Qumica 1 Geral

Aula 2 Evoluo do modelo atmico

Prof. Dr. Fernando C. Moraes

Agosto / 2014

tomo: o desenvolvimento de uma ideia.

O tomo a partcula que representa um determinado elemento

qumico.

O desenvolvimento da Qumica como cincia deu-se ao acatar e

desenvolver esse conceito e no trabalho de definir as propriedades

fsicas e qumicas dos mesmos.

Nas culturas grega e hindu (h mais de 2500 anos) pregava-se que

o universos era formado de quatro elementos fundamentais: fogo,

ar, terra e gua.

Etimologia da palavra tomo:

A = no tomo = diviso

tomo pelos gregos

450 a.C. Leucipo de Mileto: A matria pode se dividirem partculas cada vez menores at atingir uma

partcula fundamental, minscula e indivisvel.

400 a.C. Demcrito de Abdera: Denominaotomo para a menor partcula de matria.

Considerado o pai do atomismo grego.

tomo pelos gregos

350 a.C. Aristteles: A descontinuidade da matria: osquatro elementos fundamentais (a gua, o fogo, o ar e a

terra).

Aristteles rejeita o modelo de Demcrito

Apesar de errado, o conceitoaristotlico de matria, juntamente

com toda a sua filosofia, foi aceito

oficialmente durante mais de 2000

anos. Nesse perodo, apenas ao

alquimistas aceitavam a existncia

de elementos bsicos.

O Modelo de Demcrito permaneceu nasombra durante mais de 20 sculos.

John Dalton - modelo da bola de bilhar

1808 John Dalton - O tomo uma partcula neutramacia e indivisvel. Primeiro modelo atmico com base

experimental.

As ideias de Demcrito permaneceram inalteradas por aproximadamente2200 anos.

1. Os tomos so esfricos, macios,

indivisveis e indestrutveis.

2. Os tomos de elementos diferentes tm

massas diferentes.

3. Os diferentes tomos se combinam em

vrias propores, formando novas

substncias.

4. Os tomos no so criados nem destrudos, apenas trocam de

parceiros para produzirem novas substncias.

John Dalton - modelo da bola de bilhar

Cada elemento composto de tomos.

Todos os tomos de um elemento so idnticos.

Nas reaes qumicas, os tomos no so alterados.

Os compostos so formados quando tomos de mais de um elemento secombinam.

Lei de Dalton das propores mltiplas: Quando dois elementos formamdiferentes compostos, a proporo da massa dos elementos em umcomposto est relacionada proporo da massa do outro atravs de umnmero inteiro pequeno.

Foi constatado que o tomo era constitudo de entidades carregadas.

O modelo no explicava a Eletricidade nem a radioatividade.

Problemas do modelo

O modelo durou at 1897.

Raios catdicos

Fim sculo XIX Sir. William Crookes - desenvolveu umdispositivo para estudar descargas eltricas em gases a baixa

presso (Tubo de Crookes). Este dispositivo era constitudo de

um tubo com uma sada ligada a um sistema de vcuo e dois

eletrodos, sendo um negativo (ctodo) e outro positivo (nodo),

ligados a uma fonte de alta tenso acima de 20.000 V.

Tubo A: vcuo mediano com certa incandescncia no interior do tubo.

Tubos B e C: Quanto menor a presso interna mais a incandescncia

aparece em torno do nodo.

Tubo D: a introduo de um pedao de ZnS possibilita a projeo de uma

sombra na parede do nodo.

Raios catdicos

A voltagem faz com que partculas negativas se desloquem do eletrodonegativo para o eletrodo positivo.

A trajetria dos eltrons pode ser alterada pela presena de um campomagntico.

Considere os raios catdicos saindo do eletrodo positivo atravs de umpequeno orifcio.

Se eles interagirem com um campo magntico perpendicular a umcampo eltrico aplicado, os raios catdicos podem sofrer diferentes

desvios.

A quantidade de desvio dos raios catdicos depende dos camposmagntico e eltrico aplicados.

Por sua vez, a quantidade do desvio tambm depende da proporocarga-massa do eltron.

J. J. Thomson - modelo do pudim de passas

Descargas eltricas em alto vcuo (tubos de Crookes) levaram descoberta do eltron (raios catdicos).

1897 J. J. Thomson - O tomo seria uma partcula macia,mas no indivisvel. Seria formado por uma gelia com

carga positiva, na qual estariam incrustados os eltrons

(modelo do pudim de passas).

tomo seria uma espcie de bolhagelatinosa, completamente macia na

qual haveria a totalidade da carga

POSITIVA homogeneamente distribuda

Incrustada nessa gelatina estariam osEltrons de carga NEGATIVA.

