Estrutura da Matéria BIK Prof. Fernando Carlos Giacomelli (Turma A)

Transcrição

1 Estrutura da Matéria BIK Prof. Fernando Carlos Giacomelli (Turma A) Bloco A - Sala Torre 3 - CCNH - Santo André

2 Dualidade Onda-Partícula:

3 Descrição Clássica do Átomo

4 Descrição Clássica do Átomo

5 É necessária uma nova Mecânica!!! Mecânica Quântica: Matéria e Radiação apresentam propriedades de onda e partícula. A radiação é constituída de pequenos pacotes de energia chamados fótons. Dualidade Onda-Partícula da Matéria e da Radiação: Radiação como onda: características de ondas Radiação como partícula: o efeito fotoelétrico Partícula como onda: características de ondas Partícula como partícula!

6 Ondas Uma onda é a variação periódica de alguma propriedade

7 Ondas Uma onda é a variação periódica de alguma propriedade Nível da água!

8 Ondas

9 Ondas Eletromagnéticas v Ondas Eletromagnéticas têm velocidade constante

10 O Espectro Eletromagnético

11 Radiação como Onda Experimento de Dupla Fenda de Young 1799

12 Radiação como Onda Interferência

13 Radiação como Onda Interferência

14 Radiação como Partícula O Efeito Fotoelétrico

15 Radiação como Partícula O Efeito Fotoelétrico

16 Radiação como Partícula

17 Radiação como Partícula

18 Radiação como Partícula

19 Radiação como Partícula

20 Radiação como Partícula Max Planck Prêmio Nobel (1918): Física quantização da energia

21 Radiação como Partícula O Efeito Fotoelétrico

22 Radiação como Partícula O Efeito Fotoelétrico Prêmio Nobel (1921): Física lei do efeito fotoelétrico

23 Radiação como Partícula O Efeito Fotoelétrico

24 Radiação como Partícula O Efeito Fotoelétrico f f 0

25 Radiação como Partícula O Efeito Fotoelétrico f < f 0 A intensidade da luz = número de fótons Independente do número de fótons, se eles não tiverem energia suficiente para arrancar elétrons, nada irá acontecer

26 Radiação como Partícula

27 Radiação como Partícula Um experimento é montado para demonstrar o efeito fotoelétrico para o metal zinco (Zn). Pensou-se em se utilizar como radiação incidente um laser pointer (comprimento de onda de 700 nm) e uma lâmpada de luz ultra violeta (comprimento de onda de 254 nm). Assumindo que a função trabalho do zinco (hf 0 ) tem o valor de 6,9 x J responda: As fontes de radiação serão capazes de retirar elétrons do metal em questão?

28 Radiação como Partícula Experimento de Compton Um fóton possui momento P = h. f v v = λ f P = h λ h λ = λ 0 + (1 cosϕ) m c

29 Radiação como Partícula Arthur Holly Compton Prêmio Nobel (1927): Física Descoberta do efeito Compton diminuição de energia de um fóton de raios-x quando ele interage com a matéria

30

31 Inspirado na solução encontrada por Planck para o problema do corpo negro. Para resolver o problema da instabilidade elétrica do modelo atômico, Bohr utilizou os seguintes postulados: Os elétrons se movem apenas sobre certas órbitas permitidas, e ao fazê-lo não irradiam energia.

32 Os átomos irradiam quando um elétron sofre uma transição de uma órbita para outra e a frequência f da radiação emitida está relacionada às energias das órbitas através da equação:

33 O elétron só pode girar em determinadas órbitas ao redor do núcleo, marcadas pelos círculos vermelhos da figura. Para resolver o problema da irradiação eletromagnética que deveria acontecer com o elétron acelerado, Bohr decretou que isso não acontecia quando o elétron estava sobre uma dessas órbitas.

34 Ao receber radiação eletromagnética, o elétron absorve energia e pula para uma órbita mais alta. O elétron só pode absorver a energia exata para pular para um dos níveis permitidos

35 Por outro lado, se o elétron está numa órbita mais alta, ele vai naturalmente pular para uma órbita mais baixa, e ao fazer isso vai liberar energia eletromagnética com frequência igual a:

36 Partícula como Radiação Prêmio Nobel (1929): Física características ondulatórias do elétron

37 Partícula como Radiação

38 Partícula como Radiação Experimento de Davisson-Germer ângulo A primeira prova experimental de que os elétrons possuem um comprimento de onda foi dado por Davisson & Germer em 1927.

39 Partícula como Radiação Experimento de Davisson-Germer ângulo

40 Partícula como Radiação Experimento de Davisson-Germer n λ = 2 d sen θ Lei de Bragg AB + BC = 2 d sen θ

41 Partícula como Radiação Experimento de Davisson-Germer

42 Partícula como Radiação No mesmo ano G.P. Thomson (filho de J.J. Thomson) observou as propriedades ondulatórias de elétrons passando por folhas metálicas os círculos escuros e claros aparecem devido à interferência dos elétrons!

43 Partícula como Radiação Figura de difração produzida por nêutrons

44 Partícula como Radiação J.J. Thomson G.P. Thomson Prêmio Nobel (1937): Física características do elétron - onda Prêmio Nobel (1906): Física Descoberta do elétron - partícula

45 Dualidade Onda-Partícula da Matéria e da Radiação Assim como as ondas eletromagnéticas apresentam propriedades corpusculares, as partículas constituintes da matéria apresentam propriedades ondulatórias!