ESTRUTURA ATÔMICA. Prof. Dr. Cristiano Torres Miranda Disciplina: Química Geral I QM81B Turmas Q13 e Q14
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- Bernadete Conceição Barreiro
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1 ESTRUTURA ATÔMICA Prof. Dr. Cristiano Torres Miranda Disciplina: Química Geral I QM81B Turmas Q13 e Q14
2 TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA Demócrito e Leucipo (discípulo) ( a.c.) Aristóteles (384 a.c. 322 a.c.) 2
3 John Dalton TEORIA ATÔMICA DA MATÉRIA Lei de Dalton das proporções múltiplas: Quando dois elementos formam diferentes compostos, a proporção da massa dos elementos em um composto está relacionada à proporção da massa do outro através de um número inteiro pequeno. 3
4 A descoberta da estrutura atômica Raios catódicos e elétrons 4
5 A descoberta da estrutura atômica Catodo Anodo ( + ) ( - ) ( + ) Raios catódicos ( - ) ( - ) Catodo Anodo N Lâmina de sulfeto de zinco S ( + ) 5 Magneto
6 A descoberta da estrutura atômica Raios catódicos e elétrons. Em 1897, Thomson determinou que a proporção carga-massa de um elétron é 1, C/g. Objetivo: encontrar a carga no elétron para determinar sua massa. 6
7 A descoberta da estrutura atômica Raios catódicos e elétrons 7
8 A descoberta da estrutura atômica Millikan carga no elétron: 1,60 x C. 1,76 x 10 8 C/g massa do elétron: 9,10 x g. Com números mais exatos, a massa do elétron é 9,10939 x g. 8
9 A descoberta da estrutura atômica Radioatividade 9
10 A descoberta da estrutura atômica 10
11 A descoberta da estrutura atômica 11
12 A descoberta da estrutura atômica O átomo Pela separação da radiação, conclui-se que o átomo consiste de entidades neutras e carregadas negativa e positivamente. Thomson supôs que todas essas espécies carregadas eram encontradas em uma esfera. 12
13 A descoberta da estrutura atômica O átomo com núcleo Rutherford executou o seguinte experimento: 13
14 by Pearson Education Capítulo 02
15 A descoberta da estrutura atômica O átomo com núcleo Rutherford modificou o modelo de Thomson da seguinte maneira: Suponha que o átomo é esférico mas a carga positiva deve estar localizada no centro, com uma carga negativa difusa em torno dele. 15
16 A descoberta da estrutura atômica O átomo consite de entidades neutras, positivas e negativas (prótons, elétrons e nêutrons). Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é pequeno. A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo. Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo número de prótons. Os isótopos têm o mesmo número de prótons, mas números diferentes de nêutrons. Os elétrons estão localizados fora do núcleo. Grande parte do volume do átomo se deve aos elétrons. 16
17 A descoberta da estrutura atômica 17
18 A descoberta da estrutura atômica Isótopos, números atômicos e números de massa Número atômico (Z) = número de prótons no núcleo. Número de massa (A) = número total de núcleos no núcleo (por exemplo, prótons e nêutrons). Por convenção, para um elemento X, escreve-se ZA X. Isótopos têm o mesmo Z, porém A é diferente. Encontramos o Z na tabela periódica. 18
19 A escala de massa atômica A massa do 1 H é 1,6735 x g e do 16 O é 2,6560 x10-23 g. Definimos: a massa de 12 C = exatamente 12 u. Usando unidades de massa atômica: Pesos atômicos 1 u = 1,66054 x g 1 g = 6,02214 x u 19
20 Pesos atômicos Massas atômicas médias A massa atômica relativa: massas médias dos isótopos: O C natural: 98,892 % de 12 C + 1,107 % de 13 C. A massa média do C: (0,9893)(12 u) + (0,0107)(13,00335) = 12,01 u A massa atômica (MA) é também conhecida como massa atômica média. As massas atômicas estão relacionadas na tabela periódica. 20
