Estrutura atômica e Lei periódica
Prof: Me. Elayne
O Átomo
 O átomo é a partícula fundamental que representa um
determinado elemento químico.
 O conceito de átomo remonta às discussões filosóficas
de estudiosos gregos e hindus há mais de dois mil anos.
 O conceito de uma partícula fundamental foi proposto
por Leucipo de Mileto em 450 a.C.
 Esta partícula fundamental foi batizada de “átomo’’ por
Demócrito de Abdera[470,380 a.C], considerado o
primeiro pensador materialista.
O Átomo
Demócrito
O Átomo
 Aristóteles[384-322 a.C] rebate este conceito, dizendo
que a matéria pode ser dividida infinitamente. Os
conceitos aristotélicos da matéria foram aceitos por
mais de 2000 anos.
 Os conceitos de átomo tinham sido em sua maior parte
descritos com base na intuição.
 Com o fim da Idade Média e o surgimento do
renascimento surge vários cientistas experimentais.
 Com o fim da Idade Média e o surgimento do
renascimento surge vários cientistas experimentais.
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No século XVIII Antoine Lavoisier propõe a Lei da
conservação das massas.
Gay-Lussac propõe
volumétricas.
a
Lei
das
combinações
Louis Proust propõe a Lei das proporções fixas.
As leis foram propostas, mas não se sabia explicar o
porquê desses acontecimentos.
Modelo atômico de Dalton
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Motivações para a construção
do modelo:
Interesse pela formação da
atmosfera.
Forma de interação dos gases
que compõem a atmosfera.
John Dalton
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Toda matéria é composta de partículas fundamentais, os átomos;
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Os átomos são permanentes e indivisíveis, eles não podem ser
criados nem destruídos;
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Os elementos são caracterizados por seus átomos. Todos os átomos
de um dado elemento são idênticos em todos os aspectos. Átomos
de diferentes elementos têm diferentes propriedades.
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As transformações químicas consistem
separação ou rearranjo de átomos.
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Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais
elementos em uma razão fixa.
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em
Explicou:
Conservação das massas nas reações químicas
Lei das composições definidas.
uma
combinação,
Modelo Atômico de Thomson
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Em 1800, Willian Nicholson e Anthony Carlisle, demonstraram a
decomposição da água nos gases hidrogênio e oxigênio por
eletrólise.
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Humphrey Dary e Michael Faraday se interessam pela eletrólise ,
e depois de vários estudos demonstraram que a quantidade de
produto formado durante a eletrólise depende tanto da natureza
da substância como da quantidade de corrente elétrica envolvida.
Essas relações ficaram conhecidas como as Leis de Faraday , que
representou a primeira evidência da existência dos elétrons.
Na metade do século XIX, Willian Crookes desenvolveu um
dispositivo para estudar descargas elétricas em gases a baixa
pressão, que se tornou conhecido como Tubo de Crookes.
Um tubo de Crookes.O cátodo é o eletrodo carregado negativamente por uma fonte de alta
voltagem, e o ânodo, o eletrodo carregado positivamente.(a) Antes de ser evacuado.(b) A pressões
intermediárias.(c) A baixas pressões.(d) A baixas pressões.
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Conclusões:
A baixas pressões, é evidente que alguma coisa deixa o cátodo e
viaja para o ânodo. Originalmente denominado raio catódico .
Um raio catódico é composto por um fluxo de minúsculas
partículas.
É necessário que as partículas emitidas do cátodo viajem em
linhas retas.
A incandescência emitida pelo gás no interior do tubo a
pressões intermediárias resulta das colisões das partículas em
movimento com moléculas do gás.
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vídeo
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Em 1886, o físico
Crookes modificado
cátodo no tubo de
próxima ao meio do
alemão E. Goldstein usou um tubo
para produzir um novo tipo de raio.O
Goldstein tinha uma fenda montada
tubo.
Goldstein observou a direção da deflexão do raio canal em
um campo elétrico ou magnético, e foi capaz de provar
que o raio consistia em partículas carregadas
positivamente.
