estrutura atomica estudo da quimica para os iniciantes.

1. Faculdade de Tecnologia e Ciências
Curso: Engenharia Civil e Ambiental
Disciplina: Química Geral
Aula 2: Estrutura AtômicaAlan Garcia C. da Silva
Feira de Santana –BA

2. Disciplina-Química Geral
ESTRUTURA ATOMICA
OS AVANÇOS HISTÓRICOS DO ATOMO: Toda a química moderna baseia-se no fato de que a matéria se apresenta de uma maneira descontinua, formada por entidades denominadas de ÁTOMOSCom a observação de que as massas são conservadas durante as reações químicas surgiu a idéia de que tais reações seriam uma reorganização de unidades fundamentaisBaseado nas Leis de Proust –todo composto químico contém proporções fixas, simples e constantes de seus constituintes foram propostas diferentes modelos sobre a constituição do átomo ao longo do tempo

3. DALTON ( 1803) foi o precursor e enunciou:
1.toda matéria é formada por átomos;
2.Em uma reação química, os átomos são indivisíveis, isto é, não podem ser divididos em duas ou mais partes, e não podem ser criados nem destruídos;
3.Os átomos de um mesmo elemento são idênticos, ao passo que os átomos de elementos diferentes apresentam diferenças em forma, tamanho, massa etc...
4.Os átomos de um elemento não podem ser transformados em átomos de outros elementos
5.Uma reação química é a união ou separação que se combinam obedecendo a uma relação de números inteiros e pequenos
Para Dalton, portanto, a matéria é constituída de átomos indivisíveis, reais e isolados –a matéria tem caráter corpuscular
Este modelo foi aceito pelos cientistas durante 90 anos

4. Observação:apesardeessateoriatersidoumgrandeavançoparaaQuímicadoséculoXIX,elacontinhaalgunsprincípioserrôneos,dentreosquaisodasfórmulasdassubstânciassimplesecompostas
-osgasesoxigênio,hidrogênioecloro,porexemplo, seriamformadosporapenasumúnicoátomoemvezdedois;
-afórmuladaáguadeveriaserHOOprogressodestaáreasófoiconsolidadoatravésdosexperimentosdosFísicosqueestudaramarelaçãoentrematériaeeletricidade. A base experimental da estrutura atômica

5. Aeletricidade:doistiposdecargaelétricahaviamsidodescobertosàépocadoinventoreestadistanorte-americanoBenjaminFranklin(1706-1790)eleoschamoudepositivos(+)enegativos(-)porqueaparecemcomoopostosepodemneutralizarunsaosoutros.
Aradioatividade:Em1896ofiscofrancêsHenriBecquerel(1852- 1908)descobriuqueumminériodeurânioemitiaraioscapazesdeescurecerumaplacafotográfica,mesmoqueaplacaestivessecobertaporpapelpretoparaevitarsuaexposiçãoàluz.
Em1898,MarieCurieeseuscolaboradoresisolaramopolônioeorádio,quetambémemitiamomesmotipoderaioseem1899, madameCuriesugeriuqueosátomosdedeterminadassubstânciasemitiamessesraiosincomunsquesedesintegramechamouessefenômenoderadioatividadeeassubstânciasqueapresentamessapropriedadesãoditasradioativas

6. Osraiosesãodefletidos,masosraiospassamsemdeflexãopelasplacas:issoquerdizerqueosraiosesãopartículaseletricamentecarregadas,porqueascargassãoatraídasourepelidaspelasplacascarregadas
Apesardaobservaçãodeacargadapartícula(+2)serduasvezesmaiordoqueadapartícula(-1),aspartículassãodefletidasemmenorextensão,oqueimplicaofatodequeaspartículasdevemsermaispesadasdoqueaspartículas.Osraiosnãotêmcargaoumassadetectáveis;elessecomportamcomoraiosdeluz

7. AssimasugestãodeMarieCuriedequeosátomossedesintegramcontradisseasidéiasapresentadasem1803porJonhDaltondequeoátomoeraindivisível.
Seosátomospodemserdivididos,deveexistiralgoaindamenordoqueoátomo,ouseja,osátomosdevemsercompostosdepartículassubatômicasaindamenores.
Em1855descobriu-seosraioscatódicose1897J.J.Thomsonidealizouumtuboderaioscatódicosafimdemediracargaeamassadoelétroneidealizouumnovomodelodoátomo

8. Ofísico-americanoRobertAndrewsMillikan(1868-1953) determinouacargadeumelétron,oquepermitiaoutroscientistascalcularamassa.
Ovaloratualmenteaceitoparaamassadoelétroné9,109382x10-28g,eacargadoelétroné–1,602176x10-19C(Coloumb)
Quandonosreferirmosàspropriedadesdaspartículasfundamentais,sempreexpressamosacargaemrelaçãoàcargadoelétron,àqualédadoovalor(–1)
Experiênciasadicionaismostraramqueosraioscatódicospossuíamasmesmaspropriedadesqueaspartículasemitidasporelementosradioativos.
Isso forneceu uma evidência adicional de que o elétroné uma partícula fundamental da matéria

