Teoria atômica - Revisão

Primeiras idéias - Demócrito (460-370 AC) - partículas indivisíveis ÁTOMOSÁTOMOS

John Dalton (1803) - Recuperou a idéia de partículas muito pequenas

✔ Espécies que não se decompõem quimicamente

✔ Cada espécie tem propriedades específicas (m)

Usada pelas leis de conservação e proporção

Teoria Atômica - Revisão

Postulados:

✔ Toda matéria é feita de átomos.

✔ Átomos de mesmo elemento são idênticos em todas as propriedades e de elementos diferentes

não.

✔Compostos são combinações de dois ou mais átomos.

✔ Átomos são unidades das transformações químicas.

Antes de prosseguir.....

.....

..........

.................

DESCULPAS AOS PESQUISADORES DESCULPAS AOS PESQUISADORES OMITIDOS!!! OMITIDOS!!!

RESUMO DO DESENVOLVIMENTO DA TEORIA ATÔMICA

Eletricidade - evolução da teoria atômica

Franklin - cargas elétricas + e - Associação com átomos??

1896 - Becquerel - Minério de Urânio - Radioatividade

1898 - Curie - Isolaram Po e Ra

Separação de partículas subatômicas

Teoria Atômica - Revisão

Teoria de Dalton - 100% aceita??? NÃO!!

Conclusão : Átomos se desintegram!! - Existência de partículas subatômicas.

1833- Faraday - Mesma quantidade de corrente

quantidades diferentes depositadas de metais diferentes

Semelhantemente: partícula fundamental de um elemento - átomo

Partícula fundamental de eletricidade - elétron

Teoria Atômica - Revisão

Raios Catódicos

Teoria Atômica - Revisão

Thomson - 1887Thomson - 1887

Relação Relação carga/massa do carga/massa do

elétronelétron

-1,76 x 10-1,76 x 1088 C/g C/g

Elétron Carga -1,60 x 10-19 CMassa 9,09 x 10-28 gAtual 9,1093897 x 10-28

Teoria Atômica - Revisão

Millikan - 1909Millikan - 1909

Raios CanaisRaios Canais PrótonMassa 1,672623 x 10-24 g

Chadwick - 1932Chadwick - 1932 NêutronMassa 1,6749286 x 10-24 g

Raios canais

Carga e massa do elétron

Teoria Atômica - Revisão

Avaliou as idéias de Thomson

Rutherford - 1910Rutherford - 1910

Átomo - Núcleo e elétronsÁtomo - Núcleo e elétrons

raio do núcleo - ca. 0,001pm raio do núcleo - ca. 0,001pm (10(10-12-12m)m)

raio do átomo - 100pmraio do átomo - 100pm

Átomos e íons!!Átomos e íons!!

Geiger e MarsdenGeiger e Marsden

Estrutura eletrônica dos átomos

Propriedades são dependentes da distribuição

dos elétrons

ElementosElementos

Radiação Radiação eletromagnéticaeletromagnética

Espectro eletromagnético

E = h c/λ E= hνν − freqüência – número de ciclos por segundo λ − Comprimento de onda – pico a pico ou valea valeh- Constante de Planck – 6,6261 x 10-27 erg.sc- Velocidade da luz – 3,00 x 108m/s

ν = c/λ

Exemplo:Qual a freqüência da luz amarela (λ = 625 nm)

ν = 3,00 x 108m/s = 4,80 x 1014 s-1 (Hz) 625nm x 10-9 m

1 nm

Exemplo

Radiação eletromagnética

Espectro eletromagnético

Espectro de emissão

Espectros de emissão (linhas)

Balmer e Rydberg Equação de

Rydberg

Cálculo dos comprimentos de onda das linhas do

espectro

1/λ = RH (1/n12 - 1/n2

2) onde RH = 109,678 cm-1

n2 > n1

Exemplo:

Espectro de Hidrogênio Espectro de Hidrogênio

Considerando nConsiderando n11= 2 e n= 2 e n22 =4 =4

1/1/λλ = 109,678 cm = 109,678 cm-1-1 (1/2 (1/222 - 1/4 - 1/422))

1/1/λλ = 2,056 x 10 = 2,056 x 1044 cm cm-1-1

λ = λ = 4,864 x 104,864 x 10-5-5 cm cm

Análise dimensionalAnálise dimensional

λ = λ = 4,864 x 104,864 x 10-5-5 cm x cm x 1010-2-2 m x m x 1nm1nm 1 cm 1 cm 10 10-9-9 m m

