03/06/2013
Modelo Atômico
THOMPSON (1897)
Modelo Atômico
Descobriu a existência dos elétrons e propôs o
modelo conhecido como pudim de passas, onde
os elétrons ficam distribuídos dentro de uma
massa com carga positiva, tornando-a neutra.
Aula de Física Moderna
UCP – Física Moderna - Adriana Racco
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Modelo Atômico
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Modelo Atômico
RUTHERFORD
DEMÓCRITO
Estudando o espalhamento de partículas em uma placa
metálica, verificou a existência de um núcleo com carga
positiva e partículas negativas no seu entorno (eletrosfera).
O universo tem uma constituição elementar única
que é o átomo, partícula invisível, indivisível,
impenetrável e animada de movimento próprio.
As vibrações dos átomos provocam todas as
nossas sensações.
O espalhamento por cargas positivas verificava um
diâmetro menor que o dar carga positivas.
Por que os elétrons não colapsam, já que são atraídos pela
carga positiva do núcleo?
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Modelo Atômico
Modelo Atômico
DALTON (Século XIX)
BOHR
O átomo é como uma pequena esfera, com massa definida
e propriedades características. São as menores partículas
que constituem a matéria; são indivisíveis e indestrutíveis,
e não podem ser transformados em outros.
Por que os elétrons não colapsam, já que são atraídos pela
carga positiva do núcleo?
As transformações químicas ocorrem por separação e
união de átomos. .
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Os elétrons só podem ocupar níveis de energia bem
definidos (quantizados), cada órbita possui um nível de
energia diferente. Ao trocar de órbita o elétron precisa
absorver ou emitir energia para trocar de órbita.
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Princípio de Incerteza de Heisenberg
Pelo principio da incerteza, não é possível
considerarmos órbitas para os elétrons, dando início ao
conceito de orbitais, que são os locais com maior
probabilidade de se encontrar um elétron.
∆px . ∆x ≥ h/2
onde h=h/2π
A razão dessa incerteza não é um problema do
aparato utilizado nas medidas das grandezas
físicas, mas sim a própria natureza da matéria
e da luz.
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Modelo Atômico
Modelo Atômico
Pela mecânica Quântica, podemos calcular a
probabilidade de encontrar um elétron em um determinado
local.
Para descrever os níveis de energia de um átomo
utilizamos 4 números quânticos:
número quântico magnético
Representa a orientação permitida para a
nuvem de elétrons
•número quântico principal
•número quântico de momento angular ou azimutal ou
secundário
•número quântico magnético
•número quântico de spin
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Modelo Atômico
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Modelo Atômico
número quântico principal
Referente a distância do elétron ao núcleo
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número quântico de spin
Spin é o movimento de rotação do elétron em torno do seu
eixo.
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Modelo Atômico
número quântico de momento angular ou secundário
Fótons e Ondas de Matéria
Comportamento da luz como partícula e
da matéria como onda.
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Max Planck - Quantização
Radiação do Corpo Negro
1800 - Sir William Herschel ao observar a decomposição da luz branca ao
atravessar um prisma. Percebeu que a temperatura aumentava quando se
aproximava do vermelho e continuava a aumentar no espectro escuro
(infravermelho, onde nosso olhos não podem perceber a radiação).
Catástrofe do ultravioleta - Rayleigh e Jeans -> I
α T -4
A teoria Clássica não consegue explicar o comportamento da radiação do
corpo negro.
T = 9.000K
Radiação do Corpo Negro
Radiação Térmica é a radiação emitida por um corpo devido à sua temperatura
Corpo negro – consiste em uma cavidade com
um pequeno orifício, de forma que a radiação
que entra fica confinada.
A radiação térmica produzida pelas paredes
aquecidas é liberada pelo orifício.
Radiação do Corpo Negro
1900 – Max Planck propôs que os
osciladores irradiavam energia em faixas
restritas (discretas).
A energia emitida deve ser múltipla de hf
E=nhf
Mais tarde a constante h recebeu o nome
de Constante de Planck
h=6,626 10-34 J.s
Início da Mecânica Quântica
Radiação do Corpo Negro
O Efeito Foto Elétrico
1887 – Heinrich Hertz
Verificou que ao incidir luz em um metal, ocorriam faíscas e que elas eram
causadas principalmente pela luz na frequência ultravioleta.
