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7 atomo hidrogénio

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7 atomo hidrogénio

  1. 1.  Ernest Rutherford  Físico inglês  Prémio Nobel da Química em 1908  Modelo baseado em factos experimentais Rutherford (1871-1937) 2 Daniela Pinto
  2. 2. Niels Bohr (1885-1962)  Físico Dinamarquês  Primeiro cientista a explicar o espectro descontínuo do átomo de H.  Prémio Nobel da Física em 1922. 3 Daniela Pinto
  3. 3. Modelo atómico de Bohr • Bohr estudou o espectro atómico descontínuo do hidrogénio e criou um modelo para este átomo (explicação da estrutura do átomo). • O eletrão gira à volta do núcleo em órbitas circulares. • O raio das órbitas não pode ter um valor qualquer (é quantificado). • Cada órbita corresponde a um nível de energia. Órbita Núcleo 4 Daniela Pinto
  4. 4. Postulados de Bohr (1913) Os eletrões estão restringidos a determinadas órbitas, cada uma a uma distância bem definida do núcleo; A cada órbita está associado um determinado valor de energia  a energia é quantizada (tem valores fixos) ; 5 Daniela Pinto
  5. 5. Postulados de Bohr (1913) A cada uma destas órbitas (com um determinado valor de energia) à volta do núcleo corresponde um “nível de energia”, n, do eletrão; Os eletrões podem transitar de um nível de energia a outro nível de energia. 6 Daniela Pinto
  6. 6. Quantificação da Energia do Eletrão • Os estados de energia ou níveis de energia do electrão representam-se por um número inteiro: n = 1, n = 2, n = 3 … • Estado fundamental – Estado de menor energia (n = 1 *). • Estados excitados – Estados de energia superiores ao fundamental (n > 1 *). *No átomo de hidrogénio (noutros átomos, existem electrões em estados fundamentais com n > 1) 7
  7. 7. Energia do eletrão A energia do eletrão no átomo (En) não pode ter um valor qualquer (é quantificada) e o seu valor depende do número do nível de energia: 𝐸 𝑛 = − 2,18𝑥10−18 𝑛2 𝐽 𝑒𝑚 𝑞𝑢𝑒 𝑛 é 𝑜 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑜 𝑛í𝑣𝑒𝑙 E1 = -2,18 x 10-18 J (n =1 no átomo de hidrogénio) 8
  8. 8. Aumento contínuo de energia Aumento de energia quantizada Os argumentos de energia quantizada são como degraus de uma escada, e não como a inclinação de uma rampa (mas os degraus não são todos iguais). 9 Daniela Pinto
  9. 9.  Quando o eletrão está numa órbita, não absorve nem emite energia.  Os valores da energia do eletrão do átomo de hidrogénio para os diferentes estados estacionários são todos negativos.  O eletrão pode absorver energia por: Aumento de temperatura; Colisão com eletrões de uma descarga eléctrica; Colisão com fotões de radiação electromagnética. 10 Daniela Pinto
  10. 10. Quando o eletrão absorve energia, fica excitado e salta para uma órbita mais externa (nível de energia superior). 11 Daniela Pinto
  11. 11. Hipoteticamente: Para o eletrão passar de n=1 para n=3 necessitava da energia fornecida pelos fotões verdes. 12 Daniela Pinto
  12. 12. O eletrão excitado liberta a energia em excesso, na forma de radiação eletromagnética, e salta para uma órbita mais interna (nível de energia inferior). 13 Daniela Pinto
  13. 13. A energia em excesso pode ser libertada de várias maneiras, originando diferentes radiações eletromagnéticas: 14 O que origina as riscas espectrais.pps Daniela Pinto
  14. 14. Espetro de Emissão do Hidrogénio A radiação eletromagnética libertada forma as riscas do espectro de emissão do hidrogénio. 15 Daniela Pinto