9. quandoqualquerátomoperdeumoumaiselétrons,amassatotaldoátomopermanecepraticamenteamesma.Issoevidenciaqueamaiorpartedamassatotaldoátomosedevemuitomais„ascargaspositivas(prótons)doque„asnegativas(elétrons)
DiantedissoThomsonpropôsem1897umarespostaparaasegundapergunta.
Tal modelo foi aceito ate 1911 quando Rutherford propos um modelo mais aprimorado
Sugeriuqueamassatotaldoátomoseriadevidaquasequetotalmenteapenas„ascargaspositivas.Estasestariamespalhadas,uniformemente, portodaumaesfera,formandoumamassacompactaeuniforme.Nasuperfíciedessamassaestariamaderidososelétrons,espaçadosdemodouniforme. Modelo pudim coberto com passasPudim –massa de Cargas positivas
Passas -seria
os elétrons

10. AexperiênciadeRutherford:umnovomodeloparaoátomo
Porvoltade1910ErnestRutherfordeseuscolaboradores,HansGeiger(1882-1945)eErnstMarsden(1889-1970)resolveutestaromodelodeThomsoneobservaramoqueocorreuquandoaspartículasatravessaramafolhadeouro.
Amaiorpartepassoudireto,masalgumaspartículasforamdefletidasemgrandesângulos,eoutrasquasequedevoltaàfonte!

11. Verificaramnesteexperimentousandoasparticulasalfa(íonsdeHe2+), asquais,juntamentecomoutraspartículasdealtaenergiasãoemitidosporelementosradioativos.Concluindoque: 1.Amaioriadaspartículasalfaatravessavamatravésdeumafinafolhadeourosemsofrernenhumdesvio.Essefatoindicaqueessaspartículasnãoencontramnenhumobstáculopelafrenteeseguemseupercursoemlinhareta..(resultadoqueconfirmariaosexperimentosdeThomson)Daíseconcluiqueexistemenormesespaçosvaziosdentrodoátomo,poissóassimamaioriadaspartículasαconseguiaatravessaralâminasemsedesviar; 2.Algumaspartículasαnãoconseguematravessaralamina,porémsofrendoumdesviomuitoforteemseucaminho.Essefatomostraqueessaspartículasencontravamalgumobstáculo,porémnãomuitogrande, quandoatravessavamosátomosdalâmina; 3.Pouquíssimaspartículasαnãoconseguematravessaralâminaevoltamparaomesmoladodeondesãolançadas.Essefatoevidenciaquetaisobstáculoirremovívelaocolidirememalgumpontodosátomosdalâmina; 4.Ocasionalmenteestaspartículasdensas,comvelocidadeelevada, eramdesviadase,algumasvezes,refletidasparatrás,quasequeemlinhareta

12. ParaacomodarsuasobservaçõesRutherfordpropôsumnovomodeloparaoátomo,noqualacargapositivaeamaiorpartedamassaseconcentrassememumvolumemuitopequeno.Rutherfordchamouesseminúsculocaroçodenúcleo;oselétronsocupamorestodoespaçodoátomoefoichamadadeeletrosfera.
Rutherfordconcluiqueoselétronsestariamtãoafastadosquantopossíveldonúcleoouseja,apelomenos10000unidadededistancias
(A) modelo de Thomson (B) modelo de Rutherford

13. Entretanto, esses elétrons estariam parados ou em movimentos???
Seoselétronsestivessemparados,seriamatraídospelacargapositivadonúcleoatécaíremsobreele,issosignificariaqueoátomoseriainstávelesedestruirianaturalmente.
Comoessadestruiçãonuncafoiobservada,Rutherfordconcluiqueoselétronsestariamemcontinuomovimentogirandoaoredordonúcleodemodosemelhanteaplanetasqueorbitassemcircularmenteaoredordosol:modeloplanetário
+
Movimento circular uniforme
Umelétrongirandoeramantidoemórbitapelaatraçãoeletrostáticadonúcleocarregadopositivamente.
Ganhandoouperdendoenergiaoelétronprovavelmenteteriaummovimentoemespiral
Essemodelo,porém,entravaemcontradiçãocomaFísicaClássica: “todapartículaquetivessecargaelétricaeestivesseemmovimentoperdiaenergia“