A Carga total do tomo seria igual a zero.

J. J. Thomson - modelo do pudim de passas

Determinao da relao carga/massa do eltron.

Thompson verificou que os raios catdicos sofriam desvio em suatrajetria, caracterizando assim sua natureza negativa. Aplicando os

campos eltrico e magntico simultaneamente, Thompson pde

determinar a relao q/m do recm descoberto eltron.

Na poca: -1,8 x 1011C/kg

Hoje corrigida: -1,76 x 108 C/g

O Modelo Atmico de Thomson foi derrubado em 1908

por Ernerst Rutherford.

A experincia de Millikan

1908 - Robert Millikan: Massa do eltron

Conhecendo a massa da gota deleo e carga necessria para que

esta permanecesse suspensa,

Millikan determinou a carga de

eltron (-1,602 X 10-19C). Utilizando

a relao c/m do eltron

determinada por Thompson, Millikan

calculou a massa do eltron

sendo 9,1 X10-28 g.

Pulverizou gotas de leo entre duas placas metlicasparalelas.

Aps a irradiao com raios-X, as gotas de leo receberam eltrons do ar.

Millikan impediu que as gotas cassem com uma variao no campoeltrico entre as placas.

Outros modelos baseados no pudim de passas

1903 Philip Lenard: aperfeioou o modelo que descrevia aestrutura dos tomos.

Como a matria ordinariamente eletricamente neutra(ningum leva um choque eltrico ao segurar um objeto),

foi ponderado que as cargas negativas e positivas que

compem os tomos devem anular-se mutuamente. Desta

forma, prope que o tomo seja formado por pares de

cargas negativas e positivas distribudos pelo seu interior.

Outros modelos baseados no pudim de passas

1904 Hantaro Nagaoka: Criou o Modelo AtmicoSaturniano. O modelo estabelecia que o tomo era

formado de um caroo central carregado positivamente

e, portanto, rodeado de anis de eltrons, girando

semelhante ao planeta Saturno, por isso, o nome do

modelo.

A radioatividade e a derrubada do modelo de Thomson

W. K. Rntgen estudava raios emitidos pela ampola de

Crookes. Repentinamente, notou que raios

desconhecidos saam dessa ampola, atravessavam

corpos e impressionavam chapas fotogrficas.

Como os raios eram desconhecidos, chamou-os de Raios-X.

Henri Becquerel tentava relacionar fosforescncia de

minerais base de urnio com os raios X. Pensou que

dependiam da luz solar. Num dia nublado, guardou uma

amostra de urnio numa gaveta embrulhada em papel

preto e espesso. Mesmo assim, revelou uma chapa

fotogrfica.

Iniciam-se, portanto, os estudos relacionados Radioatividade.

A radioatividade e a derrubada do modelo de Thomson

Pierre Curie Marie Curie

O casal Curie formou uma notvel parceriae fez grandes descobertas, como o polnio,

em homenagem terra natal de Marie, e o

rdio, de radioatividade, ambos deimportncia fundamental no grande avano

que seus estudos imprimiram ao

conhecimento da estrutura da matria.

Ernest Rutherford, Convencido por J. J. Thomson, comea a pesquisar

materiais radioativos e, aos 26 anos de idade, notou que havia dois

tipos de radiao: Uma positiva (alfa) e outra negativa (beta). Assim,

inicia-se o processo para determinao do NOVO MODELO ATMICO.

Experimento de Rutherford

1908 Ernest Rutherford: 2 de seus alunos quebombardeassem finas folhas de metais com as partculas

alfa, a fim de comprovar, ou no, a validade do modelo

atmico de Thomson.

Como o tomo, segundo Thomson, era uma espcie de bolha gelatinosa,completamente neutra, no momento em que as partculas Alfa (numa

velocidade muito grande) colidissem com esses tomos, passariam

direto, podendo sofrer pequenssimos desvios de sua trajetria.

Experimento de Rutherford

Se o modelo de Thomson estivesse correto

Todas as partculas alfa atravessam a lmina de ouro sem sofrerdesvios.

Observao de Rutherford

A maioria das partculas alfaatravessam a lmina de ouro sem

sofrer desvios.

Algumas partculas alfa sofreramdesvios de at 90 ao atravessar almina de ouro.

Algumas partculas alfa RETORNARAM.

Modelo de Rutherford

Modelo atmico planetrio

Para que uma partcula alfapudesse inverter suatrajetria, deveria encontraruma carga positiva bastanteconcentrada na regio central(o NCLEO), com massabastante pronunciada.

Rutherford props que o NCLEO, conteria toda a massa do tomo,assim como a totalidade da carga positiva (chamadas de PRTONS).

