE = 1.196,105/λ ( kJ . Nm/mol)
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
A luz emitida sobre uma
superfície metálica limpa
leva a emitir elétrons: o
chamado efeito fotoelétrico.
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
O fóton é um pacote minúsculo de energia que
se comporta como uma partícula.
Espectro de linhas:
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
radiação monocromática;
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
espectro contínuo;
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
espectro de linhas;
O modelo de Bohr para o hidrogênio:
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Bohr postulou que o átomo de hidrogênio consistia em
um próton central em torno do qual o elétron se movia numa
órbita circular. Baseando-se na lei de Coulomb de atração
eletrostática e nas leis de movimento de Newton, ele impôs uma
condição sobre uma propriedade do elétron, denominada
momento angular.
m.v.r =
n.h/
2π
onde: m é a massa do elétron, v é a sua velocidade e r é o raio da
órbita em torno do núcleo.
A energia em cada órbita era dada por:
E = -2,18 . 10-18 . n -2
J / partícula
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Limitações do modelo de Bohr:
O modelo de Bohr não pôde explicar o
espectro de outros átomos. No cálculo dos
comprimentos de onda e das energias do hidrogênio,
tinha um erro de apenas 0,1%, enquanto para o mais
próximo elemento (He) os erros já pulavam para 5%.
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Louis de Broglie sugeriu que o elétron, em seu
movimento ao redor do núcleo tinha associado a ele
um comprimento de onda particular, dado pela
equação:
λ = h/m.v
( m = massa ) ( v = velocidade )
Comprovada experimentalmente, para que a
onda seja estável, ela deve traçar o mesmo caminho
em voltas sucessivas pela órbita.
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Werner Heisenberg relacionou matematicamente
a incerteza da posição Δx e o momento exato Δmv
para uma quantidade envolvendo a constante de
Planck:
Δx . Δmv > h/4π
Um cálculo rápido ilustra as implicações
dramáticas do princípio da incerteza. O elétron tem
massa aproximada de 9,11 . 10-31 g e se move numa
velocidade de aproximadamente 5 . 106 m/s em um
átomo de hidrogênio...
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Vamos supor que conhecemos a velocidade com
uma incerteza de 1% (isto é, uma incerteza de
(0,01)(5 . 106) = 5 . 104 m/s ) e que essa é a única
fonte importante de incerteza no momento para que
Δx = Δmv. Calculando a incerteza da posição temos:
Δx > h/4πmΔv => 6,63 . 10-34 / 4π . 9,11 . 10-31 . 5 . 104
Δx > 1 . 10-9 m
Uma vez que o diâmetro de um átomo de
hidrogênio é apenas 2 . 10-10 m, a incerteza é muito
maior do que o tamanho do átomo. Portanto,
essencialmente, não temos idéia de onde o elétron
está localizado no átomo.
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Erwin Schrödinger desenvolveu uma complexa
equação para calcular a amplitude da onda em
vários pontos do espaço. O quadrado da amplitude
é proporcional à probabilidade de encontrar uma
partícula nesse ponto. Por essa razão, ψ2 é chamada
de densidade de probabilidade.
Para os elétrons, é chamada de densidade
eletrônica, a partir da qual são criados os diagramas
de nuvens eletrônicas.
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Orbital;
Mecânica quântica usa quatro números para
descrever um orbital:
n – número quântico principal (nível):
1, 2, 3....
l – número quântico azimutal (subnível):
0 (s), 1 (p), 2 (d), 3 (f)...
ml – número quântico magnético (orbital):
...-2, -1, 0, 1, 2...
ms – número quântico magnético de spin:
1/
2
ou - 1/2
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
Princípio da exclusão de Pauli:
Afirma que elétrons de um mesmo átomo
não podem ter o conjunto dos quatro números
quânticos iguais (n, l, ml, ms).
Num dado orbital onde n, l e ml são fixos,
a diferença está no ms, já que só podem ter dois
elétrons em cada orbital, cada um girando em um
sentido.
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Elétron desemparelhado;
Elétrons emparelhados;
(um girando em cada sentido)
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
A distribuição dos elétrons pelo átomo é
denominada configuração eletrônica.
Os elétron tendem a ficar na mais estável
configuração eletrônica, ou seja, no orbital de
menor energia, só que como isso não é possível
para todos os elétrons, uma vez que não se pode
ter mais de 2 elétrons por orbital, dizemos então
que os orbitais são preenchido em ordem
crescente de energia.
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Ex:
o Li tem três elétrons, como no orbital 1s só
cabem dois elétrons, o terceiro vai para o próximo
orbital de mais baixa energia, o 2s.
Regra de Hund:
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
a energia mais baixa é obtida quando os
elétrons estão em spins paralelos, ou seja:
Configuração 1 ( 1s2 2s2 2p3 )
Configuração 2 ( 1s2 2s2 2p3 )
o N tem 7 elétrons e segundo o princípio
de Hund a sua configuração eletrônica correta é
a configuração 2.
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Configuração do F ( 1s2 2s2 2p5 )
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
5. Os orbitais
atômicos
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
Configurações condensadas:
aquela em que se coloca o símbolo do gás
nobre de menor número atômico mais próximo,
que por formar um octeto tem uma configuração
mais estável, e em seguida se coloca a parte final
da configuração;
essa parte final são os elétrons de valência;
e o último elétron preenchido é o elétron
diferenciador.
Ex:
Li – [He] 2s1 ( [1s2] 2s1 )
K – [Ar] 4s1 ( [1s2 2s2 2p6 3s2 3p6] 4s1 )
1. Quantum, efeito
fotoelétrico e fóton
2. Espectro de linha e
o modelo de Bohr
3. Comportamento
ondulatório da
matéria
A tabela periódica está estruturada de forma que
os elementos com o mesmo padrão de configuração
eletrônica de níveis mais externos (de valência)
estejam distribuídos em colunas:
1A – ns1
5A – ns2 np3
4. Princípio da
incerteza e diagramas
de nuvens eletrônicas
2A – ns2
6A – ns2 np4
3A – ns2 np1
7A – ns2 np5
5. Os orbitais
atômicos
4A – ns2 np2
8A – ns2 np6
6. Configuração
eletrônica
7. Tabela periódica
onde n é o número do nível do orbital, que
corresponde ao número da linha em que o elemento se
localiza;
os elementos de transição terminam em d e f.
Brown, LeMay e Bursten. “Química: a ciência
central” – 9ª edição.