1888 - Wilhelm Hallwachs mostrou que corpos metálicos irradiados com luz
ultravioleta adquiriam carga positiva.
Ao aumentar a temperatura o máximo se desloca para comprimentos de onda
menores.
Rayleigh e Jeans -> I
Lenard e Wolf, inspirados nos resultados publicaram um artigo, sugerindo que a luz
ultravioleta faria com que partículas do metal deixassem a superfície do mesmo.
α T -4
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O Efeito Foto Elétrico
O Efeito Foto Elétrico
1889 - Thomson postulou que o efeito fotoelétrico consistia na emissão de elétrons.
Einstein utilizou a proposta de Planck para obter a equação do efeito foto elétrico
e= 6,8 x 10-10 esu
Valor atual e= 4,77 x 10-10 esu ou 1,60x10-19 C
Função trabalho Φ
Para conseguir escapar do material, o
elétron precisa de uma energia mínima,
chamada função trabalho.
A corrente de elétrons gerada
diminui quando ligamos a
placa coletora ao pólo negativo
de uma bateria.
Energia do fóton
hf< Φ , o elétron não pode escapar
hf0< Φ
f0 é a frequência de corte
O Efeito Foto Elétrico
1903 - Lenard provou que a energia dos elétrons emitidos não depende da
intensidade da luz.
1904 - Schweidler mostrou que a energia do elétron é proporcional à
freqüência da luz incidente.
O Efeito Foto Elétrico
Einstein utilizou a proposta de Planck para obter a equação do efeito foto elétrico
Energia do fóton hf > Φ, a energia
excedente se transforma em cinética
hf = Kmax + Φ
A corrente de elétrons gerada
diminui quando ligamos a
placa coletora ao pólo negativo
de uma bateria.
Potencial de corte pela frequência da luz incidente.
Dados obtidos por Millikan em 1916.
O Efeito Foto Elétrico
Regulando V, é possível verificar qual o valor onde a energia cinética do elétron
será nula (i=0)
Potencial de corte
O Efeito Foto Elétrico
Potencial de corte para alvos de diferentes materiais
K = eV
Einstein utilizou a proposta de Planck para obter a equação do efeito foto elétrico
Césio – Potássio – Sódio – Lítio
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Comprimento de Onda de De Broglie
O Efeito Foto Elétrico
Equação de de Broglie para o comprimento de onda relativo ao
elétron:
Potencial de corte para alvos de diferentes materiais
λ = h/p,
onde λ é o comprimento de onda do elétron , h a constante de Planck e
p o momento do elétron.
Vamos calcular o comprimento de onda de de Broglie
relativo a uma partícula de poeira, com10-6 g se
deslocando com uma velocidade de 10-6 m/s. Usando
h= 6.63 X 10-34 J.s (joule vezes segundo), então:
Através do gráfico, determine a função trabalho para o sódio.
h=6,626 10-34 J.s
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Fóton
Comprimento de Onda de De Broglie
Equação de de Broglie para o comprimento de onda relativo ao
elétron:
Einstein introduziu o conceito de fóton (quantum de energia)
λ = h/p,
1916 –Einstein ampliou o conceito de fóton, ao propor que um quantum de luz
possui momento linear.
p= E/c = hf/c
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onde λ é o comprimento de onda do elétron , h a constante de Planck e
p o momento do elétron.
Vamos calcular o comprimento de onda de de Broglie
relativo a uma partícula de poeira, com10-6 g se
deslocando com uma velocidade de 10-6 m/s. Usando h=
6.63 X 10-34 J.s (joule vezes segundo), então:
(momento do fóton)
Dessa forma, um fóton ao colidir com um elétron transfere para ele energia e
momento, como em uma colisão clássica.
6.63 X 10-34 J.s/(10-9 kg)( 10-6 m/s)= λ= 6,63 X 10-19m.
O diâmetro de um núcleo é da ordem de 10-15m
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Comprimento de Onda de De Broglie
1924 - Louis de Broglie em sua tese de doutorado levantou
a hipótese de que se uma onda eletromagnética pode se
comportar como partícula, uma partícula também pode
apresentar comportamento ondulatório.
Equação de de Broglie para o comprimento de onda relativo ao
elétron:
λ = h/p,
onde λ é o comprimento de onda do elétron ,
h é aconstante de Planck e
p o momento do elétron.
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