Estrutura eletrônica dos átomos

1. Estrutura eletrônica dos átomos Alunas: Luiza Vida e Alessandra Gregio Fonseca Prof. Dr. Élcio UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

2. Introdução • Porque entender o comportamento dos elétrons? • O que é estrutura eletrônica? • Quando surgiu os estudos sobre a nova estrutura dos átomos?

3. Natureza ondulatória da luz • Luz visível tipo de radiação eletromagnética transporta energia pelo espaço • Velocidade da luz no vácuo (c) = 3 ∙ 108 m/s

4. Amplitude Freqüência Comprimento de onda Características ondulatórias

5. λ = comprimento de onda . Freqüência (f) Maior comprimento de onda = menor freqüência Menor comprimento de onda = maior freqüência Relação Matemática

6. Espectro Eletromagnético

7. Fenômenos Ondulatórios • Radiação do corpo negro • Efeito Fotoelétrico • Espectros de emissão

8. Radiação de corpo negro • Corpo negro: é um corpo cuja superfície absorve toda radiação térmica incidente sobre ele. Max Planck • Quantum: é a menor energia que pode ser emitida ou absorvida como radiação eletromagnética Energia de um quantum = constante x freqüência Constante de Planck = 6.6262 ·10-34 J.s E = h x f

9. Radiação de corpo negro • A troca de energia entre a matéria e a radiação ocorre em quanta, isto é, em pacotes de energia • Átomos quentes do corpo negro: oscilam em alta freqüência e só podem trocar energia em pacotes iguais a E = h x f , confirmando a proposição de Planck.

10. Efeito Fotoelétrico • É a ejeção de elétrons de um metal quando sua superfície é exposta à radiação ultravioleta • Fótons: Pacotes minúsculos de energia Energia do fóton: E = h x f Luz: onda ou partícula?

11. Efeito Fotoelétrico

12. Espectros de Emissão • Emissão de luz a partir de átomos de gás excitados. • Forma-se quando a radiação de uma fonte de luz é separada em seus diferentes comprimentos de onda.

13. Tipos de Espectros • Espectro Contínuo Radiação não-monocromática (ex.: luz incandescente)

14. Espectro de Linhas Algumas fontes de luz (como alguns gases) Região preta = comprimentos de ondas ausentes na luz Tipos de Espectros

15. O Modelo de Bohr POSTULADOS: 1) Órbitas permitidas 2) Estado estacionário 3) Saltos quânticos Limitação: Seus estudos basearam-se no espectro do hidrogênio, portanto seu modelo não pode ser aplicado a outros espectros de maneira precisa.

16. Aplicações do modelo Através do modelo de Bohr e de uma equação criada por ele é possível calcular as energias correspondentes a cada órbita permitida. Quanto mais separado de seu núcleo menor sua energia

17. Aplicações do modelo É possível calcular a variação de energia quando um elétron muda de um estado de energia para outro. Para ele pular deve absorver ou emitir energia.

18. Comportamento ondulatório da matéria • Natureza dual da matéria (onda ou partícula?) inspirou De Broglie em seus estudos. • Qual foi sua conclusão? O movimento de onda dos elétrons e outras partículas depende da massa e da velocidade:

19. Comportamento ondulatório da matéria • Princípio da Incerteza (Heinsenberg) “Não é possível predizer, ao mesmo tempo, a posição e a quantidade de movimento de um elétron” • Fala-se, então, em probabilidades.

20. Densidade Eletrônica

21. Mecânica quântica e os orbitais atômicos Orbitais: Regiões de maior probabilidade de se encontrar o elétron. Cada orbital tem energia e forma características e acomoda no máximo dois elétrons. Números Quânticos n → número quântico principal (nível) l→ número quântico secundário ou azimutal (subnível) m → número quântico magnético (orientação espacial) ms ou s→ número quântico de spin (rotação do elétron) ex: N ( Z = 7 ) → 1s2 2s2 2p3

22. Subnível s (l = 0) Subnível p (l = 1) Subnível d (l = 2) Subnível f (l = 3) Números Quânticos

23. Representação dos Orbitais • Orbitais: distribuição definida no espaço (retrata a distribuição média da densidade eletrônica) Quanto maior for o número quântico n, maior será a chance de o elétron estar distante do núcleo

24. Átomos Polieletrônicos • Todas as conclusões acima mostradas foram baseadas em estudos com o átomo de hidrogênio, que contém apenas um elétron. Como seria a ocupação dos orbitais por átomos polieletrônicos?

25. Átomos Polieletrônicos • Spin Eletrônico: propriedade do elétron de girar em torno de seu próprio eixo. • Princípio da Exclusão de Pauli: * Números quânticos iguais * Máximo de elétrons por orbital

26. Configurações Eletrônicas • maneira pela qual os elétrons são distribuídos entre os vários orbitais de um átomo • Estado fundamental • Princípio da exclusão de Pauli • Regra de Hund • Configurações eletrônicas condensadas

27. Configurações eletrônicas e tabela periódica O princípio da exclusão de Pauli, a regra de Hund e os estudos dos orbitais nos permite entender a estrutura dos elementos na tabela periódica!

28. Configurações eletrônicas e tabela periódica • Elementos representativos: o subnível mais externo é s ou p. São os elementos da família A e gases nobres.

29. Configurações eletrônicas e tabela periódica • Elementos de transição: um subnível d é preenchido. Família B.

30. Configurações eletrônicas e tabela periódica • Lantanídeos e actinídeos: o subnível f é preenchido.

31. Na prática... • Imagem por ressonância magnética (IRM) • Ressonância magnética nuclear (RMN) assim como os elétrons, os núcleos de muitos elementos possuem spins quantizados • Hidrogênio: importante constituinte dos fluídos aquosos do corpo e do tecido gorduroso. • Vantagens e desvantagens

32. Referências bibliográficas • “Química: a ciência central” - Brown • “Princípios de Química” – 3ª edição – Peter Atkins e Loretta Jones • “Química Geral” – 2ª edição – John B. Russel • “Física Quântica” – Eisberg e Resnick