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SQMSQM--405: 405: QuQuíímicamica GeralGeral e e TecnolTecnolóógicagica
EstruturaEstrutura AtômicaAtômica
EdnilsomEdnilsom OrestesOrestes
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Objetivos e Programa
Fornecer fundamentos básicos científicos e tecnológicos de Química Geral e Experimental, visando aplicações na Engenharia.
Estrutura atômica e propriedade dos elementos.
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EstruturaEstrutura atômicaatômica no no contextocontextodada QuQuíímicamica..
⇨ Estrutura atômica⇨ Configuração eletrônica⇨ Propriedades elementos⇨ Ligações químicas⇨ Propriedades materiais; composição molecular
submicroscópico ............ macroscópico.10-10.................................1020
próton...........................universo
FORMULÁRIO
Massa do elétron: me = 9,1091 x 10-28 g; Massa do próton: mp = 1,6725 x 10-24 g;
Massa do neutron: mn = 1,6748 x 10-24 g; Carga do elétron: qe = -4,8030 x 10-10 u.e.s.
Velocidade da luz: c = 3,0 x 1010 cm/s;
Unidades atômicas:
qe = -1; me =1; a0 = unidade atômica de distância = 1;
a0 = 0,5292 Å; 1 Å = 10-8 cm;
1 unidade atômica de energia = 1 Hartree = 2 Rydberg = 27,205 eV = 623 kcal/mol;
1 eV = 1,602 x 10-12 erg
1 J = 1 kg.m2.s-1
En= -½ n2 (Hartree); n=1,2,… ∆E = Em – En = ½ (1/n2 – 1/m2)
∆E = hν; Ν frequência (s-1) (ν=c/λ);
h = 6,6256 x 10-27 erg.seg = 6,62608 x 10-34 J.s
∆E = hc/λ hν = ½ mv2 + hν0
Número de Avogadro: 6,02 x 1023.
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Bibliografia
MAHAN, B., “Química: um curso universitário”.
BRECK, W. G.; BROWN, R. J. & COWAN, J. D., “Chemistry for Science and Engineering”.
VAN VLACK, L. H., “Princípios de Ciências dos Materiais”.
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Bibliografia Extra
ATKINS, P.; JONES, L., “Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente”.
KOTZ, J. C.; PURCELL, K. F., “Chemistry and Chemical Reactivity”.
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http://www.powersof10.com/film
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OndasOndas
velocidadecperíodoT
ocomprimentfreqüênciaf
====
λ
fcfc
=
=
λ
λ
Tc
Tf
λ=
=1
ν
νλ
cfcf
=
==1
Número de onda
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DemDemóócritocrito
Filosofia Indiana (2000 a.c.): matéria=agregado pequenaspartículas.
Atomistas (400 a.c.): – Demócrito (Átomo, do grego: a = não,
thomo = divisão.
– Aristóteles (divisão ad infinitum).
Supõe combinações.
Hipótese especulativa.
Aristóteles prevalece até XVII.
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SSééculosculos XVII e XVIIIXVII e XVIII
R. Boyle: Oposição a Aristóteles - corpos primitivos (elementares) puros constituem corpos mistos; Lei dos Gases (Mariotte).
p1V1 = p2V2
A. Lavoisier: Lei Conservação. Reação química como
equação algébrica. Decaptado – desvio impostos.
A + B → C + D
J. Proust: Lei das Proporções definidas (bases do atomismo). Independe do método utilizado.
2H + 1O → 1H2O
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Matéria é formada de átomos: maciço,
indivisível e indestrutível.
Átomos iguais, propriedades iguais,
diferentes, propriedades diferentes.
Combinados, formam substâncias.
Não são criados nem destruídos.
Falhas: eletricidade e radioatividade
(Por quê?).
1808: Postula sua1808: Postula suaTeoria AtômicaTeoria Atômica
John DaltonJohn Dalton
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SSééculoculo XIXXIX
1811: Gay-Lussac e Avogadro: Lei Volumétrica dos Gases e Química.
1833: Faraday – Leis da eletrólise: Relação carga/estrutura atômica ?.
1864: Maxwell: O “Newton” das ondas.
1869: Mendelev: Organização da Tabela Periódica – As propriedades são periodicas com a massa atômica.
1877: Boltzman: Teoria Cinética Gases.
1885: J. Balmer: Espectro Hidrogênio ?.
1887: H. Hertz: Efeito Fotoelétrico (Não totalmente explicado) ?.
Maioria dos cientistas considerava o átomo a forma fundamental da matéria.
Mecânica Clássica / Termodinâmica / Mecânica Estatística“Só resta trabalhar no aumento da precisão. Michelson, 1889 ”
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Michel Faraday
Eletricidade das substâncias em solução - Eletroquímica.Material depositado éproporcional a duração e intensidade da corretne elétrica.Íons estão carregados e carga émúltiplo da carga do elétron.1F = carga elétrica carregada por 1 mol de elétrons.
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Espectro do Hidrogênio
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 2
122
111nn
RHλ
Johann Johann JakobJakob BalmerBalmer
21 nn >
23
Millikan: Gota de Óleo determina a carga do elétron.