As partículas de um raio canal não são semelhantes,
mesmo se um único gás puro estiver presente no tubo.
Modelo Atômico de Thomson
Modelo Atômico de Thomson
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Em 1897, o físico inglês J.J Thomson mostrou que quando os raios
catódicos são desviados de modo a se chocarem com o eletrodo de
um eletrômetro, o instrumento acusa uma carga negativa.
Demonstrou que os raios catódicos são desviados pela ação de um
campo elétrico.
Verificou que os resultados obtidos independiam da natureza do gás
ou material utilizado na confecção do tubo.
Propôs que os raios catódicos são cargas de eletricidade negativa
transportadas por partículas de matéria.
Para explicar a natureza desta
determinar a relação carga-massa.
partículas
Thomson
buscou
Representação esquemática do aparato de Thomson para determinação de e/m.
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Um feixe de raios catódicos passa através de uma região
na qual ele é submetido à ação de um campo elétrico e um
campo magnético.
Cada um dos campos podiam desviar o feixe de sua
trajetória original, mas os campos elétrico e magnético
foram orientados de tal forma que o desvio provocado pelo
campo elétrico fosse exatamente o oposto ao daquele
provocado pelo campo magnético.Assim se campo elétrico
permanecesse
constante,
a
magnitude
do
campo
magnético poderia ser ajustada de tal forma que o feixe
retornasse à sua trajetória original.
Assim, concluiu-se que a força exercida pelo campo
magnético Bev sobre as partículas era igual à força
exercida pelo campo elétrico eE. Então:
Bev=eE
e
v= E
B
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Na segunda etapa do experimento o campo magnético foi
desligado e foi medido a deflexão do feixe sob a ação
apenas do campo elétrico.O campo elétrico provocou um
desvio θ na trajetória das partículas. O cálculo deduzido
para e/m depende do desvio θ provocado pelo campo
elétrico e o comprimento,l, das placas defletoras.Assim
Thomson propôs que a relação e/m é:
e/m= 2θ E
l²B²
Após a realização de vários cálculos Thomson constatou
que a relação carga-massa para os raios catódicos era
sempre constante,independente da natureza do gás usado
no tubo de descarga.Então, ele chegou a conclusão de que
os raios catódicos são formados por fragmentos
corpusculares de átomos, atualmente, denominados
elétrons.
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Assim Thomson propôs sua teoria
atômica, que tinha os postulados
seguintes como principais:
Em um átomo, os elétrons carregados
negativamente estariam localizados no
interior de uma distribuição contínua de
carga positiva.
Devido à repulsão mútua os elétrons
estariam uniformemente distribuídos na
esfera de carga positiva.
Em um átomo que esteja em seu menor
nível de energia possível, os elétrons
estariam fixos em suas posições de
equilíbrio.Em
átomos
excitados,
os
elétrons vibrariam em torno de suas
posições de equilíbrio.
A contribuição de Millikan
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O experimento da gota de óleo
realizado por R.A Millikan
proporcionou a demonstração de
que a eletricidade é composta
por partículas.
Millikan foi capaz de provar que
todas as cargas elétricas são
múltiplos de uma unidade
elementar definida, cujo valor é
igual a 1,60 x 10ˉ¹ C.
vídeo
O modelo atômico de Rutherford
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Em 1896,Wilhelm Röntgen descobre os raios-x
Em 1896 a 1902, Henri Becquerel, Marie e Pierre Currie,
descobrem a radiação.
O modelo atômico de Rutherford
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Em 1896 Ernest Rutherford começa a trabalhar também com
estas radiações, e em 1902 ele consegue caracterizá-las.
Radiação
Símbolo
Massa
Carga
Alfa
α
4
+2
Beta
β
0
-1
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Em 1906 Rutherford estuda o impacto exercido pelas
partículas alfa sobre placas finas de ouro.
Uma fonte radioativa emite partículas alfa, que formam um
feixe paralelo estreito.
