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Aula 1: Eletrostática, Átomos e Tabela Periódica
1. átomos e modelos atômicos
2. átomos e elementos
3. conservação de cargas
Na maioria das situações, os átomos possuem o mesmo número de prótons e elétrons.
Nome Região Atômica
Carga Elétrica Massa
Elétron Eletrosfera -1 1/1840
Próton Núcleo +1 1
Nêutron Núcleo zero 1
pequeno!!
grandes
átomos e modelos atômicos
ELEMENTOS QUÍMICOS os átomos não são iguais – eles têm diferentes números de
prótons, nêutrons e elétrons.
átomos com mesmo número de prótons recebem o nome de um elemento químico
EXEMPLOS: o Hidrogênio com número atômico 1 (os átomos de hidrogênio contém um próton e um elétron); Hélio (número atômico 2); Carbono (número atômico 6).
átomos e elementos
átomos e elementos
http://www.labec.iqm.unicamp.br/cursos/QG107/aula9_4x.pdf
Número atômico Símbolo Configuração da Camada de valência
Metais Semimetais Ametais
Os elétrons das camadas mais internas estão ligados fortemente ao núcleo.
Os elétrons mais externos estão pouco ligados e podem facilmente ser desalojados.
A energia necessária para remover um elétron do átomo varia de uma substância para outra
conservação de cargas e eletrização
Princípio da Conservação da Carga
Quando um material é eletricamente carregado, nenhum elétron é criado ou destruído. Eles são simplesmente transferidos de um material para outro. A carga é conservada.
conservação de cargas e eletrização
MATERAIS CONDUTORES E ISOLANTES CONDUTORES permitem a fácil movimentação dos elétrons. ISOLANTE os elétrons são fortemente ligados ao núcleo, não
permite uma fácil movimentação dos elétrons.
5 – 8 elétrons 1 -3 elétrons na última camada na última camada
conservação de cargas e eletrização
SÉRIE TRIBOELÉTRICAPOSITIVO
Mãos Humanas
Vidro Lã
ChumboPele de Gato
SedaAlumínio
PapelAlgodão
PoliestirenoCobre
Enxofre Celulóide
NEGATIVO
cobre (Cu) e enxofre (S)
conservação de cargas e eletrização
tribo = atrito (em grego!)
cobre + enxofre -
modelo planetário é instável!
a Lua não cai na Terra,
Terra e Lua Átomo
mas o elétron cai (espirala) no núcleo!
‘’O modelo planetário não explica a existência dos átomos precisamos de outro modelo
PERGUNTAS
O que é a luz?
Como a luz do Sol chega até a Terra?
Luz e calor são formas de energia? Como podem ser transportadas na ausência de átomos?
amplitudemedida da magnitude da máxima perturbação durante uma oscilação completa
tempo período Ttempo de uma oscilação completa
na oscilaçãoondas
tempo período Ttempo para a crista se deslocar de um comprimento de onda λ
no deslocamento
velocidade v λ / T
distância (comprimento de onda λ) percorrida no tempo de um período T
v
ondas
Mas a luz do Sol se propaga no vácuo.
Se luz é feita de ondas, estas ondas não necessitam de um meio material!
Então são oscilações de que?
Antena – Variação do Campo Elétricoondas eletromagnéticas e antenas
-
i
E
++++++++++++
---------------------
-
iE
…Δt Δt Δt
corrente elétrica variável ou campo elétrico variável
campo magnético variável campo elétrico (chamamos este fenômeno de indução eletromagnética)
ondas eletromagnéticas e antenas
campo magnético variável
E como juntar as duas?Onda eletromagnética
Corrente
Campo Magnético
Campo Magnético
Campo Magnético
Campo Elétrico
Campo Elétrico
Propagação da onda eletromagnéticaNo vácuo com uma velocidade c , onde c ≈ 3x108 m/s.
c = / T = f
ondas eletromagnéticas e antenas
frequência
comprimento de onda
c
http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/EM/EMWave/EMWave.html
carga oscilante emite onda de campo elétrico
Antena Átomo
Fontes de ondas eletromagnéticas
ondas eletromagnéticas e antenas
… a grande maioria das ondas eletromagnéticas no Universo vem
das vibrações moleculares
• Elétrons vibram em torno do núcleo
Frequência alta: ~1014 - 1017 Hz
• Os núcleos das moléculas vibram Frequência intermediária: ~1011 - 1013 Hz
• Os núcleos das moléculas rodam
Frequência baixa: ~109 - 1010 Hz
ondas eletromagnéticas e antenas
Aula 3:Refração e dispersão da luz
Análise da luz
Espectro visível e reemissão molecular
Refração
Ressonância
A onda eletromagnética emitida por um fonte luminosa (visível) pode ser analisada por um espectroscópio.
