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Química tecnológica

     Introdução




   Viviana Rocha   1
Noções preliminares

       Revisão


 Química: O que, Por que e Como?
 Metodologia Científica
 Matéria
 Substâncias
 Transformações da matéria


                    Viviana Rocha   2
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
PROPRIEDADES
                               INTERAÇÕES




               ESTRUTURA
               DA MATÉRIA




 TIPOS DE
                                REAÇÕES
 MATERIAIS



               Viviana Rocha                4
Metodologia Científica

                Observações
                  e dados




 Experimentos                   Leis




                 Hipóteses
                  ou teoria



                Viviana Rocha          5
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
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
Matéria



        Substâncias                                Misturas
           puras




                                      Misturas             Misturas
               Compostos            homogêneas           heterogêneas
Elementos
                                      (soluções)

                           Viviana Rocha                         8
Transformações físicas




         Viviana Rocha   9
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.
Transformações Químicas

 Queima do carvão:
As moléculas iniciais do carvão (reagentes) são
quebradas e seus átomos são reagrupados para formar
novas moléculas finais (produtos da reação)
                                         .




                      Viviana Rocha             11
Modelos atômicos
Evolução dos modelos atômicos:

- Átomo de Dalton
- Átomo de Thomson
- Átomo de Rutherford
- Átomo moderno
- Átomo de Bohr
- Modelo atômico atual



         Viviana Rocha           12
Pensamento Científico



      “Não há teoria eterna em ciência” - Albert Einstein

Visão mecanicista (Mecânica)
“A natureza funciona como um relógio”
                                               Descartes
“O mundo é apenas uma máquina”
Limitações desta visão do mundo

Isaac Newton concretizou o sonho de Descartes
       Tornar a teoria científica em poder.
                               Viviana Rocha                13
O átomo Filosófico (450 a.C.)

Por volta de 450 a.C., o filósofo grego Leucipo
afirmou que a matéria podia se dividida em
partículas cada vez menores até um limite.

Demócrito (470 a.C.-380 a.C.), denominou essa
partícula de ÁTOMO (do grego, “indivisível”).




                   Viviana Rocha              14
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
O Átomo de Dalton

John Dalton, físico inglês, em 1803, foi o primeiro modelo
atômico 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- partículas
subatômicas
A diferença entre o modelo de Dalton e o modelo filosófico- presença de
dados experimentais
                              Viviana Rocha                         16
Lavoiser


                               Massa de
              Massa da água                        Massa de
Experiência                   hidrogênio
               decomposta                       oxigênio obtida
                                obtida



    1º            18g            2g                  16g

                                                                  Proust
    2º            72g            8g                  64g


    3º            90g            10g                 80g


                                Viviana Rocha                        17
Átomo- Modelo de Thomson

Partículas 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
Raios catódicos

Em 1875, o físico William
Crookes idealizou um tubo
com dois eletrodos e vácuo
quase      perfeito   (pressão
interna aprox. 0,0001 atm).
Aplicando uma diferença de
potencial entre os eletrodos e
tendo um vácuo, ocorria
emissão de raio luminoso
entre cátodo e ânodo. Ao
introduzir-se um objeto no
tubo, aparecia uma sombra
nítida.    Também      pode-se
constatar que a emissão
desse raio sofre desvio ao
passar por um campo elétrico.
                                 Viviana Rocha   19
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
Raios canais

Goldstein demonstrou que, ao perfurar o cátodo de uma ampola de descarga
de gás, aparecia uma luminescência por trás do cátodo. Esses raios eram
positivos e que sua massa e sua carga dependiam da natureza do gás que
ocupava o interior do tubo.
A menor massa, obtida com o H, coincidia com a massa do próton, sendo a
carga também igual à do próton.




                                Viviana Rocha                        21
Átomo- Modelo de Thomson
Pudim de passas


                                  Massa      fluida
                                  positiva,    com
                                  elétrons (carga
                                  negativa)
                                  dispersos nesta
                                  massa fluida

                  Viviana Rocha                       22
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
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
Átomo-Modelo de Rutherford

Modelo Planetário



                      Núcleo        carregado
                      positivamente cercado
                      de elétrons em órbitas
                      (região extra nuclear)


                    Viviana Rocha               25
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
Estrutura planetária: Elétron estacionário / Elétron em
órbita




O 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).
Lavoisier: Lei da
                  conservação das
                      massas.
      Dalton
                    Proust: Lei das
                      proporções
                       definidas

                       Faraday:
                   eletricidade tem
                        massa.
 Thompsom
                  Tubo de Crookes




                      Descoberta da
Rutherford            radioatividade
               Viviana Rocha           28
Vamos pensar sobre os
       elétrons em átomos?
Existem 2 possibilidades que retratam o estado
de movimento de elétrons em um átomo:
1ª possibilidade: O elétron está parado. O núcleo
positivo e o elétron com carga positiva, o que você
espera que aconteça?