21 EXERCÍCIOS Quais são as três partículas fundamentais das quais os átomos são construídos? Quais são suas cargas elétricas? Quais destas partículas constituem o núcleo do átomo? Quantos elétrons, prótons e nêutrons existem no átomo de: (a) Mg; (a) Sn e (c) Th. O cobalto ( 27 Co) tem três isótopos radioativos usados em estudos médicos. Os átomos desses isótopos têm 30, 31 e 33 nêutrons, respectivamente. Dê o símbolo para cada um deles. 21
22 22
23 ESTRUTURA ELETRÔNICA DOS ÁTOMOS
24 24
25 Natureza ondulatória da luz 25
26 Natureza ondulatória da luz 26
27 Natureza ondulatória da luz 27
28 Natureza ondulatória da luz 28
29 Energia quantizada e fótons Planck quantum h é a constante de Planck (6, J s). E h 29
30 O efeito fotoelétrico e os fótons Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons. A energia de um fóton: E h Energia quantizada e fótons 30
31 31
32 Espectros de linhas e o modelo de Bohr 32
33 Espectros de linhas e o modelo de Bohr O modelo de Bohr As cores de gases excitados surgem devido ao movimento dos elétrons entre os estados de energia no átomo. 33
34 Espectros de linhas e o modelo de Bohr Espectros de linhas Balmer: descobriu que as linhas no espectro de linhas visíveis do hidrogênio se encaixam em uma simples equação. Mais tarde, Rydberg generalizou a equação de Balmer para: 1 R H 1 1 h 2 n n onde R H é a constante de Rydberg (1, m -1 ), h é a constante de Planck (6, J s), n 1 e n 2 são números inteiros (n 2 > n 1 ). 34
35 Espectros de linhas e o modelo de Bohr O modelo de Bohr Já que os estados de energia são quantizados, a luz emitida por átomos excitados deve ser quantizada e aparecer como espectro de linhas. Após muita matemática, Bohr mostrou que E J n onde n é o número quântico principal (por exemplo, n = 1, 2, 3, e nada mais). 2 35
36 Espectros de linhas e o modelo de Bohr Podemos mostrar que E hc h O modelo de Bohr Quando n i > n f, a energia é emitida. Quando n f > n i, a energia é absorvida J n f n i 36
37 Espectros de linhas e o modelo de Bohr O modelo de Bohr 37
38 Espectros de linhas e o modelo de Bohr Limitações do modelo de Bohr Pode explicar adequadamente apenas o espectro de linhas do átomo de hidrogênio. Os elétrons não são completamente descritos como partículas pequenas. 38
39 EXERCÍCIOS Qual das cores do espectro visível tem a frequência mais alta? Qual tem a frequência mais baixa? A frequência de radiação usada em fornos de micro-ondas é mais baixa do que aquela da sua estação de rádio favorita (91,7 MHz) (onde megahertz = 10 6 s -1 )? O comprimento de onda dos raios X é mais longo ou mais curto do que o da luz ultravioleta? 39
40 EXERCÍCIOS Calcule as energias dos estados n = 1 e n = 2 do átomo de hidrogênio em joules por átomo e em quilojoules por mol. Qual é a diferença de energia destes dois estados? (R = 1,097 x 10 7 m -1, h = x J.s e c = 2,998 x 10 8 m/s) 40
41 O Comportamento ondulatório da matéria De Broglie mostrou: O momento (mv) é uma propriedade de partícula é uma propriedade ondulatória. Einstein h mv E h Planck 41
42 O Comportamento ondulatório da matéria x mv O princípio da incerteza h 4 x incerteza da posição mv incerteza do momento Heisenberg 42
43 Mecânica quântica e orbitais atômicos Schrödinger fornece o contorno do orbital eletrônico 2 fornece a probabilidade de se encontrar o elétron (densidade eletrônica) 1. Número quântico principal (n) 2. Número quântico azimutal, momento angular orbital, (l) l = 0, 1, 2, e 3 s, p, d e f 3. Número quântico magnético (m l ) (-l e +l) 43
