Modelos atômicos

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Modelos atômicos

  1. 1. Modelos AtômicosProfessor Ms. Lucas Mariano da Cunha e Silva
  2. 2.  Teoria Atômica da Matéria; Teoria Atômica de Dalton; O Descobrimento da Estrutura Atômica; Raios Catódicos; Teoria Atômica de Thomson; Teoria Atômica de Rutherford; A Visão Moderna da Estrutura Atômica; Número Atômico, Número de massa e Isótopos; Estrutura Eletrônica dos Átomos;
  3. 3.  A noção de átomo tem os seus primórdios nofilósofo grego Demócrito que, no séc. IV AC, econtra as idéias dominantes de Aristóteles,considerava a matéria composta de partículasindivisíveis, os átomos. Só em 1808 um cientistainglês, Dalton, formulou uma definição precisaacerca dos átomos. As suas hipóteses foram asseguintes:
  4. 4.  Cada elemento é composto de partículasextremamente pequenas chamadas átomos; Todos os átomos de um dado elemento sãoidênticos; os átomos de diferentes elementos sãodiferentes e têm diferentes propriedades(incluindo diferentes massas);
  5. 5.  Átomos de um elemento não são alterados emdiferentes tipos de átomos por meio dereações químicas; átomos não são nem criadosnem destruídos em reações químicas. Compostos são formados quando átomos de maisde um elemento combinam; um determinadocomposto tem sempre o mesmo número relativoe tipo de átomos.
  6. 6.  Dalton imaginava o átomo como uma unidadeindivisível, mas na realidade este possui umaestrutura interna de partícula subatômicas:elétrons, prótons e nêutrons. A descoberta doelétron deve-se à invenção do tubo de raioscatódicos
  7. 7.  Os átomos, contendo elétrons, são contudoeletricamente neutros, pelo que cada átomodeveria conter igual número de cargas positivas ede cargas negativas. Segundo Thomson, o átomo seria como um“pudim de passas”, ou seja os elétrons“embebidos” numa esfera uniforme e positiva.
  8. 8.  Em 1910, Rutherford decide usar partículas a(emitidas por átomos radioativos) para provar aestrutura do átomo. Para isso bombardeou finaspelículas de ouro com estas partículas a, sendo osresultados surpreendentes: a maioria das partículasatravessava a película, algumas mudavam dedireção, e outras (poucas) voltavam para trás.
  9. 9.  Rutherford propôs assim, que as cargas positivasestavam concentradas num núcleo, na partecentral do átomo. As cargas positivas no núcleo são chamadas deprótons. Cada um tem uma massa de~ 1,67252×10-24 g, ou seja cerca de 1840 vezes amassa de um elétron. O átomo é cerca de 10000vezes maior do que o seu respectivo núcleo.
  10. 10.  Apesar do sucesso de Rutherford, na tentativa deexplicar a estrutura do átomo, continuavam muitosaspectos por esclarecer. Por exemplo, sabia-se queo hidrogênio continha um próton e o hélio 2prótons, mas a relação de massas não era de 2:1mas sim de 4:1 (despreza-se a massa dos elétronsque é muito pequena comparada com a dosprótons).
  11. 11.  Isto só foi resolvido com a descoberta do nêutronpor Chadwick, em 1932. Chadwick bombardeouuma película de berílio com partículas a, e o metalemitia uma radiação altamente energética,constituída por partículas α neutras, e com umamassa ligeiramente superior à do próton: onêutron.
  12. 12.  Com esta descoberta, a constituição do átomoficou definitivamente estabelecida: os átomos sãoconstituídos por núcleos muito pequenos e muitodensos, cercados por “nuvens” de elétrons arelativamente grandes distâncias do núcleo. Todosos núcleos contêm prótons. Núcleos de todos osátomos, exceto o hidrogênio, contêm tambémnêutrons.
  13. 13.  Na tabela seguinte resumem-se os dados relativosà massa e carga destas três partículas subatômicas:Partícula Massa (g) Carga (C) Unidadede cargaElétron 9,1095×10-28 - 1,6022×10-19 -1Próton 1,67252×10-24 +1,6022×10-19 +1Nêutron 1,67495×10-24 0 0
  14. 14.  Todos os átomos podem ser identificados pelonúmero de prótons e de nêutrons que osconstituem. O número atômico (P ou Z) é o número de prótonsno núcleo de cada átomo de um elemento. Numátomo neutro, o número de prótons é igual aonúmero de elétrons, pelo que o número atômicoindica também o número de elétrons no átomo.
  15. 15.  Só o hidrogênio tem 1 próton, só o hélio tem 2prótons, só o lítio tem 3 prótons, etc. Facilmentese conclui que o número atômico nos indicaimediatamente de que elemento se trata. O número atômico é como se fosse o RG doelemento, cada um tem o seu.