2ª possibilidade: O elétron está em movimento.
Considerando também o modelo planetário, ou
seja, elétrons em órbitas se movendo ao redor do
núcleo. Ocorreria perda de energia?
                      Viviana Rocha              29
Átomo-Modelo de Bohr
Física clássica era inadequada para
explicar a estabilidade do átomo

Niels Bohr, físico dinamarquês, apresentou
a primeira tentativa importante para
desenvolver um novo modelo atômico não-
clássico.
A   elucidação     da  estrutura
atômica seria encontrada na
                                             Origem da luz:
natureza da luz emitida pelas                 alterações
substâncias a altas temperaturas              de energia
ou sob influência de uma
descarga elétrica.
                             Viviana Rocha                    30
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
Energia Radiante

Espectros de Emissão:




                    Viviana Rocha   32
Espectro Eletromagnético




        Viviana Rocha      33
Energia Radiante
Espectros 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
Espectro Eletromagnético




        Viviana Rocha      35
Dispersão da luz




Linha espectral - característica de um átomo, produzida pela luz de um
comprimento de onda discreta

As séries de linhas mostradas são encontradas na região do visível do
espectro e são chamadas de séries de Balmer

Existem outras séries de linhas: Séries de Lyman (ultravioleta) e Séries de
Paschen (infravermelho)
                                 Viviana Rocha                           36
Espectro descontínuo
   Espectro de linhas




     Viviana Rocha      37
Equação de Rydberg

                 1     1   1 
                   = R 2 − 2 
                      n n 
                 λ     1    2 


n2 > n1
R = 1,0974 x 10-2 nm-1

Séries 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
Viviana Rocha   39
Como explicar a cor dos fogos de artifícios?




                   Viviana Rocha         40
Teste de chama




  Viviana Rocha   41
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
                                                                         λ
Saltos quânticos:
   (E2)elétron – (E1)elétron = Efóton

                                        Viviana Rocha                    42
Átomo de Bohr
                     O elétron só absorve ou
                     emite um “pacote” de
                     energia     denominada
                     quanta.




     Viviana Rocha                        43
Átomo de Bohr

Falhas 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
Átomo- Modelo Moderno
  Modelo da mecânica quântica:

• Explica o porquê da quantização da energia eletrônica
• Propriedades atômicas
• Como ocorre as ligações entre átomos

Este modelo apóia-se nos seguintes princípios:
Teoria sobre a dualidade onda-partícula, de Louis De
Broglie;
Princípio da incerteza, enunciado por Werner Heisenberg.
                          Viviana Rocha                   45
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
Viviana Rocha   47
Louis Victor de Broglie estendeu aos elétrons o caráter
dualístico da LUZ, como comprovado experimentalmente
por Albert Einstein - Efeito Fotoelétrico.




                        Viviana Rocha               48
Partícula ou Onda?
             Propriedades das ondas

  DIFRAÇÃO: espalhamento de ondas quando elas
passam por obstáculos ou aberturas comparáveis, em
     tamanho, aos seus comprimentos de onda.




                     Viviana Rocha               49
A dualidade onda-partícula
A expressão da energia de             Expressão de Planck (energia
qualquer 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
O Princípio da Incerteza de
          Heisenberg (1926)

Não é possível localizar com precisão uma partícula
se ela se comporta como uma onda



Os cálculos requerem informações precisas sobre a
posição 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
O Modelo atômico atual

Proposto por Erwin Schrödinger, de Broglie e Werner
Heisenberg

A mecânica quântica deu origem ao estudo das funções
de onda e dos números quânticos, pois o átomo de
Schrödinger é um modelo matemático.

A equação de função de onda (Ψ)          determina
matematicamente a região de máxima probabilidade de
se encontrar um elétron no átomo (Equação de
Schrödinger)


                        Viviana Rocha                 52
O modelo atômico atual
Os níveis eletrônicos de energia:

Região de máxima probabilidade onde possa estar
o elétron.


Esta região é chamada orbital, que correspondem
aos estados individuais que podem ser ocupados
pelos elétrons no átomo.

                    Viviana Rocha           53
O que é um orbital atômico?




          Viviana Rocha       54
Modelo atômico atual


                                    Densidade de
                               probabilidade eletrônica



núcleo




               Viviana Rocha                      55
Como se localizar?