14. Nocasodoelétron,queéumapartículaelétricaeestaemmovimento,entãoessaesperadadiminuiçãodeenergiafariasuavelocidadediminuirtambém,atéfazê-loparar.Novamentenãoeraissooqueseviaocorrer
Comoexplicaressacontradição??????????
Adescobertadoprótondoelétronedonêutronalterouoscientistasparaprocurarrelaçõesentreaestruturaatômicaeocomportamentoquímico.
Em1902,GilbertN.Lewis(1875-1946)sugeriuqueoselétronsnosátomospoderiamestararranjadosemcamadascomeçandopróximasdonúcleoecrescendoparafora.Lewisexplicouasimilaridadedepropriedadesquímicasparaelementosemumdeterminadogrupo,supondoquetodososelementosdeletemomesmonúmerodoselétronsnacamadamaisexterna.
OmodelodeLewisdoátomosuscitaumnúmerodequestões.Ondeoselétronsestãolocalizados?Elespossuemenergiasdiferentes? Queevidênciaexperimentalsuportaessemodelo?

15. Espectrosdeemissão: Quandoosátomosdeumdeterminadoelementoseaquecemaumacertatemperatura,emitemluz(RadiaçãoEletromagnética). Essasluzestêmdeterminadoscomprimentosdeonda(λ), característicosdecadaelemento. Cadacomprimentodeondacorrespondeaumacordo“arco-íris”ecadacor,àemissãodeumaenergia. OfísicoMaxPlanckcalculouaenergiadecadaunidadedeluz(fóton).

16. Emcomprimentosdeondamaislongosdoquealuzvisível, encontramosprimeiroaradiaçãoinfravermelha(IV)otipoqueédetectadocomoocalor;
Aindamaislongoéocomprimentodeondadaradiaçãoutilizadaemfornosdemicroondasenastransmissõesdetelevisãoerádio

17. Bohrchegouaesseconceitoapartirdaobservaçãodaluzemitidaporelementosquímicosemtemperaturaselevadas
Eleobservouque:
-quandoumelementoquímicoéaquecidoaaltastemperaturas, oselétronsdeseusátomosrecebemenergiaesãoforçadosaseafastaremdonúcleo;
-aoseafastaremdonúcleo,esseselétronsnãofazemnumagradaçãocontinua,istoé,suasórbitasnãovãosealargandopoucoapouco,demodoapoderemassumirquaisquerdiâmetros.

18. -Emvezdissooselétronssaltamdiretamenteparaórbitaiscomdiâmetrosbemdeterminados,àsquaisBohrdeuonomedeníveisdeenergias.Apenasnessasórbitascomessesdiâmetrosbemdeterminadoséqueoselétronspodempermanecer
Assim o modelo planetário é descartado e a primeira tentativa importante para desenvolver um modelo clássico do átomo foi feita por Niels Bohr.
Em1913,NielsBohrmostrouqueasleisdaFísicaClássicanãoeramválidasparasistemasmicroscópicos,taiscomoosátomoseseusconstituintes
•O primeiro princípio diz que um elétron tem energia constante em uma órbita particular (estado estacionário), por isso não cai no núcleo;

19. •Osegundoadmiteapenascertasórbitaspossíveisparaoelétronaoredordonúcleo; •Oterceiroprincípiodizquevariaçõesdeenergia(ganhoouperda)correspondemasaltosdeumaórbitainternaaumamaisexternaouvice-versa.AperdadeenergiasedápelaemissãodeluzA explicação da estabilidade do átomo por fim foi dada por Niels Bohr(1885-1962), através das chamadas órbitas estacionárias: Oselétronsnumátomoganhamouperdemenergiasomenteemnúmerosinteirosdequanta.Quandoumelétronganhaouperdeenergia,dessemodoeledevepassardeumníveldeenergiaparaoutro,digamosdeE1paraE2deacordocomaequação

20. Bohrconseguiuusarseumodelodoátomoparacalcularoscomprimentosdeondadaslinhasnoespectrodehidrogênio.
Elehaviajuntadooinvisível(interiordoátomo)aovisível(aslinhasobservadosnoespectrodehidrogênio).Alémdisso,eleintroduziuoconceitodaquantizaçãodaenergianadescriçãodaestruturaatômica, conceitoquepermaneceparteimportantedaciênciamoderna.
HaviaumafalhanateoriadeBohr,queexplicavasomenteoespectrodeátomosdeHedeoutrossistemasquetemapenasumelétron(comooHe1+)

21. Bohratribuiacadaumadessasórbitascircularesumvalorn ondenéumnúmerointeiromaiorouiguala1,istoén=1,2,3,4,5, etc. Ovalorn=1indicaaórbitamaispróximadonúcleo,naqualoelétronpossuimenorenergiaeosnseguintesindicamaseqüênciadasórbitasconcêntricascomdiâmetrocrescenteeenergiadecrescente. Assimn=2representaasendaórbitacomdiâmetromaiorqueaprimeiraeenergiamenorqueela. Outraformaequivalentederepresentarestasórbitasédesigna- lásporletrasmaiúsculasdeKateQcorrespondendoan=1ate7.1234567KLMNOPQ28183232182Taisorbitaistambémrecebemonomedecamadaseletrônicasouníveisdeenergia