Os eltrons estariam girando circularmente aoredor desse ncleo, numa regio chamada deELETROSFERA.

TOMO NUCLEAR

O problema do Modelo Atmico de Rutherford

Para os fsicos, toda carga eltrica em movimento, como os eltrons,perde energia na forma de luz, diminuindo sua energia cintica e a

consequente atrao entre prtons e eltrons faria com que houvesse

uma coliso entre eles, destruindo o tomo. ALGO QUE NO

OCORRE.

Portanto, o Modelo Atmico deRutherford, mesmo explicando

o que foi observado no

laboratrio, apresenta ERROS

DE INTERPRETAO.

O modelo atmico de Bohr

Niels Bohr - Estudava espectros de emisso do

gs hidrognio. O gs hidrognio aprisionado

numa ampola submetida a alta diferena de

potencial emitia luz vermelha.

Ao passar por um prisma, essa luz se subdividiaem diferentes comprimentos de onda e frequncia,

caracterizando um ESPECTRO LUMINOSO

DESCONTNUO.

espectro

lmpada

espectro

Tubo contendohidrognio

Postulados de Bohr

1. A ELETROSFERA est dividida emCAMADAS ou NVEIS DE ENERGIA (K, L,M, N, O, P e Q), e os eltrons nessascamadas, apresentam energia constante.

2. Em sua camada de origem (camada

estacionria), a energia constante, mas o

eltron pode saltar para uma camada mais

externa, sendo que, para tal, necessrio que

ele ganhe energia externa.

3. Um eltron que saltou para uma camada demaior energia fica instvel e tende a voltar asua camada de origem. Nesta volta, eledevolve a mesma quantidade de energia quehavia ganhado para o salto e emite umFTON DE LUZ.

Se o ncleo formado de

partculas positivas, os

prtons, por que elas no se

repelem?

A descoberta do Nutron

1932 - James Chadwick: descobriu a partcula do ncleo

atmico responsvel pela sua ESTABILIDADE, que

passou a ser conhecida por NUTRON, devido ao fato

de no ter carga eltrica. Por essa descoberta ganhou o

Prmio Nobel de Fsica em 1935.

Partculas do tomoOs prtons tm carga eltrica

positiva, os eltrons carganegativa e os nutrons

no tm carga nenhuma.

Nutrons

Prtons

Eltrons

Ncleo

Modelo Atmico de Sommerfeld

A. J. W. Sommerfeld: Descobriu que os

nveis energticos so compostos por

SUBNVEIS DE ENERGIA (s, p, d, f) e que

os eltrons percorrem RBITAS ELPTICAS

na eletrosfera, ao invs de circulares.

Diagrama de Linus Pauling

Linus Pauling criou um diagrama para auxiliar na

distribuio dos eltrons pelos subnveis da eletrosfera.

Subnvel Nmero mximo

de eltrons

s 2

p 6

d 10

f 14

1s

2s

3s

4s

5s

6s

7s

2p

3p

4p

5p

6p

7p

3d

4d

5d

6d

4f

5f

Neste caso, o 3 representa o NVEL ENERGTICO (CAMADA ELETRNICA). O srepresenta o SUBNVEL ENERGTICO. O 2 representa o NMERO DE ELTRONS nacamada.

O que representa cada nmero desse?

Por exemplo: 3s2

6101426101426102610262622 7p6d5f7s6p5d4f6s5p4d5s4p3d4s3p3s2p2s1s

Determine a distribuio eletrnica do elemento qumico Cloro (Cl)

=

Como o Cloro possui nmero atmico z = 17, o nmero deprtons tambm p = 17. E como ele est neutro, o nmero de

eltrons vale e = 17.

Fazendo a distribuiopelo diagrama de Linus

Pauling, temos:Cl17

O ltimo termo representa a

CAMADA DE VALNCIA

(NVEL MAIS ENERGTICO

DO TOMO). Neste caso, a 3

Camada (camada M) a mais

energtica.

Aplicao do diagrama de Linus Pauling

Atualmente

Louis de Broglie - DUALIDADE DA MATRIA: Toda

e qualquer massa pode se comportar como onda.

Atualmente

Schrdinger ORBITAIS: Desenvolve o"MODELO QUNTICO DO TOMO" ou

"MODELO PROBABILSTICO", colocando uma

equao matemtica (EQUAO DE ONDA)

para o clculo da probabilidade de encontrar um

eltron girando em uma regio do espao

denominada "ORBITAL ATMICO".

Atualmente

Heisenberg - PRINCPIO DA INCERTEZA:

impossvel determinar ao mesmo tempo a posio e

a velocidade do eltron. Se determinarmos sua

posio, no saberemos a medida da sua velocidade

e vice-versa.