Existem dois tipos de espectroscópios:
DIFRAÇÃO REFRAÇÃO
Lei da Refração... Mas e a onda eletromagnética?
Raio incidente N Meio menos refringente
n1
n2 Meio mais refringente
Raio refratado
Lei de Snell - Descartes:n1 sen1 = n2 sen2
RessonânciaRessonância é um fenômeno onde o objeto exposto a uma perturbação oscilante, com freqüência igual a sua própria freqüência natural de vibração, passa a ganhar energia.
EXEMPLOS: »Soldados marchando sobre uma ponte;»Cantora quebrando uma taça de cristal;»Diapasões para afinar violão;»Criança brincando no balanço.
EMISSÃO
DE ONDA ELETROMAG-
NÉTICA
VIBRAÇÃO
DOS ELÉTRONS
Onda eletromagnética passando por antena - produzindo VIBRAÇÃO e EMISSÃO
antenas emissoras, receptoras e reemissoras
REEMISSÃO da onda eletro-
magnética
Molécula vibrando ABSORÇÃO EMISSÃO com sua freqüência Onda eletromagnética gerada natural pelo movimento dos elétrons
Campo eletromagnético passando por molécula e produzindo vibração e reemissão
antenas emissoras, receptoras e reemissoras
Situações em que os elétrons oscilam sob ação de ondas eletromagnéticas:
• Oscilação produz onda EMISSÃO
• Onda produz oscilação ABSORÇÃO
• A oscilação gerada por uma absorção pode produzir uma nova onda REEMISSÃO
antenas emissoras, receptoras e reemissoras
Luz reemissão em
todas as direções
transformação em outras formas de energia cinética
molecular
espalhamento
absorção
interferência das ondas de átomos ordenados em
fileiras
reflexão
refração
difração
Os muitos caminhos da luz na matéria
Alguns materiais são transparentes à luz e outros não. Por quê?
PARA QUALQUER MATERIAL: As freqüências naturais de oscilação de um elétron dependem de quão fortemente ele está ligado a seu átomo ou molécula.
Diferentes átomos e moléculas possuem diferentes constantes elásticas. ANÁLOGO MECÂNICO
Atividades: Desenhar duas ondas separadas(Gráfico do espaço pelo
tempo) em três momentos:Em fase,Com ½ de defasagem eCom ¼ de defasagem.
Faça um gráfico somando essas ondas nos três casos explicando como você pode obter as respostas.
Monte na transparência: duas fendas, meça essa distância, depois desenhe um anteparo e meça a distância entre as fendas e o anteparo. Depois disso posicione uma onda em cada fenda e identifique pontos de máximos e mínimos que poderá se encontrar no anteparo. Identifique o que é necessário para que ocorra máximo ou mínimos dando exemplos.
O que acontece quando se aproxima ou se afasta as fendas?
em fase Amplitude dobra
• Defasagem de ½ de onda
λ/2
amplitude se anula!
CONSTRUTIVA
DESTRUTIVA
Interferência=SOMAondas
Fenômeno que representa a superposição de duas ou mais ondas num mesmo ponto
InterferênciaInterferência
Quanto maior a diferença entre os caminhos dos dois raios de luz (via M e N), mais distante do ponto central é a imagem formada na tela
Interferência
luz
escuro
luz
luz
escuro
Quanto maior a distância entre as fendas, menos afastadas ficam as franjas laterais
Interferência
O que vemos, se afastarmos muito mais as fendas??
A luz se propaga em linha reta???
E porque não vemos esse efeito quando a luz passa pela porta? O que precisa para
que o fenômeno da difração ocorra?
PERGUNTASComo a luz é capaz de fazer curva, quando ela passa por um anteparo?(Caso da cuba de vidro)
Se um aluno depois de ver o experimento da cuba lhe perguntasse “E porque não vemos esse efeito quando a luz passa pela porta? “ Como você explicaria?
