Prof. Aline Monteiro/ Antonio Guerra
CEFET/RJ
CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA
CELSO SUCKOW DA FONSECA – CEFET/RJ
TEORIA ATÔMICA
Departamento de Disciplinas Básicas e Gerais - DEPBG
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A Evolução do Modelo Atômico

400 a.C. – Demócrito:
Toda a matéria é formada por
átomos.

1803 d.C. – Dalton: Esfera maciça e
indivisível.

1898 d.C. – Thomson:
Massa positiva com
elétrons mergulhados.

1911 d.C. – Rutherford:

1913 d.C. – Bohr:
Núcleo com partículas
positivas, espaço vazio e elétrons.
eletrônicas.
Camadas
2
Prof. Antonio
Aline Monteiro
Guerra/–Antonio
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Guerra
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Natureza Elétrica da Matéria
Nicholson e Carliste (1800) – eletrólise da água
2H2O
I
2H2(g) + O2(g)
Michael Faraday (1832) – Lei de Faraday
Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed.
New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p.
Existências de partículas
carregadas eletricamente
Gaiola de Faraday
3
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Raios Catódicos
Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten, B.E., Química – Ciência Central,
Trad. Horácio Macedo,7ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 702p.
H2
Hg
N2
Características dos raios catódicos:

Deslocam-se em linha reta;

Giram pequenos moinhos (partículas);

Reagem sob ação de campos E e B (carga -);

Apresentam sempre mesma massa e carga; independente da natureza
dos eletrodos ou do gás;

Foram chamadas elétrons  partículas carregadas negativamente.
4
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A Carga e a Massa do Elétron

Experimento de Thomson (1904)
e m  1, 76 10 C g
8

Experimento de Millikan (1908)
e  1, 6  10
m  9,1 10
19
28
C
g
Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed.
New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p.
5
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Íons Positivos e Partículas
Nucleares

Experimento de Goldstein
Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed.
New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p.

Experimento de Rutherford
Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química. Questionando a Vida Moderna e o
Meio Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto Alegre: Bookman, 2001. 914p.
6
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O Átomo de Rutherford
O experimento
Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed.
New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p.
A hipótese
O átomo
7
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Espectros de Massas e os
Isótopos

Espectrômetros de
Massas
Setor Magnético
A
Z
X
OU
Z
X
A
A = Número de massa (prótons + nêutrons)
Z = Número atômico (prótons)

Determinação de isótopos
estáveis.
8
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Designação do átomo




Z  natureza do elemento químico, podendo ser omitido.
Todos os átomos de um certo elemento químico  mesmo
número atômico
Átomos com mesmo número atômico e massas diferentes
 ISÓTOPOS
ISÓBAROS
ISÓTONOS
ISOELETRÔNICOS
PESOS ATÔMICOS  Massa média dos átomos (uma)
EXERCÍCIOS
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O Espectro Eletromagnético
c   c  3108 m s
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O Espectro Atômico
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Espectro de Linhas do Hidrogênio
Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed.
New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p.
H2
Hg
Ne
Espectros de linha
 1 1 
1
=R H  2 - 2 
 n1 n 2 
RH= 1,09737x10-2nm-1 (Cte Rydberg)λ
Séries Espectrais
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RH= 1,09737x10-2nm-1 (Cte Rydberg)
1 1
1
=R H  2 - 2 
λ
 n1 n 2 
Séries Espectrais
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O Átomo de Bohr




Postulados
Os elétrons ocupam uma posição definida no átomo, chamada
nível de energia no qual não irradia;
Quando os elétrons estão localizados nos níveis de energia
mais baixos, o átomo está no estado fundamental;
Quando o elétron absorve uma quantidade definida de
energia (ΔE=hν) é promovido para níveis de energia mais
altos (estado excitado);
No estado excitado, os elétrons com excesso de energia
decaem para níveis de energia mais baixos, emitindo a
energia excedente.
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Modelo de Bohr
1
E  A 2
n
E1   A
1
n12
1
E2   A 2
n2
EFoton
A= 2,18x10-18J
 1 1
 E1  E2  A  2  2 

 n1 n2 
hc
A 1 1 
  2 2
 hc  n1 n2 
1
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A Dualidade Partícula-Onda
Difração do elétron
Kotz, J.C. e Treichel, P.,
Chemistry and Chemical
Reactivity, 4ed. New York:
Saunders College Publishing,
1999. 1129p.
Fenômeno de Difração
E  mc
2
Efóton= hc/
h

mv
Brown, T.L., LeMay, H.E. e Bursten,
B.E., Química – Ciência Central,
Trad. Horácio Macedo,7ed. Rio de
Janeiro: LTC, 1999. 702p.
  mv
Ex:  de um grão de areia?
m= 0,000010 g
v= 0,010 m/s
h= 6,63x10-34J.s

h

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O Princípio da Incerteza de
Heisenberg
“É impossível determinar, simultaneamente, a
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posição como o momento de uma partícula com
exatidão em um certo instante.”
ħ
=
1
,
0
Ex1:
de uma
5
gude?
4
x 1,0 g
m=
1 ± 1,0 mm/s
Δv=
0
p  mv
Δx
bola de
x 
2mv
Ex2: Δv de um elétron
confinado numa caixa de
Δx= 200 pm?
3
4
J
/
s
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Ex1: Δx de uma bola de gude?
m= 1,0 g
Δv= ± 1,0 mm/s
px  12
p  mv
v  1, 0mm / s 1, 0mm / s
2