A maior parte das partículas alfa atravessou a placa em
sofrer nenhum desvio ou apenas uma pequena
deflexão.Somente umas poucas partículas sofriam desvios com
ângulos grandes, eventualmente 180°
+
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Pensando em termos do modelo de Thomson, era possível explicar as
pequenas deflexões, mas não era possível explicar as deflexões maiores.
(a)
(b)
Desvios esperados das partículas alfa.(a) Átomo de Thomson: desvios
pequenos.(b) Átomo de Rutherford: deflexões variando de
pequenas a muito grandes.
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Rutherford sabia que as partículas alfa eram íons He², com +massa
atômica de 4.E que a energia cinética das partículas alfa era muito
grande.Assim ele deduziu que:
Para produzir um grande desvio de partículas tão energéticas o átomo
deveria possuir uma força eletrostática colossal.E a força teria que ser
exercida por um corpo com massa considerável.
A carga elétrica deveria estar confinada em uma região muito pequena
do espaço: a maioria das partículas alfa não sofriam desvio porque
“não acertavam o alvo”.Portanto, os átomos deveriam ser
desuniformes com relação à distribuição de massa e de densidade de
carga.
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Partindo destes pressupostos, Rutherford propôs seu modelo
atômico, cujo os postulados são os seguintes:
O átomo consiste em um pequeno núcleo rodeado por um grande
volume no qual os elétrons estão distribuídos.
O núcleo carrega toda a carga positiva e maior parte da massa
do átomo.
Os elétrons giram ao redor do núcleo em órbitas circulares.
Modelo atômico de Rutherford
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Pontos falhos no modelo:
Para que os elétrons descrevam órbitas circulares, eles teriam
que estar constantemente acelerados em seu movimento em
torno do núcleo.
De acordo com a mecânica clássica,todos os corpos acelerados
irradiam energia na forma de radiação.Assim o elétron emitiria
energia, e se moveria em espiral até atingir o núcleo.
Não explicava as linhas espectrais emitidas pelos átomos.
Espectros atômicos
-Uma descarga elétrica passa através de uma região contendo um gás monoatômico.
-Devido às colisões dos átomos da descarga com os elétrons, os átomos assumem
um estado no qual a sua energia total é maior do a do átomo normal.Ao voltar ao
seu estado normal, os átomos cedem seu excesso de energia, emitindo radiação
eletromagnética.
-A radiação é colimada pela fenda, então atravessa o prisma.
-Então a radiação é decomposta em seu espectro de comprimentos de onda, que é
gravado na chapa fotográfica.
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Houve vários estudiosos que
buscaram propor equações que
descrevessem as linhas
espectrais do átomo de
hidrogênio.
Dentre eles estão:Balmer,
Paschen, Lyman e Brackett. As
equações que estes estudiosos
proporam eram muito
semelhantes.Assim todas elas
foram combinadas em uma única
equação, a equação de Rydberg.
- Onde λ é o comprimento de onda da linha do
espectro; m e n são números inteiros; e R é a
constante de Rydberg(1,10 x 10ˉ² nmˉ¹).
Diagrama de níveis de energia do
hidrogênio:transições de
Paschen, Balmer e Lyman
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Onde rം é o raio de Bohr, substituindo r na equação para
energia podemos obter a quantização de cada órbita.
O sinal de menos indica que é necessário ceder energia ao átomo
para retirar elétrons.
Aplicando o mesmo método ao que foi feito a quantização da
energia, é possível encontrar a equação para a freqüência em
termos de números quânticos n:
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Sendo que k e j são números
inteiros, que descrevem órbitas
consecutivas.Para um elétron passar
j até k , o átomo de emitir energia
em forma de luz, cuja a freqüência
pode ser calculada, pela diferença
de energia entre dois níveis, dada
por:
Se k =1 e j =2, tem se que
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Assim a freqüência de radiação associada no processo de
transição é dada por:
A equação acima pode ser usada para obter a equação de
Rydberg:
ou