  15. 15. O espetro de emissão do hidrogénio tem riscas no ultravioleta, no visível e no infravermelho: Série de Lyman – Radiações ultravioletas libertadas quando os eletrões saltam de n > 1 para n = 1; Série de Balmer – Radiações visíveis libertadas quando os eletrões saltam de n > 2 para o n = 2; Série de Paschen – Radiações infravermelhas libertadas quando os electrões saltam de n > 3 para n = 3; Série de Brackett – Radiações infravermelhas libertadas quando os electrões saltam de n > 4 para n = 4; Série de Pfund – Radiações infravermelhas libertadas quando os electrões saltam de n > 5 para n = 5. 16 Daniela Pinto
  16. 16. 17 Daniela Pinto
  17. 17. Séries nf (nível final) ni (nível inicial) Região do Espetro Lyman 1 2,3,4,.. Ultravioleta Balmer 2 3,4,5,.. Visível Paschen 3 4,5,6,.. Infravermelho Brackett 4 5,6,7,.. Infravermelho Pfund 5 6,7,8,.. Infravermelho 18 Daniela Pinto
  18. 18. Energia de Ionização Quando a energia da radiação é igual à energia de remoção do eletrão (energia de ionização), este sai do átomo e fica parado (Ec = 0 J). Quando isto acontece, a energia do eletrão é igual a zero: • Ee = E = 0 J A energia do eletrão no átomo (Ee = En) é simétrica da respetiva energia de ionização (Ei = E): 𝐸𝑖𝑜𝑛 = 𝐸∞ − 𝐸 𝑛 ⇔ 𝐸𝑖𝑜𝑛 = −𝐸 𝑛 19 Daniela Pinto
  19. 19. Transições do eletrão Se a energia da radiação for igual à energia necessária para provocar uma transição do eletrão (diferença de energia entre dois níveis), este é excitado para um nível de energia superior. A energia da radiação emitida ou absorvida é igual ao módulo da diferença de energia dos dois níveis considerados: ∆𝐸 = 𝐸𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 − 𝐸𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 20 Daniela Pinto
  20. 20. Transições do eletrão Se ∆𝐸 > 0 há absorção de energia – excitação; Se ∆𝐸 < 0 há emissão de energia – desexcitação. Se a energia da radiação emitida ou absorvida for determinada por: ∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖 21 Daniela Pinto
  21. 21. Se a energia da radiação for inferior ou superior à energia necessária para provocar uma transição, o electrão não absorve a radiação e não é excitado. 22 Daniela Pinto
  22. 22. Um eletrão de um átomo de hidrogénio encontra-se no estado de energia fundamental (n = 1). O que acontecerá a esse eletrão se for atingido por uma radiação de: a) 1,94 ×10–18J de energia; b) 2,18 ×10–18J de energia; c) 2,50 ×10–18J de energia; d) 1,80 ×10–18J de energia. Indique, para cada caso, em que estado fica o átomo de hidrogénio. Exercício 23
  23. 23. A energia final do eletrão pode ser calculada através da expressão: a) 1,94 × 10−18 𝐽 = 𝐸𝑓 – (−2,18 𝑥 10−18) 𝐸𝑓 = −2,40 𝑥 10−19 𝐽 𝐸 𝑛 = − 2,18𝑥10−18 𝑛2 ⇔ −2,4 𝑥 10−19 = − 2,18𝑥10−18 𝑛2 ⇔ 𝑛 = 3 O eletrão vai transitar para o nível de energia n = 3 e o átomo fica excitado. Resolução ∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖 24
  24. 24. A energia final do eletrão pode ser calculada através da expressão: b) 2,18 × 10−18 𝐽 = 𝐸𝑓 – (−2,18 𝑥 10−18) 𝐸𝑓 = 0 𝐽 O eletrão sai do átomo sem energia cinética. O átomo fica ionizado. Resolução ∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖 25
  25. 25. A energia final do eletrão pode ser calculada através da expressão: c) 2,50 × 10−18 𝐽 = 𝐸𝑓 – (−2,18 𝑥 10−18) 𝐸𝑓 = 3,20 𝑥 10−19 𝐽 O facto da energia do eletrão ser positiva indica que o eletrão saiu do átomo, com energia cinética no valor de 3,2 ×10-19 J. O átomo fica, pois, ionizado. Resolução ∆𝐸 = 𝐸𝑓 − 𝐸𝑖 26
  26. 26. d) 1,8 × 10−18 𝐽 = 𝐸𝑓 – (−2,18 𝑥 10−18 ) 𝐸𝑓 = −3,80 𝑥 10−19 𝐽 𝐸 𝑛 = − 2,18𝑥10−18 𝑛2 ⇔ −3,8 𝑥 10−19 = − 2,18𝑥10−18 𝑛2 Este resultado negativo indica que a energia da radiação não é suficiente para extrair o eletrão do átomo. Verifica-se que não existe nenhum estado estacionário com tal valor de energia. O eletrão não absorve a radiação e o átomo permanece no estado fundamental. Resolução 27

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