Prof Aline Monteiro Antonio Guerra CEFETRJ CENTRO FEDERAL

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

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ A Evolução do Modelo Atômico n 400 a. C. – Demócrito: Toda a matéria é formada por átomos. n 1803 d. C. – Dalton: Esfera maciça e indivisível. n 1898 d. C. – Thomson: Massa positiva com elétrons mergulhados. n 1911 d. C. – Rutherford: n 1913 d. C. – Bohr: Núcleo com partículas positivas, espaço vazio e elétrons. eletrônicas. Camadas 2

Prof. Aline Antonio Monteiro Guerra/–Antonio CEFET/RJ Guerra CEFET/RJ Natureza Elétrica da Matéria Nicholson e Carliste (1800) – eletrólise da água 2 H 2 O I 2 H 2(g) + O 2(g) Michael Faraday (1832) – Lei de Faraday Kotz, J. C. e Treichel, P. , Chemistry and Chemical Reactivity, 4 ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129 p. Existências de partículas carregadas eletricamente Gaiola de Faraday 3

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Raios Catódicos Brown, T. L. , Le. May, H. E. e Bursten, B. E. , Química – Ciência Central, Trad. Horácio Macedo, 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 702 p. H 2 Hg N 2 Características dos raios catódicos: n Deslocam-se em linha reta; n Giram pequenos moinhos (partículas); n Reagem sob ação de campos E e B (carga -); n Apresentam sempre mesma massa e carga; independente da natureza dos eletrodos ou do gás; n Foram chamadas elétrons partículas carregadas negativamente. 4

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ A Carga e a Massa do Elétron n n Experimento de Thomson (1904) Experimento de Millikan (1908) Kotz, J. C. e Treichel, P. , Chemistry and Chemical Reactivity, 4 ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129 p. 5

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Íons Positivos e Partículas Nucleares n Experimento de Goldstein Kotz, J. C. e Treichel, P. , Chemistry and Chemical Reactivity, 4 ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129 p. n 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. 914 p. 6

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ O Átomo de Rutherford O experimento Kotz, J. C. e Treichel, P. , Chemistry and Chemical Reactivity, 4 ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129 p. A hipótese O átomo 7

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Espectros de Massas e os Isótopos n Espectrômetros de Massas OU Setor Magnético A = Número de massa (prótons + nêutrons) Z = Número atômico (prótons) n Determinação de isótopos estáveis. 8

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Designação do átomo n n 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 9

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ O Espectro Eletromagnético 10

O Espectro Atômico Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Espectro de Linhas do Hidrogênio Kotz, J. C. e Treichel, P. , Chemistry and Chemical Reactivity, 4 ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129 p. H 2 Hg Ne Espectros de linha RH= 1, 09737 x 10 -2 nm-1 (Cte Rydberg) Séries Espectrais 11

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ RH= 1, 09737 x 10 -2 nm-1 (Cte Rydberg) Séries Espectrais 12

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ O Átomo de Bohr n n Postulados Os elétrons ocupam uma posição definida no átomo, chamada nível de energia no qual não irradia; Quando os elétrons estão localizados 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. 13

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Modelo de Bohr A= 2, 18 x 1018 J 14

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ A Dualidade Partícula-Onda Difração do elétron Kotz, J. C. e Treichel, P. , Chemistry and Chemical Reactivity, 4 ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129 p. Fenômeno de Difração Brown, T. L. , Le. May, H. E. e Bursten, B. E. , Química – Ciência Central, Trad. Horácio Macedo, 7 ed. Rio de Janeiro: LTC, 1999. 702 p. Ex: de um grão de areia? m= 0, 000010 g v= 0, 010 m/s h= 6, 63 x 10 -34 J. s Efóton= hc/ 15

O Princípio da Incerteza de Heisenberg “É impossível determinar, simultaneamente, a Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ posição como o momento de uma partícula com exatidão em um certo instante. ” ħ = 1 , 0 Ex 1: de uma 5 m=4 1, 0 g x ± 1, 0 mm/s Δv= 1 0 Δx bola de gude? Ex 2: Δv de um elétron confinado numa caixa de Δx= 200 pm? 3 4 J / s 16

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Ex 1: Δx de uma bola de gude? m= 1, 0 g Δv= ± 1, 0 mm/s 17

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Ex 2: Δv de um elétron confinado numa caixa de Δx= 200 pm? 18

Números Quânticos n n Número Quântico Principal (n) Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ 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 n 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. 914 p. 19

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ n 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. 914 p. 20

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Diagrama de Níveis de Energia n n n 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. 914 p. 21

Orbitais Atômicos Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Orbital s Russel, J. B. , Química Geral. Trad. Divo L. Sanioto et. al. São Paulo: Mc. Graw-Hill do Brasil, 1981. 897 p. Orbitais p Orbitais d Orbitais f Shriver, D. F. , Atkins, P. W. e Langford, C. H. , Inorganic Chemistry. Oxford: Oxford University Press, 1994. 819 p. 22

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Spin Eletrônico Pólo norte do ímã Pólo sul do ímã n Kotz, J. C. e Treichel, P. , Chemistry and Chemical Reactivity, 4 ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129 p. 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. 914 p. 23

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Princípio da Exclusão de Pauli Dois elétrons nunca terão o mesmo conjunto de quatro n 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℮= 2 n 2 Número máximo de elétrons por subcamada Camada n No max e- K 1 2 L 2 8 M 3 18 N 4 32 . . . 24

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ 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. 914 p. Russel, J. B. , Química Geral. Trad. Divo L. Sanioto et. al. São Paulo: Mc. Graw-Hill do Brasil, 1981. 897 p. 25

Magnetismo nos Elementos n n Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ 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 2 He: 1 s (nenhum elétron desemparelhado) Paramagnéticos – são fracamente atraídos. Exemplos: Li, N e O 2 1 3 Li: 1 s 2 s (um elétron desemparelhado) Ferromagnéticos – são fortemente atraídos. Exemplos: Fe, Co e Ni 2 6 26 Fe: [Ar]4 s 3 d (quatro elétrons desemparelhados) 26

Prof. Aline Monteiro / Antonio Guerra CEFET/RJ Constantes, Fatores e Fórmulas • Número de Avogadro: NA = 6, 02 x 1023 mol-1 • Relação carga-massa: e/m = -1, 76 x 108 C/g • Carga do elétron: e = -1, 6 x 10 -19 C • Massa do elétron: me = 9, 1 x 10 -28 g (0, 0005486 uma) Efóton= hc/ • Carga do próton: cp = +1, 6 x 10 -19 C • Massa do próton: mp = 1, 67 x 10 -24 g (1, 007276 uma) • Massa do nêutron: mn = 1, 67 x 10 -24 g (1, 008665 uma) • Unidade de massa atômica: uma = 1, 66054 x 10 -24 g • Velocidade da luz: c = 2, 99792 x 108 m/s • Constante de Rydberg: RH = 1, 10 x 107 m-1 (3, 28984 x 1015 Hz) • Constante de Planck: h = 6, 63 x 10 -34 J. s • Constante de Bohr: A = 2, 18 x 10 -18 J • ħ = 1, 054 x 10 -34 J/s • 1 e. V = 1, 602 x 10 -19 J = 96, 485 k. J/mol • 1 J = 1 kgm 2/s 2 • 1 m = 10 -3 mm = 10 -6µm = 10 -9 nm = 10 -10Å = 10 -12 pm = 10 -15 fm 27