1
kg

m
34
1, 054 10 J / s  

2
s


x 

 2, 6 1029 m
2mv

1kg  
1m 
2  1, 0 g  3    2, 0mm / s  3

10 g  
10 mm 

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Ex2:
Δv de um elétron confinado numa caixa de Δx= 200 pm?
px  12
p  mv
me  9,109 1028 g
v 
2mx
2


1
kg

m
34
1, 054 10 J / s  

2
s


v 
 2,89 105 m / s

1kg  
1m 
2   9,109 1028 g  3    200 pm  12

10
g
10
pm

 

18
Números Quânticos


Número Quântico Principal (n)
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n 1 2 3 4 5 ...
K L M N O
...
Número Quântico Momento Angular ou Azimutal (l)
l =0 a (n – 1)
l 0 1 2 3 4 5
...
s p d f g h
...
Sharp (s)
Principal (p)
Diffuse (d)
Fundamental (f)
Número Quântico Magnético
(ml)
ml = -l a +l

Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química.
Questionando a Vida Moderna e o Meio
Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto
Alegre: Bookman, 2001. 914p.
19
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
Número Quântico Magnético (ml)
ml = -l a +l
Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química.
Questionando a Vida Moderna e o Meio
Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto
Alegre: Bookman, 2001. 914p.
20
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Diagrama de Níveis de Energia





Cada orbital é representado por
um traço;
A energia da subcamada aumenta
com o valor de n;
Com o aumento de n, o espaço
entre as subcamadas diminui;
A partir de n=3 ocorre
sobreposição de camadas;
Os orbitais de uma mesma
subcamada possuem a mesma
Atkins, P. isolados
e Jones, L., Princípios
energia nos átomos
. de Química.
Questionando a Vida Moderna e o Meio
Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto
Alegre: Bookman, 2001. 914p.
21
Orbitais Atômicos
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Orbital s
Russel, J.B., Química Geral. Trad.
Divo L. Sanioto et. al. São Paulo:
McGraw-Hill do Brasil, 1981. 897p.
Orbitais p
Orbitais d
Orbitais f
Shriver, D.F., Atkins, P.W. e
Langford, C.H., Inorganic
Chemistry. Oxford: Oxford
University Press, 1994. 819p.
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Spin Eletrônico
Pólo norte
do ímã
Pólo sul
do ímã

Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and
Chemical Reactivity, 4ed. New York:
Saunders College Publishing, 1999. 1129p.
Número Quântico de Spin (ms)
ml = +½ ou -½
Sentido do spin
Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química.
Questionando a Vida Moderna e o Meio
Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto
Alegre: Bookman, 2001. 914p.
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Princípio da Exclusão de Pauli
Dois elétrons nunca terão o mesmo conjunto de quatro

números quânticos
Subcamad
a
s
p
d
f
No
Orbitais
No max
e-
1
2
3
6
5
10
7
14
Número máximo de elétrons
por camada
№max℮= 2n2
Número máximo de elétrons
por subcamada
Camada
n
No max e-
K
1
2
L
2
8
M
3
18
N
4
32
.
.
.
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Regra de Hund
1.
2.
Os elétrons são distribuídos isoladamente e com o mesmo
spin;
Os elétrons são emparelhados com spins contrários.
Direção de B
Atkins, P. e Jones, L., Princípios de Química.
Questionando a Vida Moderna e o Meio
Ambiente. Trad. Ignez Caracelli, et. al. Porto
Alegre: Bookman, 2001. 914p.
Russel, J.B., Química Geral. Trad.
Divo L. Sanioto et. al. São Paulo:
McGraw-Hill do Brasil, 1981. 897p.
25
Magnetismo nos Elementos




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O spin confere propriedades magnéticas aos
átomos.
A
t
k
i
n
s
,
P
.
e
J
o
n
e
s
,
L
.
,
P
r
i
n
c
í
p
i
o
s
d
e
Q
u
Diamagnéticos – não são atraídos por ímãs.
Exemplos: He, Ne e Ca
2
2He: 1s (nenhum elétron desemparelhado)
Paramagnéticos – são fracamente
atraídos.
Exemplos: Li, N e O
2
1
3Li: 1s 2s (um elétron desemparelhado)
Ferromagnéticos – são fortemente
atraídos.
Exemplos: Fe, Co e Ni
2
6
26Fe: [Ar]4s 3d (quatro elétrons
desemparelhados)
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Constantes, Fatores e Fórmulas
c  
• Número de Avogadro: NA = 6,02x1023 mol-1
• Relação carga-massa: e/m = -1,76x108 C/g
• Carga do elétron: e = -1,6x10-19 C
• Massa do elétron: me = 9,1x10-28 g (0,0005486 uma)
• Carga do próton: cp = +1,6x10-19 C
• Massa do próton: mp =
1,67x10-24
g (1,007276 uma)
• Massa do nêutron: mn = 1,67x10-24 g (1,008665 uma)
• Unidade de massa atômica: uma = 1,66054x10-24 g
• Velocidade da luz: c = 2,99792x108 m/s
• Constante de Rydberg: RH = 1,10x107 m-1 (3,28984x1015 Hz)
• Constante de Planck: h = 6,63x10-34 J.s
• Constante de Bohr: A = 2,18x10-18 J
• ħ = 1,054x10-34 J/s
• 1eV = 1,602x10-19 J = 96,485 kJ/mol
• 1J = 1kgm2/s2
• 1m = 10-3mm = 10-6µm = 10-9nm = 10-10Å = 10-12pm = 10-15fm
E  h
Efóton= hc/
 1
1 
 R 2  2 

 n1 n2 
1
E  mc 2
p  mv

x 
2mv
27