Aula estrutura atomica

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Aula estrutura atomica

  1. 1. Química tecnológica Introdução Viviana Rocha 1
  2. 2. Noções preliminares Revisão Química: O que, Por que e Como? Metodologia Científica Matéria Substâncias Transformações da matéria Viviana Rocha 2
  3. 3. Química: O que, Por que e Como?Estudo da natureza, das propriedades da composição e das transformações da matéria Compreensão dos problemas da sociedade e revertê-los Viviana Rocha 3
  4. 4. PROPRIEDADES INTERAÇÕES ESTRUTURA DA MATÉRIA TIPOS DE REAÇÕES MATERIAIS Viviana Rocha 4
  5. 5. Metodologia Científica Observações e dados Experimentos Leis Hipóteses ou teoria Viviana Rocha 5
  6. 6. Conceitos químicos: revisão Tipos de substâncias: n Puras: substâncias com composição definida e características e propriedades físico-químicas definidas; n Misturas: Duas ou mais substâncias fisicamente misturadas. As propriedades físico-químicas depende da composição da mesma. Viviana Rocha 6
  7. 7. Conceitos químicos: revisão Substâncias puras: n Elementos: substância simples, fundamental e elementar; n Compostos: Constituídos de dois ou mais elementos em uma composição definida. Misturas: n Homogêneas: Apresenta uma única fase. n Heterogêneas: Apresenta duas ou mais fases. Viviana Rocha 7
  8. 8. Matéria Substâncias Misturas puras Misturas Misturas Compostos homogêneas heterogêneasElementos (soluções) Viviana Rocha 8
  9. 9. Transformações físicas Viviana Rocha 9
  10. 10. 4º Estado da Matéria: Plasma O Plasma (ou quarto estado da matéria) trata-se de um gás ionizado, com átomos ionizados e elétrons (distribuição quase-neutra). Está presente principalmente nas televisões de LCD ou cristal líquido, ou ainda chamadas de "TVs de plasma". Neste estado há uma certa "pastosidade" da substância, que permite uma maior e melhor resposta quando recebe informações decodificadas pelos feixes de luz emitidos pelos Viviana Rocha 10 componentes da TV.
  11. 11. Transformações Químicas Queima do carvão:As moléculas iniciais do carvão (reagentes) sãoquebradas e seus átomos são reagrupados para formarnovas moléculas finais (produtos da reação) . Viviana Rocha 11
  12. 12. Modelos atômicosEvolução dos modelos atômicos:- Átomo de Dalton- Átomo de Thomson- Átomo de Rutherford- Átomo moderno- Átomo de Bohr- Modelo atômico atual Viviana Rocha 12
  13. 13. Pensamento Científico “Não há teoria eterna em ciência” - Albert EinsteinVisão mecanicista (Mecânica)“A natureza funciona como um relógio” Descartes“O mundo é apenas uma máquina”Limitações desta visão do mundoIsaac Newton concretizou o sonho de Descartes Tornar a teoria científica em poder. Viviana Rocha 13
  14. 14. O átomo Filosófico (450 a.C.)Por volta de 450 a.C., o filósofo grego Leucipoafirmou que a matéria podia se dividida empartículas cada vez menores até um limite.Demócrito (470 a.C.-380 a.C.), denominou essapartícula de ÁTOMO (do grego, “indivisível”). Viviana Rocha 14
  15. 15. O Átomo de Dalton Toda matéria é composta de partículas fundamentais: os ÁTOMOS Os átomos são permanentes e indivisíveis, não são criados nem destruídos Os elementos são caracterizados por seus átomos As transformações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa Viviana Rocha 15
  16. 16. O Átomo de DaltonJohn Dalton, físico inglês, em 1803, foi o primeiro modeloatômico elaborado (modelo da bola de bilhar).Este modelo consegue explicar: - A Lei da Conservação das massas (Lavoiser) - A Lei da Composição Definida (Proust)Estímulo ao mundo científico- Química moderna- partículassubatômicasA diferença entre o modelo de Dalton e o modelo filosófico- presença dedados experimentais Viviana Rocha 16
  17. 17. Lavoiser Massa de Massa da água Massa deExperiência hidrogênio decomposta oxigênio obtida obtida 1º 18g 2g 16g Proust 2º 72g 8g 64g 3º 90g 10g 80g Viviana Rocha 17