λ = λ = 486,4 nm Cor verde486,4 nm Cor verde

Espectros de emissão Hidrogênio

Espectros de emissão Hidrogênio

R = 1,097 x 10R = 1,097 x 1077 m m-1-1

O significado dos espectros de linhasO átomo excitado perde energia que não é arbitráriaO átomo excitado perde energia que não é arbitrária

A EA Eelétronelétron é quantizada é quantizada

Fundamento das teorias de estrutura Fundamento das teorias de estrutura

eletrônica dos átomoseletrônica dos átomos

11o.o. Modelo Teórico Niels Bohr - 1913 Modelo Teórico Niels Bohr - 1913

Elétrons ao redor do núcleo - órbitasElétrons ao redor do núcleo - órbitas

E = -b/nE = -b/n2 2 b= 2,18 x 10b= 2,18 x 10-18-18 J J

Calcular a energia do elétron em qualquer órbitaCalcular a energia do elétron em qualquer órbita

Elétrons ao redor do núcleo - órbitasElétrons ao redor do núcleo - órbitas

E = -b/nE = -b/n2 2 b= 2,18 x 10b= 2,18 x 10-18-18 J J

Calcular a energia do elétron em qualquer órbitaCalcular a energia do elétron em qualquer órbita

b= (2 b= (2 ππ22 m e m e44)/n)/n22hh22

E = - (2 E = - (2 ππ22 m e m e44)/n)/n22hh22

n= 1 estado fundamental para o Hn= 1 estado fundamental para o H

Explicação da Eq. de RydbergExplicação da Eq. de Rydberg

Teoria de Bohr - fracassou!! Por que????Teoria de Bohr - fracassou!! Por que????

Dualidade onda x partícula

Louis de Broglie - 1924 - elétrons se comportam Louis de Broglie - 1924 - elétrons se comportam também como ondas.também como ondas.

λ λ = h/mv= h/mv m - massa da partículam - massa da partícula

vv − − velocidade da partículavelocidade da partícula

Dualidade onda x partícula

Abordagem de Schrödinger mais adequada que a de Abordagem de Schrödinger mais adequada que a de Bohr!Bohr!

O elétron às vezes se comporta como onda, outras como partículaO elétron às vezes se comporta como onda, outras como partícula

Heisenberg - Determina-se a posição com exatidão então não se Heisenberg - Determina-se a posição com exatidão então não se tem exatidão na medida da energia.tem exatidão na medida da energia.

O que se tem? Probabilidade de se encontrar o elétron com certa O que se tem? Probabilidade de se encontrar o elétron com certa energia num dado volume de espaço!!energia num dado volume de espaço!!

Princípio de incerteza de HeisenbergPrincípio de incerteza de Heisenberg

∆∆x . x . ∆∆(mv) > 1/2 h(mv) > 1/2 h

A incerteza na posição x a incerteza no momento (mv) (relativo a A incerteza na posição x a incerteza no momento (mv) (relativo a energia) > henergia) > h

Se quisermos saber com exatidão o valor do momento, a incerteza Se quisermos saber com exatidão o valor do momento, a incerteza na posição será grandena posição será grande

Calcular a incerteza na posição de um elétron (m= 9,11 x 10Calcular a incerteza na posição de um elétron (m= 9,11 x 10-28-28 g) g) com velocidade 1,20 x 10com velocidade 1,20 x 1088 m/s m/s

Supondo a incerteza na velocidade - 0,100% Supondo a incerteza na velocidade - 0,100%

(6,626 x 10(6,626 x 10-34-34 kg.m kg.m22/s/s22)(s))(s)(9,11 x 10(9,11 x 10-31-31 kg) (1,20 x 10 kg) (1,20 x 1088m/s) (0,00100)m/s) (0,00100)

> 6,06 x 10> 6,06 x 10-9-9 m distância grande em relação a distâncias m distância grande em relação a distâncias atômicas e molecularesatômicas e moleculares

Grande incerteza na posição do elétron - probabilidade de se Grande incerteza na posição do elétron - probabilidade de se encontrar o elétron numa região do espaço. encontrar o elétron numa região do espaço.