22. OmodelodeBohréfundamentadonateoriados“QUANTA”deMaxPlanck.(Passagemdeumapartículadeumnívelenergéticoparaoutroatravésdeum“PACOTEDEENERGIA”).
SegundoaTeoriadePlanck,aenergianãoécontínua.
Afreqüênciasódependedoλ.Portanto,seumátomosuperaquecidoemiteluzesdedeterminadascores,istosignificaqueelesóemitedeterminadasenergias.
ConclusãodeBohr:
1.queaelucidaçãodaestruturaatômicaseriaencontradananaturezadaluzemitidapelassubstânciasatemperaturasaltasousobinfluênciadeumadescargaelétrica;
2.Acreditavaqueestaluzeraproduzidaquandoelétronsnosátomossofriamalgumasdascaracterísticasdaluzeoutrasformasdeenergiaradiante;
3.Mostrouqueosraiosrdeórbitaspermitidasoudeníveisdeenergiaparaumelétronnumátomodehidrogênio,estãorelacionadoscomaconstantedePlanckh,comamassadoelétron,m,ecomsuacarga,e:
r = n2h2
4me2

23. PropriedadesOndulatóriasdoelétroneaLeideBroglie:
Sealuzpodiaserconsideradacomotendopropriedadesdeondaedepartícula,amatériasecomportariademodosemelhante???
Em1924,LouisVictordeBroglie(182-1987)estendeuaoselétronsocaráterdualísticodaLUZ,comocomprovadoexperimentalmenteporAlbertEinsteincomEfeitoFotoelétrico.
Introduziuaidéiadequeoelétrondeveriaserconsideradonãoapenascomoumapartícula,mastambémcomoumavibraçãoouondaaoredordonúcleodoátomo
Paraumelétronlivredemassam
movendo-secomumavelocidadev,
deveráterumcomprimentode
onda(λ)associadodadopela
equação:
λ= h .
mv

24. Qualavantagemdessaidéia:
Assumindoaconcepçãodequeoselétronspodemsecomportarcomopartículasecomoonda,tornoupossívelaplicaraessecomportamentoeaMecânicaOndulatória,queeapartedaFísicaqueestudaosmovimentosenvolvendovibraçõesouonda. Istopermitiriaumamelhorexplicaçãodosfenômenosfísicosequímicosobservados.
OPrincipiodeIncertezadeHeisenberg:
Quandofazemosumaluzincidirempartículasmuitopequenas, comoéocasodoelétron,nãoconseguimossabersuaexatalocalizaçãoPorqueissoocorre??????
Arazãoéquealuztemmuitaenergia,secomparadacomàdoelétronporserestetãopequeno.Essaenergiaentão,provocaoconstantedeslocamentodoelétron,alterandonãosósuaposiçãocomosuavelocidade.Issosignificaquenãopodemosdeterminarcomprecisãonemavelocidadenemalocalizaçãodoelétron

25. WernerHeisenberg(1901-1976)formulouoseguinteprincipio
“Quanto mais certeza tivermos quanto a posição do elétron, tanto menor será a precisão com que podemos definir sua velocidade e vice-versa” (Premio Nobel de física 1932)
“ É impossível determinar, exatamente, a localização e a velocidade de um elétron em um dado instante “
OaustríacoErwinSchörodinger,em1927conclui,atravésdecálculosmatemáticos,quenãomaispoderíamosfalaremlocalizarexatamenteoelétron(talcomopropostopelomodelodeBohr) mas,aoinvésdisso,deveríamospensaremtermosdeumaregião aoredordonúcleodoátomonaqualseriamaisprovávelencontraroelétron.Aessaregiãoédadoonomedeorbital

26. OModeloatômicoatual(1924-1927)
PropostoporErwinSchrödinger,deBroglieeWernerHeisenberg
Estemodeloapóia-senosseguintesprincípios:
1.Teoriasobreadualidadeonda-partícula,deLouisDeBroglie;
2.Princípiodaincerteza,enunciadoporWernerHeisenberg.
3.Amecânicaquântica,desenvolvidaporSchrödingereHeisenberg,deuorigemaoestudodasfunçõesdeondaedosnúmerosquânticos,poisoátomodeSchrödingeréummodelomatemático.
Comonãosepodefalaremposiçãodoelétronnoátomo,aMecânicaQuânticapodedeterminararegiãodemáximaprobabilidadeondepossaestaroelétron-orbital