    Viviana Rocha    56
Números quânticos

1 - Número Quântico Principal (n):
Determina o nível energético principal do elétron, a
energia do átomo. Sempre será um número inteiro positivo
e diferente de zero.


2- Número Quântico do momento angular (secundário) (l):
Determina o momento angular do elétron. Valores mais
altos de l, correspondem a um momento angular maior.
Determina a forma da nuvem eletrônica.
                          Viviana Rocha              57
Números Quânticos

3- Número Quântico Magnético (m)
Determina a orientação de um orbital no espaço.



4- Número Quântico de Spin (s)
Determina o campo magnético intrínseco quando uma
partícula carregada gira em torno do seu próprio eixo.

                         Viviana Rocha             58
Número Quântico de Spin (s)
O número quântico de spin indica a orientação do elétron ao
redor do seu próprio eixo. Como existem apenas dois
sentidos possíveis, este número quântico assume apenas os
valores -1/2 e +1/2, indicando a probabilidade do 50% do
elétron estar girando em um sentido ou no outro.




                         Viviana Rocha                  59
Paramagnéticos - são materiais que possuem elétrons desemparelhados
e que quando na presença de um campo magnético os mesmos se
alinham. Ex: o alumínio, o magnésio, o sulfato de cobre, etc.

Diamagnéticos – são materiais que se colocados na presença de um
campo magnético tem seus ímãs elementares orientados no sentido
contrário ao sentido do campo magnético aplicado. Ex: o bismuto, o
cobre, a prata, o chumbo, etc.

Ferromagnéticos – as substâncias que compõem esse grupo
apresentam características bem diferentes dos materiais paramagnéticos
e diamagnéticos. Eles se imantam fortemente se colocados na presença
de um campo magnético. Ex: ferro, o cobalto, o níquel e as ligas que são
formadas por essas substâncias. Os materiais ferromagnéticos são muito
utilizados quando se deseja obter campos magnéticos de altas
intensidades.
                               Viviana Rocha                         60
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; + 1/2


Princípio de Exclusão de Pauli
“Não existem dois elétrons num átomo que possuam os
mesmos valores para todos os números quânticos”.
     Cada orbital poderá conter no máximo dois elétrons

Com isso torna-se possível calcular o número máximo de
elétrons com cada nível energético principal.
2, 8, 18, 32, 32, 18, 2  Viviana Rocha              61
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
s



px   py                   pz



          Viviana Rocha        63
dxy         dyz            dxz




  dx2y2                   dz2
          Viviana Rocha          64
Viviana Rocha   65
Viviana Rocha   66
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
Referências Bibliográficas

- RUSSELL, J.B.; Química Geral. McGraw-Hill -    2ª
edição – Vol. I - São Paulo.

- BRADY, J.E.; HUMISTON, G.E.; Química Geral, Livros
Técnicos e Científicos. 2ª edição – Vol. I - Rio de
Janeiro.


- MAHAN, B. Química: um curso universitário. Edgard
Blucher – São Paulo.