Equação de Schrödinger Átomo de Hidrogênio e funções de onda

Equação matemática mais complexa - Funções de onda (Equação matemática mais complexa - Funções de onda (ψψ) - ) - Elétron como uma ondaElétron como uma onda

✔ Somente algumas funções são permitidasSomente algumas funções são permitidas

✔ Cada Cada ψ ψ corresponde a um valor de energiacorresponde a um valor de energia

✔ A energia do elétron é quantizadaA energia do elétron é quantizada

✔ ψ2 − ψ2 − probabilidade de se encontrar o elétron - densidade de probabilidade de se encontrar o elétron - densidade de elétronselétrons

✔ Resolução da equação - introdução de 3 números quânticos (n, Resolução da equação - introdução de 3 números quânticos (n, ll e e mmll))

Números quânticos !!! Números quânticos !!!

Números quânticos Números quânticos

n - n - níveis de energia principais do elétron na região mais níveis de energia principais do elétron na região mais provável de encontrá-lo - Nprovável de encontrá-lo - No.o. Máximo de elétrons 2n Máximo de elétrons 2n

l l -- momento angular do elétron - subníveis de energia nos momento angular do elétron - subníveis de energia nos quais é mais provável encontrar o elétron. (0 a n-1)quais é mais provável encontrar o elétron. (0 a n-1)

mml - l - orientação orbital no espaço. orientação orbital no espaço. - - ll a + a + ll

MMss - momento angular intrínseco do elétron. - momento angular intrínseco do elétron. +1/2 e -1/2+1/2 e -1/2

Representação gráfica - 1s Representação gráfica - 1s

Representação gráfica - 2s e 3sRepresentação gráfica - 2s e 3s

Representação gráfica - 2p e 3p Representação gráfica - 2p e 3p

--++

--++

++--

Representação gráfica - 3d Representação gráfica - 3d

OrbitaisOrbitais ff

Função probabilidade Função probabilidade

Números quânticos e orbitais Números quânticos e orbitais

Atenção! Atenção! Princípio de “Aufbau”Princípio de “Aufbau”

Distribuição eletrônica - Mais provável através de cálculos teóricosDistribuição eletrônica - Mais provável através de cálculos teóricos

Princípio de exclusão de PauliPrincípio de exclusão de Pauli

Não é possível ter 02 elétrons com os mesmos Não é possível ter 02 elétrons com os mesmos números quânticosnúmeros quânticos

Regra de HundRegra de Hund

Multiplicidade máxima - maior desemparelhamentoMultiplicidade máxima - maior desemparelhamento

Estado fundamental e excitadoEstado fundamental e excitado Elétrons com E menor (mais estável) e E maior Elétrons com E menor (mais estável) e E maior

(menos estável).(menos estável).

Elétrons de valência e elétrons internosElétrons de valência e elétrons internos Elétrons de ligação e elétrons mais internos.Elétrons de ligação e elétrons mais internos.

Distribuição eletrônica Distribuição eletrônica

Exercícios de revisão: Exercícios de revisão:

Ca - Z= 20 Ca - Z= 20

Fe - Z= 26Fe - Z= 26

Ag- Z= 47Ag- Z= 47

Ar - Z= 18Ar - Z= 18

Br - Z= 35Br - Z= 35

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66 4s 4s22

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66 4s 4s22 3d 3d66

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66 4s 4s22 3d 3d1010 4p 4p66 4d 4d1010 5s 5s11

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66 4s 4s22 3d 3d10 10 4p4p55

CaCa2+2+- Z= 20 - Z= 20

FeFe3+3+ - Z= 26 - Z= 26

AgAg++- Z= 47- Z= 47

ArAr++ - Z= 18 - Z= 18

BrBr-- - Z= 35 - Z= 35

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66 4s4s00

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66 4s4s00 3d 3d55

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66 4s 4s22 3d 3d1010 4p 4p66 4d 4d1010 5s5s00

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p3p55

1s1s22 2s 2s22 2p 2p66 3s 3s22 3p 3p66 4s 4s22 3d 3d10 10 4p4p66

Energias atrativas e repulsivas Energias atrativas e repulsivas

Espectros de emissão de átomos Espectros de emissão de átomos diferentes diferentes

Estrutura dos átomos hidrogenóidesEstrutura dos átomos hidrogenóides

ORBITAL ORBITAL ss

Evolução das teorias

Teorias que se Teorias que se desenvolveram em desenvolveram em

conjunto com outras conjunto com outras descobertas/ teorias!!descobertas/ teorias!!

