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[Imagem: Quantum Atomica software] Modelo quântico Miguel Neta, novembro de 2018

Modelo quânticoModelo quântico O conceito de órbita (do modelo de Bohr) –a posição do eletrão é bem definida e previsível, é substituída pelo conceito de Orbital –Região

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Page 1: Modelo quânticoModelo quântico O conceito de órbita (do modelo de Bohr) –a posição do eletrão é bem definida e previsível, é substituída pelo conceito de Orbital –Região

[Imagem: Quantum Atomica software]

Modelo quântico

Miguel Neta, novembro de 2018

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Relembrar…

Modelo atómico de Bohr

Os eletrões só podem ocupar níveis de energia bem definidos – Quantização da energia.

Os eletrões giram em torno do núcleo em órbitas com energias diferentes.

As órbitas interiores representam uma energia mais baixa e à medida que se encontram mais afastadas do núcleo o valor da energia é maior.

Mas… As órbitas regulares dos eletrões em torno do núcleo foram postas em causa.

⇓Aparecimento de um novo modelo.

⇓Modelo quântico!

Niels Henryk David Bohr (1885-1962).

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Princípio de incerteza de Heisenberg (1927)

∆𝑥 ∆𝑝 ≥ℏ

2

É impossível determinar simultaneamente a posição e a velocidade de um eletrão.

Werner Karl Heisenberg(1901-1976).

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Modelo quântico

O conceito de órbita (do modelo de Bohr) – a posição do eletrão é bem definida e previsível,

é substituída pelo conceito de

Orbital – Região do espaço onde existe 90% de probabilidade de encontrar um eletrão com determinada energia.

Uma maneira de visualizar estas probabilidades é a nuvem eletrónica.

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Modelo quântico

Na mecânica quântica o comportamentos dos eletrões é descrito por uma equação de onda: Equação de onda de Schrödinger.

𝐻 𝑡 |𝜓 𝑡 = 𝑖ℏ𝑑

𝑑𝑡| 𝜓(𝑡)

Passa-se a falar na probabilidade de encontrar o eletrão, com uma determinada energia, numa determinada posição.

Zona mais densa – maior probabilidade de encontrar um eletrão.

Zona menos densa – menor probabilidadede encontrar um eletrão.

Erwin Rudolf Josef Schrödinger(1887-1961).

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Energia num átomo

A energia de um átomo é a soma das:

Energias cinéticas dos eletrões – devido à sua velocidade;

Energia potenciais de:

Repulsão entre cargas do mesmo sinal;

Atração entre cargas de sinal contrário.

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Energia num átomo

Num átomo com vários eletrões (polieletrónicos), a energia necessária para retirar cada eletrão desse átomo não é igual para todos os eletrões:

Para retirar os eletrões mais afastados do núcleo é necessário dar menos energia ao átomo!

Para retirar os eletrões mais perto do núcleo é necessário dar mais energia ao átomo!

É possível determinar experimentalmente estas energias através da espectroscopia fotoeletrónica!

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Espetroscopia fotoeletrónica

Espetrofotómetro eletrónico

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Espetroscopia fotoeletrónica

A espetroscopia fotoeletrónica é um método que permite conhecer a energia dos diferentes subníveis de um átomo.

No caso de átomos polieletrónicos os diferentes eletrões encontram-se em níveis energéticos diversos.

…a remoção destes eletrões provoca a saída de eletrões com diferentes energias cinéticas.

[Imagem: www.chm.bris.ac.uk] [Imagem: jacobs.physik.uni-saarland.de, adaptada]

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Fotoeletrão

Fotão

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Espetroscopia fotoeletrónica

Resultados experimentais

2He

10Ne

36Kr

Isto quer dizer que…

Para além de níveis (n = 1, 2, 3…)

também há subníveis!

[Imagens: Physics Department, Brock University, adaptada]

n = 1

n = 1

n = 1

n = 2

n = 2n = 4 n = 3

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Níveis e subníveis

Cada nível pode conter um ou mais subníveis…

A cada subnível estão associadas diferentes formas espaciais de orbitais.

Ou seja… os eletrões não ocupam as mesmas zonas do espaço do átomo!

Tipos de orbitais

Orbitais s – apenas uma por cada nível (menor energia de cada nível)

Orbitais p – máximo de 3 por cada nível (maior energia que a s)

Orbitais d – máximo de 5 por cada nível (maior energia que a p)

Orbitais f – máximo de 7 por cada nível (maior energia que a d)

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Níveis e subníveis

Formas da orbitais s

[Imagem: www.angelfire.com]

Nodo

Nodos1𝑠

3𝑠

2𝑠

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Níveis e subníveis

Formas da orbitais p

[Imagem: www.angelfire.com]

𝑝𝑥 𝑝𝑦 𝑝𝑧

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Níveis e subníveis

Formas da orbitais d

[Imagem: www.angelfire.com]

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Níveis e subníveis

Formas da orbitais f

[Imagem: www.angelfire.com]

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spin

Está relacionado com a rotação do eletrão sobre si próprio e apenas pode ter dois valores:

spin α (+1/2)spin β (-1/2)

Estes valores estão relacionados com propriedades de cada eletrão em cada orbital.

Se numa orbital apenas se encontrar um eletrão, este terá spin α ou β.

Se a orbital contiver dois eletrões um deles terá spin α e o outro spin β.

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Bibliografia

▪ J. Paiva, A. J. Ferreira, C. Fiolhais, “Novo 10Q”, Texto Editores, Lisboa, 2015.

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