MODELO ATÔMICO
Júlio Souza
Faculdade Pitágoras
Engenharia Ambiental
Modelo Grego
Leucipo e Demócrito (400 a.C)
A matéria é descontínua e formada por
partículas indivisíveis os átomos.
(A = não ; tomo = parte).
ÁTOMO = não + divisível
Tudo começou na Grécia…
No século V a. C. …
Demócrito
(460-370 a.C.)
ÁTOMO
Limite de divisibilidade
Entretanto …
A matéria
é
contínua!
Aristóteles
(384-322 a.C.)
Já no início do século XIX…
John Dalton
(1766 - 1844 )
“Os átomos são inalteráveis.”
Átomo
Partícula esférica, maciça, neutra e
indivisível
Foto do modelo original de
Dalton para representar
átomos.
Fenômenos elétricos
Radioatividade
Descargas elétricas em gases
a baixa pressão
Descoberta do elétron
(Joseph John Thomson)
Thomson
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Thomson
Do cátodo parte um fluxo de elétrons denominado raios catódicos, que
se dirige à parede oposta do tubo, produzindo uma fluorescência devido
ao choque dos elétrons, que partiram do cátodo, com os átomos do
vidro da ampola.
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Os raios catódicos movimentam um molinete ou catavento de mica,
permitindo concluir que são dotados de massa.
Os raios catódicos são desviados por um campo de carga
elétrica positiva, permitindo concluir que são dotados de
carga elétrica negativa.
Conclusões
•
Sendo os raios catódicos um fluxo de elétrons,
podemos concluir finalmente que:
•
os elétrons se propagam em linha reta,
•
os elétrons possuem massa (são corpusculares) e
•
os elétrons possuem carga elétrica de natureza
negativa.
Nos finais do século XIX…
Thomson propôs um novo modelo
atómico …
Modelo “pudim de passas”
Nos finais do século XIX…
Esfera com
carga eléctrica
positiva
Esfera de carga eléctrica positiva, na qual os
eléctron de carga eléctrica negativa, se
encontravam dispersos, em número suficiente
para que a carga global fosse nula.
Electrões
(partículas com
carga eléctrica
negativa)
Descoberta do próton
Eugen Goldstein
No interior da ampola de descarga em
gases rarefeitos é colocado um cátodo
perfurado.
Do cátodo perfurado partem os elétrons
catódicos (representados em vermelho),
que se chocam com as moléculas do gás
(em azul claro) no interior do tubo.
Com o choque, as moléculas do gás
perdem um ou mais elétrons, originando íons
positivos (em azul escuro), que repelidos pelo
ânodo, são atraídos pelo cátodo.
Os íons positivos atravessam os furos e
colidem com a parede do tubo de vidro,
enquanto os elétrons são atraídos pelo ânodo
e ao colidirem com a parede de vidro do tubo
produzem fluorescência.
Os raios canais são, na
realidade, prótons.
Estudo da radioatividade
Ernest Rutherford
Radioatividade
Química de Rutherford
Modelo
Experiência da “Lâmina de ouro” (1911)
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Rutherford
•
Modelo “Planetário”
•
Descobriu o núcleo.
•
Átomo imenso vazio.
•
Núcleo 10.000 x menor
que o átomo.
Quais as dimensões do núcleo?
Se o átomo tivesse as
dimensões de um estádio, o
núcleo seria do tamanho de
uma joaninha colocada no
centro do campo.
• “Bola de bilhar”
Dalton
• Homogênea
• Esfera maciça
• Indestrutível
• “Pudim de passas”
Thomson
• Tubos de raios catódicos
• Descobriu o elétron.
• “Planetário” • Descobriu o núcleo
Rutherford
• Átomo imenso vazio
• Núcleo 10.000 x menor que o átomo
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Os postulados de Bohr
Energia quantizada
Os Postulados de Niels Bohr (1885-1962)
•
De acordo com o modelo atômico proposto por Rutherford, os
elétrons ao girarem ao redor do núcleo, com o tempo perderiam
energia, e se chocariam com o mesmo.
•
Como o átomo é uma estrutura estável, Niels Bohr formulou uma
teoria (1913) sobre o movimento dos elétrons, fundamentado na
Teoria Quântica da Radiação (1900) de Max Planck.
Teoria Quântica
•
De acordo com Max Planck (1900), quando uma partícula passa de
uma situação de maior energia para outra de menor energia ou viceversa, a energia é perdida ou recebida em "pacotes" que recebe o
nome de quanta(quantum é o singular de quanta).