  18. 18. Átomo- Modelo de ThomsonPartículas subatômicas: Fica evidente com os trabalhos de Michel Faraday que a eletricidade era constituída por partículas materiais, hipótese confirmada pelos estudos sobre a capacidade dos gases de conduzir correntes elétricas. Nas experiências com tubo de Crookes foi possível constatar eletricidade. Viviana Rocha 18
  19. 19. Raios catódicosEm 1875, o físico WilliamCrookes idealizou um tubocom dois eletrodos e vácuoquase perfeito (pressãointerna aprox. 0,0001 atm).Aplicando uma diferença depotencial entre os eletrodos etendo um vácuo, ocorriaemissão de raio luminosoentre cátodo e ânodo. Aointroduzir-se um objeto notubo, aparecia uma sombranítida. Também pode-seconstatar que a emissãodesse raio sofre desvio aopassar por um campo elétrico. Viviana Rocha 19
  20. 20. Experimento de Millikan (1908) Descoberta da carga do elétron: -1,6 x10-19 C Todos os elétrons são idênticos, isto é, todos têm a mesma massa e carga. Razão carga/massa igual para todos os elétrons. Viviana Rocha 20
  21. 21. Raios canaisGoldstein demonstrou que, ao perfurar o cátodo de uma ampola de descargade gás, aparecia uma luminescência por trás do cátodo. Esses raios erampositivos e que sua massa e sua carga dependiam da natureza do gás queocupava o interior do tubo.A menor massa, obtida com o H, coincidia com a massa do próton, sendo acarga também igual à do próton. Viviana Rocha 21
  22. 22. Átomo- Modelo de ThomsonPudim de passas Massa fluida positiva, com elétrons (carga negativa) dispersos nesta massa fluida Viviana Rocha 22
  23. 23. Átomo-Modelo de Rutherford Descoberta da radioatividade, ou seja, que os elementos químicos se degradam em partículas menores Experimento de Rutherford, Geiger e Mardsen, colocam em dúvida o modelo atômico proposto por Thomson Viviana Rocha 23
  24. 24. Experimento de Rutherford Um fluxo de partículas alfa (uma carga positiva) emitidas por um elemento radioativo é bombardeado em uma finíssima lâmina de ouro de aprox. 100 nm de espessura (1nm = 10-9m). Umas poucas se desviavam, pouquíssimas ricocheteavam e a maioria atravessava a lâmina Viviana Rocha 24
  25. 25. Átomo-Modelo de RutherfordModelo Planetário Núcleo carregado positivamente cercado de elétrons em órbitas (região extra nuclear) Viviana Rocha 25
  26. 26. Átomo-Modelo de Rutherford J. Chadwick, em 1932, descobriu o nêutron. Rutherford tinha ciência de que os prótons não poderiam compor toda a massa do núcleo Viviana Rocha 26
  27. 27. Estrutura planetária: Elétron estacionário / Elétron emórbitaO diâmetro do núcleo < 10 mil vezes que o da eletrosfera;(Z) – número atômico = o número de prótons que compõem um núcleo. Viviana Rocha 27(A) – número de massa = o número de núcleons (prótons + nêutrons).
  28. 28. Lavoisier: Lei da conservação das massas. Dalton Proust: Lei das proporções definidas Faraday: eletricidade tem massa. Thompsom Tubo de Crookes Descoberta daRutherford radioatividade Viviana Rocha 28
  29. 29. Vamos pensar sobre os elétrons em átomos?Existem 2 possibilidades que retratam o estadode movimento de elétrons em um átomo:1ª possibilidade: O elétron está parado. O núcleopositivo e o elétron com carga positiva, o que vocêespera que aconteça?2ª possibilidade: O elétron está em movimento.Considerando também o modelo planetário, ouseja, elétrons em órbitas se movendo ao redor donúcleo. Ocorreria perda de energia? Viviana Rocha 29
  30. 30. Átomo-Modelo de BohrFísica clássica era inadequada paraexplicar a estabilidade do átomoNiels Bohr, físico dinamarquês, apresentoua primeira tentativa importante paradesenvolver um novo modelo atômico não-clássico.A elucidação da estruturaatômica seria encontrada na Origem da luz:natureza da luz emitida pelas alteraçõessubstâncias a altas temperaturas de energiaou sob influência de umadescarga elétrica. Viviana Rocha 30
  31. 31. Átomo-Modelo de Bohr (1913)• O primeiro princípio → (estado estacionário)• O segundo admite apenas certas órbitas possíveis para o elétron ao redor do núcleo• O terceiro princípio → variações de energia são saltos entre órbitas Viviana Rocha 31