                      Viviana Rocha               68

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  • 8. Matéria Substâncias Misturas puras Misturas Misturas Compostos homogêneas heterogêneas Elementos (soluções) Viviana Rocha 8
  • 9. Transformações físicas Viviana Rocha 9
  • 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. Transformações Químicas  Queima do carvão: As moléculas iniciais do carvão (reagentes) são quebradas e seus átomos são reagrupados para formar novas moléculas finais (produtos da reação) . Viviana Rocha 11
  • 12. Modelos atômicos Evolução dos modelos atômicos: - Átomo de Dalton - Átomo de Thomson - Átomo de Rutherford - Átomo moderno - Átomo de Bohr - Modelo atômico atual Viviana Rocha 12
  • 13. Pensamento Científico “Não há teoria eterna em ciência” - Albert Einstein Visão mecanicista (Mecânica) “A natureza funciona como um relógio” Descartes “O mundo é apenas uma máquina” Limitações desta visão do mundo Isaac Newton concretizou o sonho de Descartes Tornar a teoria científica em poder. Viviana Rocha 13
  • 14. O átomo Filosófico (450 a.C.) Por volta de 450 a.C., o filósofo grego Leucipo afirmou que a matéria podia se dividida em partículas cada vez menores até um limite. Demócrito (470 a.C.-380 a.C.), denominou essa partícula de ÁTOMO (do grego, “indivisível”). Viviana Rocha 14
  • 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. O Átomo de Dalton John Dalton, físico inglês, em 1803, foi o primeiro modelo atômico 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- partículas subatômicas A diferença entre o modelo de Dalton e o modelo filosófico- presença de dados experimentais Viviana Rocha 16
  • 17. Lavoiser Massa de Massa da água Massa de Experiência hidrogênio decomposta oxigênio obtida obtida 1º 18g 2g 16g Proust 2º 72g 8g 64g 3º 90g 10g 80g Viviana Rocha 17
  • 18. Átomo- Modelo de Thomson Partículas 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. Raios catódicos Em 1875, o físico William Crookes idealizou um tubo com dois eletrodos e vácuo quase perfeito (pressão interna aprox. 0,0001 atm). Aplicando uma diferença de potencial entre os eletrodos e tendo um vácuo, ocorria emissão de raio luminoso entre cátodo e ânodo. Ao introduzir-se um objeto no tubo, aparecia uma sombra nítida. Também pode-se constatar que a emissão desse raio sofre desvio ao passar por um campo elétrico. Viviana Rocha 19
  • 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. Raios canais Goldstein demonstrou que, ao perfurar o cátodo de uma ampola de descarga de gás, aparecia uma luminescência por trás do cátodo. Esses raios eram positivos e que sua massa e sua carga dependiam da natureza do gás que ocupava o interior do tubo. A menor massa, obtida com o H, coincidia com a massa do próton, sendo a carga também igual à do próton. Viviana Rocha 21
  • 22. Átomo- Modelo de Thomson Pudim de passas Massa fluida positiva, com elétrons (carga negativa) dispersos nesta massa fluida Viviana Rocha 22
  • 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. 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. Átomo-Modelo de Rutherford Modelo Planetário Núcleo carregado positivamente cercado de elétrons em órbitas (região extra nuclear) Viviana Rocha 25
  • 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. Estrutura planetária: Elétron estacionário / Elétron em órbita O 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. Lavoisier: Lei da conservação das massas. Dalton Proust: Lei das proporções definidas Faraday: eletricidade tem massa. Thompsom Tubo de Crookes Descoberta da Rutherford radioatividade Viviana Rocha 28
  • 29. Vamos pensar sobre os elétrons em átomos? Existem 2 possibilidades que retratam o estado de movimento de elétrons em um átomo: 1ª possibilidade: O elétron está parado. O núcleo positivo e o elétron com carga positiva, o que você espera que aconteça? 2ª possibilidade: O elétron está em movimento. Considerando também o modelo planetário, ou seja, elétrons em órbitas se movendo ao redor do núcleo. Ocorreria perda de energia? Viviana Rocha 29
  • 30. Átomo-Modelo de Bohr Física clássica era inadequada para explicar a estabilidade do átomo Niels Bohr, físico dinamarquês, apresentou a primeira tentativa importante para desenvolver um novo modelo atômico não- clássico. A elucidação da estrutura atômica seria encontrada na Origem da luz: natureza da luz emitida pelas alterações substâncias a altas temperaturas de energia ou sob influência de uma descarga elétrica. Viviana Rocha 30
  • 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. Energia Radiante Espectros de Emissão: Viviana Rocha 32
  • 33. Espectro Eletromagnético Viviana Rocha 33
  • 34. Energia Radiante Espectros 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. Espectro Eletromagnético Viviana Rocha 35
  • 36. Dispersão da luz Linha espectral - característica de um átomo, produzida pela luz de um comprimento de onda discreta As séries de linhas mostradas são encontradas na região do visível do espectro e são chamadas de séries de Balmer Existem outras séries de linhas: Séries de Lyman (ultravioleta) e Séries de Paschen (infravermelho) Viviana Rocha 36
  • 37. Espectro descontínuo Espectro de linhas Viviana Rocha 37
  • 38. Equação de Rydberg 1  1 1  = R 2 − 2  n n  λ  1 2  n2 > n1 R = 1,0974 x 10-2 nm-1 Séries 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