Penetração e blindagem - principio de construção Penetração e blindagem - principio de construção

Um elétron Um elétron ss de qualquer das camadas pode ser de qualquer das camadas pode ser encontrado em uma região muito mais próximo do encontrado em uma região muito mais próximo do núcleo, e podemos dizer, que ele pode penetrar núcleo, e podemos dizer, que ele pode penetrar através das camadas internas;através das camadas internas;

Um elétron Um elétron pp penetra muito menos que um elétron penetra muito menos que um elétron ss, a sua função de onda possui um plano nodal que , a sua função de onda possui um plano nodal que atravessa o núcleo; Dessa forma, o elétron atravessa o núcleo; Dessa forma, o elétron pp está está mais blindado em relaçãomais blindado em relação ao núcleo.ao núcleo.

Penetração :Penetração : s s ⟩⟩ p p ⟩⟩ d d ⟩⟩ f f

Blindagem (S)Blindagem (S)

É a diferença entre a carga nuclear total e a carga É a diferença entre a carga nuclear total e a carga nuclear efetiva.nuclear efetiva.

A carga nuclear efetiva é a carga sofrida por um A carga nuclear efetiva é a carga sofrida por um elétron em um átomo polieletrônico.elétron em um átomo polieletrônico.

ZZefef = Z - S = Z - S

Como calcular a BLINDAGEM?Como calcular a BLINDAGEM?

A carga nuclear efetiva não é igual à carga no A carga nuclear efetiva não é igual à carga no núcleo devido ao efeito dos elétrons internos.núcleo devido ao efeito dos elétrons internos.

Agrupar a configuração eletrônica Agrupar a configuração eletrônica

(1s) (2s2p) (3s3p) (3d) (4s4p) (4d) (4f) (5s5p) (5d) (5f)....(1s) (2s2p) (3s3p) (3d) (4s4p) (4d) (4f) (5s5p) (5d) (5f)....

os elétrons de qualquer agrupamento à direita de um os elétrons de qualquer agrupamento à direita de um grupamento (ns,np) grupamento (ns,np) não influi na blindagemnão influi na blindagem dos elétrons dos elétrons do grupo (ns,np); do grupo (ns,np);

todos os elétrons do grupamento todos os elétrons do grupamento (ns,np)(ns,np) vão blindar o vão blindar o elétron de valência por um valor deelétron de valência por um valor de 0,35 0,35 cada.cada.

todos os elétrons da camada todos os elétrons da camada n-1n-1 vão blindar o elétron de vão blindar o elétron de valência por um valor de valência por um valor de 0,850,85 cada. cada.

todos os elétrons todos os elétrons n-2n-2 ou menor blindam o elétron de ou menor blindam o elétron de valência completamente, ou seja, com um valor igual a valência completamente, ou seja, com um valor igual a 1,001,00. .

Blindagem – Regras de SlaterBlindagem – Regras de Slater

Exemplos: Exemplos: Para o elétron 2p do Nitrogêniorogênio

N= 1sN= 1s22 2s 2s22 2p 2p3 3 (1s) (1s)22 (2s2p) (2s2p)55

S= 2 x 0,85 + 4 x 0,35 = 3,1 S= 2 x 0,85 + 4 x 0,35 = 3,1

Z* = 7 - 3,1 = 3,9Z* = 7 - 3,1 = 3,9Para o elétron 4s do Zinco com Z = 30Para o elétron 4s do Zinco com Z = 30

(1s)(1s)22 (2s2p) (2s2p)88 (3s3p) (3s3p)88 (3d) (3d)1010 (4s) (4s)22

S = (18 x 0,85) + (10 x 1) + (1 x0,35) S = (18 x 0,85) + (10 x 1) + (1 x0,35)

S = 25,65 Z* = 30 – 25,65 = 4,35 S = 25,65 Z* = 30 – 25,65 = 4,35

Já um elétron 3d do mesmo ZincoJá um elétron 3d do mesmo Zinco teria um S = (18 x 1) + (9 x teria um S = (18 x 1) + (9 x 0,35) = 21,15, o que renderia para ele um Z* = 8,85. 0,35) = 21,15, o que renderia para ele um Z* = 8,85.

Para os elétrons Para os elétrons dd

Aplicamos a regra 2Aplicamos a regra 2

TODOS os elétrons internos blindam aqueles por um valor igual a TODOS os elétrons internos blindam aqueles por um valor igual a 1,001,00..