  32. 32. Energia RadianteEspectros de Emissão: Viviana Rocha 32
  33. 33. Espectro Eletromagnético Viviana Rocha 33
  34. 34. Energia RadianteEspectros de Emissão: Cores do espectro visível Cor Comprimento de onda Freqüência vermelho ~ 625-740 nm ~ 480-405 THz laranja ~ 590-625 nm ~ 510-480 THz amarelo ~ 565-590 nm ~ 530-510 THz verde ~ 500-565 nm ~ 600-530 THz ciano ~ 485-500 nm ~ 620-600 THz azul ~ 440-485 nm ~ 680-620 THz violeta ~ 380-440 nm ~ 790-680 THz Viviana Rocha 34
  35. 35. Espectro Eletromagnético Viviana Rocha 35
  36. 36. Dispersão da luzLinha espectral - característica de um átomo, produzida pela luz de umcomprimento de onda discretaAs séries de linhas mostradas são encontradas na região do visível doespectro e são chamadas de séries de BalmerExistem outras séries de linhas: Séries de Lyman (ultravioleta) e Séries dePaschen (infravermelho) Viviana Rocha 36
  37. 37. Espectro descontínuo Espectro de linhas Viviana Rocha 37
  38. 38. Equação de Rydberg 1  1 1  = R 2 − 2  n n  λ  1 2 n2 > n1R = 1,0974 x 10-2 nm-1Séries Lyman n1 = 1 n2 = 2, 3, 4, 5,..., ∞Séries Balmer n1 = 2 n2 = 2, 3, 4, 5, 6,..., ∞Séries Paschen n1 = 3 n2 = 3, 4, 5, 6, 7, ..., ∞ Viviana Rocha 38
  39. 39. Viviana Rocha 39
  40. 40. Como explicar a cor dos fogos de artifícios? Viviana Rocha 40
  41. 41. Teste de chama Viviana Rocha 41
  42. 42. As radiações eletromagnéticas se comportavam como minúsculos pacotes de energia chamados fótons. A energia do fóton é proporcional a frequência da radiação: λν = c E fóton = hν hc E fóton = h= 6,63 x 10 -34 js λSaltos quânticos: (E2)elétron – (E1)elétron = Efóton Viviana Rocha 42
  43. 43. Átomo de Bohr O elétron só absorve ou emite um “pacote” de energia denominada quanta. Viviana Rocha 43
  44. 44. Átomo de BohrFalhas do modelo de Bohr: Cada nível de energia era uma órbita eletrônica circular onde esta localizado o elétron; O átomo possui regiões de probabilidade e densidade eletrônica. Viviana Rocha 44
  45. 45. Átomo- Modelo Moderno Modelo da mecânica quântica:• Explica o porquê da quantização da energia eletrônica• Propriedades atômicas• Como ocorre as ligações entre átomosEste modelo apóia-se nos seguintes princípios:Teoria sobre a dualidade onda-partícula, de Louis DeBroglie;Princípio da incerteza, enunciado por Werner Heisenberg. Viviana Rocha 45
  46. 46. A dualidade onda-partícula Em 1924, Louis Victor de Broglie estendeu aos elétrons o caráter dualístico da LUZ, como comprovado experimentalmente por Albert Einstein com o Efeito Fotoelétrico. Partícula ou Onda? Viviana Rocha 46
  47. 47. Viviana Rocha 47
  48. 48. Louis Victor de Broglie estendeu aos elétrons o caráterdualístico da LUZ, como comprovado experimentalmentepor Albert Einstein - Efeito Fotoelétrico. Viviana Rocha 48
  49. 49. Partícula ou Onda? Propriedades das ondas DIFRAÇÃO: espalhamento de ondas quando elaspassam por obstáculos ou aberturas comparáveis, em tamanho, aos seus comprimentos de onda. Viviana Rocha 49
  50. 50. A dualidade onda-partículaA expressão da energia de Expressão de Planck (energiaqualquer partícula de massa m : de uma onda com frequência, ʋ : E = mc 2 E = hυ hυ h m= 2 m= Relação de λc De Broglie c Viviana Rocha 50
  51. 51. O Princípio da Incerteza de Heisenberg (1926)Não é possível localizar com precisão uma partículase ela se comporta como uma ondaOs cálculos requerem informações precisas sobre aposição e velocidade do elétron. “Quanto mais certeza tivermos quanto a posição do elétron, tanto menor será a precisão com que podemos definir sua velocidade e vice-versa” Viviana Rocha 51
  52. 52. O Modelo atômico atualProposto por Erwin Schrödinger, de Broglie e WernerHeisenbergA mecânica quântica deu origem ao estudo das funçõesde onda e dos números quânticos, pois o átomo deSchrödinger é um modelo matemático.A equação de função de onda (Ψ) determinamatematicamente a região de máxima probabilidade dese encontrar um elétron no átomo (Equação deSchrödinger) Viviana Rocha 52