•
O quantum é o pacote fundamental de energia e é indivisível.
•
A teoria de Bohr fundamenta-se nos seguintes postulados:
1º postulado: Os elétrons descrevem órbitas circulares estacionárias
ao redor do núcleo, sem emitirem nem absorverem energia.
•
2º postulado: Fornecendo energia (elétrica, térmica, ....) a um átomo,
um ou mais elétrons a absorvem e saltam para níveis mais afastados
do núcleo. Ao voltarem as suas órbitas originais, devolvem a energia
recebida em forma de luz (fenômeno observado, tomando
como exemplo, uma barra de ferro aquecida ao rubro).
Órbitas de Bohr para o
átomo de hidrogênio
Segundo postulado de Bohr.
Um átomo irradia energia quando um elétron salta de
uma órbita de maior energia para uma de menor energia.
O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores
comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e
maior energia.
A linha vermelha no espectro atômico é
causada por elétrons saltando
da terceira órbita para a segunda órbita
A linha
verde-azulada
no
espectro
atômico é causada por elétrons saltando
da quarta para a segunda órbita.
A linha azul no espectro atômico é
causada
por
elétrons
saltando
da quinta para a segunda órbita
A linha violeta mais brilhante no espectro
atômico é causada por elétrons saltando
da sexta para a segunda órbita.
Modelo de Sommerfeld
Órbitas:
1circular e as demais elípticas
Modelo Atômico de Sommerfeld (1916)
•
Ao pesquisar o átomo, Sommerfeld concluiu que os elétrons de um
mesmo nível, ocupam órbitas de trajetórias diferentes (circulares e
elípticas) a que denominou de subníveis, que podem ser de quatro
tipos: s , p , d , f .
Modelo atômico moderno
Nuvem eletrônica
Estrutura da Matéria e Atomística
•
Princípio de Incerteza de Heisenberg (1927)
•
Física Clássica: qualquer grandeza de movimento de uma partícula
pode ser medida e descrita de modo exato  pode-se medir
simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula sem
perturbar o seu movimento.
•
Física Quântica: o ato de medir interfere na partícula e modifica o
seu movimento.
•
No caso de sistemas microscópicos, que envolvem pequenas
distâncias e pequenas quantidades de movimento, é impossível
determinar simultaneamente, e com precisão arbitrária, a posição e a
quantidade de movimento de cada partícula que constitui tais
sistemas!!!
Estrutura da Matéria e Atomística
•
Caráter Dual dos Elétrons
Dualidade
Luz
Fenômenos comuns
Na difração
Emissão/absorção como
partícula (hn)
Probabilidade de
encontrar fótons
Transmissão como onda
Resultante das
interferências
Em movimento = comportamento ondulatório
O elétron também sofre difração
Em absorção/emissão = partícula
Conhecimento estatístico
Princípio de Incerteza de Heisenberg
•
Conseqüências:
•
O conceito de órbita não pode ser mantido numa
descrição quântica do átomo;
•
Se pode calcular apenas a probabilidade de encontrar
um ou outro elétron numa dada região do espaço nas
vizinhanças de um núcleo atômico
• Tais distribuições de probabilidade constituem
o que se chama de ORBITAIS ATÔMICOS!!
MODELO DA NUVEM
ELECTRÓNICA
Schrödinger
(1887 – 1961)
Núcleo
Protons
Neutrons
(carga +)
(sem carga)
Nuvem Electrónica
Electrons
(carga - )
Há zonas à volta do núcleo onde é grande a probabilidade de
encontrar os electrões (onde a nuvem electrónica é mais
densa) e outras onde a probabilidade é menor (onde a nuvem
electrónica é menos densa).
Orbitais atômicos
Estrutura da Matéria e Atomística
•
Consequências do Aplicando o Modelo Quântico - os “números
quânticos”:
•
As soluções da equação de Schroedinger levam a funções de onda que
se caracterizam pelos números quânticos:
•
Número quântico principal (n): número total de nós; relacionado à
distância média elétron-núcleo e aos níveis de energia de Bohr;
•
Número quântico azimutal ou secundário (l): dá o número de nós
angulares (relacionado à forma dos orbitais, ou seja ao tipo de trajetória
dos elétrons);
•
Número quântico magnético de orbital (ml): a interpretação do
quadrado da função de onda ( 2 ) gera uma imagem física da
distribuição de probabilidade de localização do elétron em certa região
do espaço, o orbital
•
Número quântico magnético spin (ms): associado ao momento
magnético intrínseco do elétron.