44 Mecânica quântica e orbitais atômicos Orbitais e números quânticos 44
45 Mecânica quântica e orbitais atômicos Diagrama de Aufbau Orbitais e números quânticos 45
46 Representações orbitias Orbitais s 46
47 Representações orbitias 47
48 Representações orbitias Orbitais p 48
49 Representações orbitias Orbitais d 49
50 Representações orbitias Orbitais f 50
51 Átomos polieletrônicos Orbitais e suas energias 51
52 Átomos polieletrônicos Spin eletrônico e o princípio da exclusão de Pauli 52
53 Átomos polieletrônicos Spin eletrônico e o princípio da exclusão de Pauli O princípio da exclusão de Pauli: dois elétrons não podem ter a mesma série de 4 números quânticos. Portanto, dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins opostos. 53
54 Átomos polieletrônicos Spin eletrônico e o princípio da exclusão de Pauli Já que o spin eletrônico é quantizado, definimos m s = número quântico de rotação = ½. O princípio da exclusão de Pauli: dois elétrons não podem ter a mesma série de 4 números quânticos. Portanto, dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins opostos. 54
55 Regra de Hund As configurações eletrônicas nos dizem em quais orbitais os elétrons de um elemento estão localizados. Três regras: Configurações eletrônicas - Os orbitais são preenchidos em ordem crescente de n. - Dois elétrons com o mesmo spin não podem ocupar o mesmo orbital (Pauli). - Para os orbitais degenerados, os elétrons preenchem cada orbital isoladamente antes de qualquer orbital receber um segundo elétron (regra de Hund). 55
56 Configurações eletrônicas Camada e - K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Diagrama de Pauling Q 8 56
57 EXERCÍCIOS Escreva as configurações eletrônicas, no estado fundamental, dos seguintes átomos e identifique o conjunto dos quatro números quânticos para o último elétron da camada de valência: a) C(Z=6); b) P(Z=15); c) Ti(Z=22); d) Co(Z=27); e) As(Z=33); f) Kr(Z=36). 57
58 Configurações eletrônicas e a tabela periódica 58
59 Configurações eletrônicas Configurações eletrônicas condensadas O neônio tem o subnível 2p completo. O sódio marca o início de um novo período. Logo, escrevemos a configuração eletrônica condensada para o sódio como Na: [Ne] 3s 1 [Ne] representa a configuração eletrônica do neônio. Elétrons mais internos: os elétrons no [Gás Nobre]. Elétrons de valência: os elétrons fora do [Gás Nobre]. 59
60 Configurações eletrônicas Metais de transição Depois de Ar, os orbitais d começam a ser preenchidos. Depois que os orbitais 3d estiverem preenchidos, os orbitais 4p começam a ser preenchidos. Metais de transição: são os elementos nos quais os elétrons d são os elétrons de valência. 60
61 Configurações eletrônicas Lantanídeos e actinídeos Do Ce em diante, os orbitais 4f começam a ser preenchidos. Observe: La: [Kr]6s 2 5d 10 4f 1 Os elementos Ce -Lu têm os orbitais 4f preenchidos e são chamados lantanídeos ou elementos terras raras. Os elementos Th -Lr têm os orbitais 5f preenchidos e são chamados actinídeos. A maior parte dos actinídeos não é encontrada na natureza. 61
62 Configurações eletrônicas e a tabela periódica A tabela periódica pode ser utilizada como um guia para as configurações eletrônicas. O número do periodo é o valor de n. Os grupos 1A e 2A têm o orbital s preenchido. Os grupos 3A -8A têm o orbital p preenchido. Os grupos 3B -2B têm o orbital d preenchido. Os lantanídeos e os actinídeos têm o orbital f preenchido. 62
63 63
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