  53. 53. O modelo atômico atualOs níveis eletrônicos de energia:Região de máxima probabilidade onde possa estaro elétron.Esta região é chamada orbital, que correspondemaos estados individuais que podem ser ocupadospelos elétrons no átomo. Viviana Rocha 53
  54. 54. O que é um orbital atômico? Viviana Rocha 54
  55. 55. Modelo atômico atual Densidade de probabilidade eletrônicanúcleo Viviana Rocha 55
  56. 56. Como se localizar? Viviana Rocha 56
  57. 57. Números quânticos1 - Número Quântico Principal (n):Determina o nível energético principal do elétron, aenergia do átomo. Sempre será um número inteiro positivoe diferente de zero.2- Número Quântico do momento angular (secundário) (l):Determina o momento angular do elétron. Valores maisaltos de l, correspondem a um momento angular maior.Determina a forma da nuvem eletrônica. Viviana Rocha 57
  58. 58. Números Quânticos3- Número Quântico Magnético (m)Determina a orientação de um orbital no espaço.4- Número Quântico de Spin (s)Determina o campo magnético intrínseco quando umapartícula carregada gira em torno do seu próprio eixo. Viviana Rocha 58
  59. 59. Número Quântico de Spin (s)O número quântico de spin indica a orientação do elétron aoredor do seu próprio eixo. Como existem apenas doissentidos possíveis, este número quântico assume apenas osvalores -1/2 e +1/2, indicando a probabilidade do 50% doelétron estar girando em um sentido ou no outro. Viviana Rocha 59
  60. 60. Paramagnéticos - são materiais que possuem elétrons desemparelhadose que quando na presença de um campo magnético os mesmos sealinham. Ex: o alumínio, o magnésio, o sulfato de cobre, etc.Diamagnéticos – são materiais que se colocados na presença de umcampo magnético tem seus ímãs elementares orientados no sentidocontrário ao sentido do campo magnético aplicado. Ex: o bismuto, ocobre, a prata, o chumbo, etc.Ferromagnéticos – as substâncias que compõem esse grupoapresentam características bem diferentes dos materiais paramagnéticose diamagnéticos. Eles se imantam fortemente se colocados na presençade um campo magnético. Ex: ferro, o cobalto, o níquel e as ligas que sãoformadas por essas substâncias. Os materiais ferromagnéticos são muitoutilizados quando se deseja obter campos magnéticos de altasintensidades. Viviana Rocha 60
  61. 61. Valores dos Números Quânticos n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 l = 0, 1, 2, 3 (s, p, d, f) m = -3, -2, -1, 0, + 1, +2, +3 s = - 1/2; + 1/2Princípio de Exclusão de Pauli“Não existem dois elétrons num átomo que possuam osmesmos valores para todos os números quânticos”. Cada orbital poderá conter no máximo dois elétronsCom isso torna-se possível calcular o número máximo deelétrons com cada nível energético principal.2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 Viviana Rocha 61
  62. 62. Distribuição Eletrônica Linus Pauling Regras e princípios gerais para distribuição dos elétrons no átomo: A energia total do elétron é dada por: E = n + l. O elétron, como qualquer sistema da natureza, tende a ocupar as posições de menor energia. Princípios de Exclusão de Pauling – nenhum átomo pode conter elétrons com números quânticos iguais. Regra de Hund – os orbitais são preenchidos parcialmente com elétrons do mesmo spin depois completados com elétrons de spins contrários. Viviana Rocha 62
  63. 63. spx py pz Viviana Rocha 63
  64. 64. dxy dyz dxz dx2y2 dz2 Viviana Rocha 64
  65. 65. Viviana Rocha 65
  66. 66. Viviana Rocha 66
  67. 67. Questão Nos conjuntos de quatro números quânticos (n, l, m, s), identifique quais os que não podem existir e explique o porquê: (c) (4, 2, -1, +1/2) (d) (5, 0, -1, +1/2) (e) (4, 4, -1, +1/2)Viviana Rocha 67
  68. 68. Referências Bibliográficas- RUSSELL, J.B.; Química Geral. McGraw-Hill - 2ªedição – Vol. I - São Paulo.- BRADY, J.E.; HUMISTON, G.E.; Química Geral, LivrosTécnicos e Científicos. 2ª edição – Vol. I - Rio deJaneiro.- MAHAN, B. Química: um curso universitário. EdgardBlucher – São Paulo. Viviana Rocha 68

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