  16. 16.  O número de massa (A) é o número total denêutrons e prótons presentes no núcleo de umátomo. Daqui pode concluir-se que o número denêutrons é dado por A - Z. A forma de representar o núcleo de um átomo é Exemplos:XAZLi137 Na2311 Ca4020 O168 F199 P3115
  17. 17.  Em muitos casos, átomos de um mesmo elementonão têm todos a mesma massa. Isto deve-se aexistirem átomos com o mesmo número deprótons, mas diferente número de nêutrons.Átomos com o mesmo número atômico masdiferente número de massa são chamadosisótopos.
  18. 18.  Um exemplo de isótopos são os dois isótopos dourânio: Outro exemplo são os três isótopos do hidrogênio:o hidrogênio, o deutério e o trítio:U23592 U23892H11 H21 H31
  19. 19.  As propriedades químicas de um elemento sãodeterminadas sobretudo pelo número de prótons eelétrons no átomo. Nêutrons não entram emreações químicas, em condições normais, logoisótopos de um mesmo elemento têm propriedadesquímicas semelhantes.
  20. 20.  Radiação eletromagnética Como sabemos, a luz solar é constituída pelasobreposição de radiações de diferentes cores,desde o vermelho ao violeta, sendo o conjuntodessas radiações designado por espectro visível.
  21. 21.  De fato, desde os trabalhos de Newton que sesabia que, embora a luz do sol seja branca, quandoum feixe dessa luz atravessa certos meiostransparentes origina uma série de cores, que vãodo vermelho ao violeta. A luz branca é constituídapor uma série contínua de radiações que podemser separadas num prisma, dando origem aoespectro visível.
  22. 22.  Existem também outras radiações, para além dovisível, que se manifestam de outra forma, comoas radiações no infravermelho, ultravioleta, ondasde rádio, raios X, etc.
  23. 23.  Em 1864 Maxwell estabeleceu que qualquerradiação visível ou invisível era a propagação deum campo elétrico e de um campo magnéticovibratórios, constantemente normais entre si. Estapropagação dá-se com uma velocidade constante,c, que no vazio tem o mesmo valor para todas asradiações: c = 3×108 m.s-1.
  24. 24.  As principais características de uma radiação sãoo seu comprimento de onda, λ, que é a distânciaentre dois pontos consecutivos na mesma fase devibração, e a freqüência, ν, que é o número devibrações produzidas na unidade de tempo. Arelação entre ambas vem:
  25. 25.  A relação entre ambas vem: O espectro eletromagnético estende-se das ondasde rádio (baixa freqüência) até aos raios γ (altafreqüência).
  26. 26.  Vimos que a radiação eletromagnética temcaracterísticas ondulatórias. Contudo, qualquerradiação transporta energia. Podemos verificarisso quando um corpo aquece por ação da luzsolar, ou quando esta é utilizada na fotossíntese. Quando sólidos são aquecidos emitem radiações,com vários comprimentos de onda (por exemplo ofio de tungstênio das lâmpadas).
  27. 27.  Em 1900, Planck descobriu que a energia dasradiações emitidas (ou absorvidas) por átomos emoléculas só poderia assumir quantidadesdiscretas, isto é, um oscilador atômico só poderiater energias dadas pela expressão fundamental:E = nhν onde n é a freqüência, n é um número inteiro e h éuma constante, a constante de Planck, cujo valoré: h = 6.626×10-34 J.s.
  28. 28.  Planck deu o nome de quantum à mais pequenaquantidade de energia que pode ser emitida ouabsorvida e que é dada por hν. De acordo com a teoria de Planck, a energia ésempre emitida ou absorvida em múltiplos de hν,isto é, hν, 2hν, 3hν, etc., mas nunca 1.67 hν, ou3.48hν, por exemplo. Esta teoria rompeu com asidéias clássicas da física e inaugurou a físicamoderna.
  29. 29.  Com efeito, sólidos incandescentes, líquidos egases a alta pressão emitem radiação dandoorigem a espectros contínuos. Contudo, quandouma descarga elétrica atravessa uma amostra degás rarefeito, este emite radiação apenas acomprimentos de onda específicos, dando origema espectros de riscas.
  30. 30.  Por exemplo, se aquecermos um sal de sódio nachama, este emite radiação que corresponde a umarisca amarela, na região do visível. Cada elemento tem o seu espectro de emissãoúnico, o que constitui um meio de identificar esseelemento.
  31. 31.  É o espectro constituído por um conjunto de riscasou bandas negras e que se obtémnum espectroscópio quando se faz passar a luzproveniente de uma fonte luminosa - a qualfornece um espectro contínuo - através de um gás.
  32. 32.  As riscas ou bandas negras formam-se emposições que coincidem com aquelas em que seformariam as riscas coradas do espectro deemissão da mesma substância e são característicasde cada substância.

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