  • 40. Como explicar a cor dos fogos de artifícios? Viviana Rocha 40
  • 41. Teste de chama Viviana Rocha 41
  • 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 λ Saltos quânticos: (E2)elétron – (E1)elétron = Efóton Viviana Rocha 42
  • 43. Átomo de Bohr O elétron só absorve ou emite um “pacote” de energia denominada quanta. Viviana Rocha 43
  • 44. Átomo de Bohr Falhas 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. Átomo- Modelo Moderno Modelo da mecânica quântica: • Explica o porquê da quantização da energia eletrônica • Propriedades atômicas • Como ocorre as ligações entre átomos Este modelo apóia-se nos seguintes princípios: Teoria sobre a dualidade onda-partícula, de Louis De Broglie; Princípio da incerteza, enunciado por Werner Heisenberg. Viviana Rocha 45
  • 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
  • 48. Louis Victor de Broglie estendeu aos elétrons o caráter dualístico da LUZ, como comprovado experimentalmente por Albert Einstein - Efeito Fotoelétrico. Viviana Rocha 48
  • 49. Partícula ou Onda? Propriedades das ondas DIFRAÇÃO: espalhamento de ondas quando elas passam por obstáculos ou aberturas comparáveis, em tamanho, aos seus comprimentos de onda. Viviana Rocha 49
  • 50. A dualidade onda-partícula A expressão da energia de Expressão de Planck (energia qualquer 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. O Princípio da Incerteza de Heisenberg (1926) Não é possível localizar com precisão uma partícula se ela se comporta como uma onda Os cálculos requerem informações precisas sobre a posição 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. O Modelo atômico atual Proposto por Erwin Schrödinger, de Broglie e Werner Heisenberg A mecânica quântica deu origem ao estudo das funções de onda e dos números quânticos, pois o átomo de Schrödinger é um modelo matemático. A equação de função de onda (Ψ) determina matematicamente a região de máxima probabilidade de se encontrar um elétron no átomo (Equação de Schrödinger) Viviana Rocha 52
  • 53. O modelo atômico atual Os níveis eletrônicos de energia: Região de máxima probabilidade onde possa estar o elétron. Esta região é chamada orbital, que correspondem aos estados individuais que podem ser ocupados pelos elétrons no átomo. Viviana Rocha 53
  • 54. O que é um orbital atômico? Viviana Rocha 54
  • 55. Modelo atômico atual Densidade de probabilidade eletrônica núcleo Viviana Rocha 55
  • 56. Como se localizar? Viviana Rocha 56
  • 57. Números quânticos 1 - Número Quântico Principal (n): Determina o nível energético principal do elétron, a energia do átomo. Sempre será um número inteiro positivo e diferente de zero. 2- Número Quântico do momento angular (secundário) (l): Determina o momento angular do elétron. Valores mais altos de l, correspondem a um momento angular maior. Determina a forma da nuvem eletrônica. Viviana Rocha 57
  • 58. Números Quânticos 3- Número Quântico Magnético (m) Determina a orientação de um orbital no espaço. 4- Número Quântico de Spin (s) Determina o campo magnético intrínseco quando uma partícula carregada gira em torno do seu próprio eixo. Viviana Rocha 58
  • 59. Número Quântico de Spin (s) O número quântico de spin indica a orientação do elétron ao redor do seu próprio eixo. Como existem apenas dois sentidos possíveis, este número quântico assume apenas os valores -1/2 e +1/2, indicando a probabilidade do 50% do elétron estar girando em um sentido ou no outro. Viviana Rocha 59
  • 60. Paramagnéticos - são materiais que possuem elétrons desemparelhados e que quando na presença de um campo magnético os mesmos se alinham. Ex: o alumínio, o magnésio, o sulfato de cobre, etc. Diamagnéticos – são materiais que se colocados na presença de um campo magnético tem seus ímãs elementares orientados no sentido contrário ao sentido do campo magnético aplicado. Ex: o bismuto, o cobre, a prata, o chumbo, etc. Ferromagnéticos – as substâncias que compõem esse grupo apresentam características bem diferentes dos materiais paramagnéticos e diamagnéticos. Eles se imantam fortemente se colocados na presença de um campo magnético. Ex: ferro, o cobalto, o níquel e as ligas que são formadas por essas substâncias. Os materiais ferromagnéticos são muito utilizados quando se deseja obter campos magnéticos de altas intensidades. Viviana Rocha 60
  • 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; + 1/2 Princípio de Exclusão de Pauli “Não existem dois elétrons num átomo que possuam os mesmos valores para todos os números quânticos”. Cada orbital poderá conter no máximo dois elétrons Com isso torna-se possível calcular o número máximo de elétrons com cada nível energético principal. 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 Viviana Rocha 61
  • 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. s px py pz Viviana Rocha 63
  • 64. dxy dyz dxz dx2y2 dz2 Viviana Rocha 64
  • 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. Referências Bibliográficas - RUSSELL, J.B.; Química Geral. McGraw-Hill - 2ª edição – Vol. I - São Paulo. - BRADY, J.E.; HUMISTON, G.E.; Química Geral, Livros Técnicos e Científicos. 2ª edição – Vol. I - Rio de Janeiro. - MAHAN, B. Química: um curso universitário. Edgard Blucher – São Paulo. Viviana Rocha 68