No caso das ondas eletromagnéticas que não necessitam de um meio de propagação como podemos explicar o efeito da difração?
Como você explicaria para obter a equação da difração. Explique utilizando desenhos e explicite todos os passos, que será necessário para isso .
Nas bordas ocorre o efeito “antena” e com isso ela provoca a vibração das moléculas da borda da parede
Já que o modelo planetário não serve mais
Novo: Modelo Atômico de Bohr(postulados)
1º postulado: Os elétrons descrevem órbitas circulares estacionárias ao redor do núcleo, SEM EMITIREM NEM
ABSORVEREM ENERGIA.
Interação da Radiação com a MatériaQUANTIZADA!
Fóton
pacote de energia bem definida
partícula de energia
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.
A luz vermelha é causada
por elétrons saltando
da terceira órbita para a
segunda órbita
FÓTON VERMELHO
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.
Espectros Atômicos
São como impressões digitais
O espectro emitido por um elemento químico não é contínuo
átomo = sem (a) divisão (tomo) em Grego
espectro = spectrum = aparência (derivada de specere = olhar para, em Latim)
O MODELO DE BOHR É CAPAZ DE EXPLICAR A LUZ EMITIDA POR
GASES QUENTES - espectros
Átomos e espectros
gás neon
Nos anos 1860, Gustav Kirchhoff formula as leis experimentais que resumem os 3 tipos
de espectro possíveis:
E qual a origem do espectro contínuo???
lâmpada fluorescente (gás)
luz de uma vela (parafina)
http://ioannis.virtualcomposer2000.com/spectroscope/amici.html#colorphotos
Situação de Aprendizagem 3: Dados Quânticos
Depois de explicado o modelo de Rutherford passamos para a “Crise do Modelo Clássico” e vamos para o modelo de Bohr. As órbitas de Bohr são estados energéticos estacionários, cujos valores são constantes.
Para simplificar usamos a equação: En = 13,06 ev/n2 onde cada órbita é caracterizada pelo número quântico (n), que pode assumir valores inteiros entre 1, 2, 3, ...
Devemos pedir para os alunos calcularem essas energias para cada nível. Depois devemos mostrar as séries de Lyman n = 1, Balmer n = 2, Paschen n = 3, Brackett n = 4 e Pfund n = 5.
Depois pedimos aos alunos para montarem os dados com os valores sugeridos no caderno.
Para o jogo deve-se ter papel, caneta e uma pequena calculadora para ver se a jogada é possível e em que nível o jogador está.
Todos os jogadores começam do zero e para cada jogada ele vai subindo de nível até atingir o nível n = 5.
Com essa atividade deve ficar claro para o aluno que os elétrons não assumem qualquer valor de energia, isto é, a energia é quantizada.
Situação de Aprendizagem 4. Pag. 18. CADERNO DO ALUNO. 3ª Série. Volume 3.IDENTIFICANDO OS ELEMENTOS QUÍMICOS DOS MATERIAISSituação de Aprendizagem 6. Pag. 26. CADERNO DO ALUNO. 3ª Série. Volume 3.ASTRÔNOMO AMADORSITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM: IDENTIFICANDO ELEMENTOS QUÍMICOSOBJETIVOS: Discutir a emissão de luz por diferentes materiais e relacioná-la às propriedades atômicas.CONTEÚDOS: Produção do espectro de emissão de radiações; identificação das substâncias através das linhas espectrais.COMPETÊNCIAS E HABILIDADES: Utilizar linguagem escrita para relatar experimentos e questões relativos à produção de espectros. Analisar e interpretar resultados de atividades experimentais demonstrativas. Usar modelos quânticos para a interpretação dos espectros de emissão de substâncias.
ESTRATÉGIAS: Realização de atividades demonstrativas e experimentais em duplas. Observação das linhas dos espectros de vários elementos químicos. Elaboração de hipóteses que expliquem as linhas dos espectros. Suas cores e freqüências.RECURSOS: Roteiro de trabalho. Bico de Bunsen, gás, vários elementos químicos diferentes, espectroscópio simples, cópias dos espectros de diversos elementos e das emissões de algumas estrelas. Teste da Chama:Substância Elemento Cor CuSO4 Cobre Verde CaO Cálcio Vermelho KCl Potássio Violeta NaCl Sódio Amarelo