Joseph John ThomsonJoseph John Thomson
24
Catástrofe do Ultravioleta.
Max PlanckMax Planck
26
PAUSA
Max PlanckMax Planck
Wien: Correto em altasfrequências.Rayleigh: Correto em baixasfrequências. 1900: Emissão/absorção de
energia dá-se em quanta.
Contraria Mec. Clássica.
E=nhf com n = 1,2,3,...
h = 6,626x10-34 J.s
f = freqüência.
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Albert EinsteinAlbert Einstein
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Albert EinsteinAlbert Einstein
EsperadoIntensidade da radiação é proporcional com máxima Ke.Efeito fotoelétrico ocorre para qualquer freq e compr. onda. Deveria haver um delay entre radiação e emissão dos elétrons.
ObservadoIntensidade luz não altera a Ke máxima dos elétrons.Frequência de “corte” para fotoemissão.Não há delay significativo entre radiação e emissão.
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Ernest RutherfordErnest Rutherford
1911: Propõe existência do núcleo.
Modelo atômico nuclear.
PorquePorque o o eleléétrontron nãonão caicai no no nnúúcleocleo??
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NewtonNewton&&
MaxwellMaxwell
Dalton: Dalton: macimaciçço e o e
indivisindivisíívelvel
11o.o.
Thomson: Thomson: e/me/m
Millikan:Millikan:ee--
22o.o.
PlanckPlancknhfE =
33o.o.
BalmerBalmer
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−= 2
122
111nn
RHλ
55o.o.
RutherfordRutherford66o.o.
Einstein: Einstein:
onda/partonda/partíículacula
hfhfmv−= 0
2
2
44o.o.
1212
32
NielsNiels BohrBohr
“Esse joven dinamarquês éo rapaz mais inteligente que conheci.”
E. Rutherford
RutherfordRutherford+ +
PlanckPlanck++
BalmerBalmer
Newton
Newton
-
+
• Modelo Rutherford: estéticamente elegante porém instável.
• Explicava propriedades física e químicas.
• Órbitas explicavam classes de elementos, repetição das propriedades na TP. Explicava tudo!
Série do Hidrgênio
H, He+, Li2+, ...--
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NielsNiels BohrBohr
“Esse joven dinamarquês éo rapaz mais inteligente que conheci.”
E. Rutherford
20
2
4 rZeFe πε
=
rmvFc
2
=
-
r+
vr 1.1. ElEléétron possui tron possui óórbita circular rbita circular em torno do nem torno do núúcleo.cleo.
2.2. Momento angular quantizado.Momento angular quantizado.
3.3. Absorve/emite energia Absorve/emite energia quando muda de estado.quando muda de estado.
Postulados do Modelo de BohrPostulados do Modelo de Bohr
ce FF =
2
42 0
22
UE
rZemvE
UTE
=
+=
+=
πε TETU
T −==− 2
20
2
20
22
4
4
rZeF
mrrZev
c πε
πε
=
=
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NielsNiels BohrBohr
“Esse joven dinamarquês éo rapaz mais inteligente que conheci.”
E. Rutherford
-+
prL rrr×=
90o
rr pr
π2hnmvrL ==
1.1. ElEléétron possui tron possui óórbita circular rbita circular em torno do nem torno do núúcleo.cleo.
2.2. Momento angular quantizado.Momento angular quantizado.
3.3. Absorve/emite energia Absorve/emite energia quando muda de estado.quando muda de estado.
Postulados do Modelo de BohrPostulados do Modelo de Bohr
rZemv
0
22
4πε=
002
22
a42
2
πεneZE
UE
n −=
=
πε2
022
Zmehnr
FF
n
ce
=
=
00
2
a4hartree 1
πεe
=2
02
0ame
hπε
=
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NielsNiels BohrBohr
“Esse joven dinamarquês éo rapaz mais inteligente que conheci.”
E. Rutherford
hfEE nn =− 12
1.1. ElEléétron possui tron possui óórbita circular rbita circular em torno do nem torno do núúcleo.cleo.
2.2. Momento angular quantizado.Momento angular quantizado.
3.3. Absorve/emite energia Absorve/emite energia quando muda de estado.quando muda de estado.
Postulados do Modelo de BohrPostulados do Modelo de Bohr
+
E
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
n=6E=0
Contínuo
E<0
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NielsNiels BohrBohr
“Esse joven dinamarquês éo rapaz mais inteligente que conheci.”
E. Rutherford
hfEE nn =− 12
1.1. ElEléétron possui tron possui óórbita circular rbita circular em torno do nem torno do núúcleo.cleo.
2.2. Momento angular quantizado.Momento angular quantizado.
3.3. Absorve/emite energia Absorve/emite energia quando muda de estado.quando muda de estado.
Postulados do Modelo de BohrPostulados do Modelo de Bohr
Substituindo En tem-se:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−−−=
22
2100
22
0021
22
0022
22
11a8
a42a42
nneZhf
neZ
neZhf
πε
πεπε
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−== 2
221
111nn
RHλν
Fazendo f = c/λ chegamos a Equação proposta por Balmer (em a.u). 00
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a8πεhceZRH =
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NielsNiels BohrBohr
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