Resumo nº7

 

O modelo quântico do átomo

O que se mantém do modelo de Bohr:

• A existência de níveis de energia bem definidos nos átomos de cada elemento: n = 1, 2, 3, 4, .. .

• A ocorrência de transições de eletrões entre níveis por absorção ou emissão de energias bem definidas.

• O que é novo no modelo de Schrõdinger, o modelo quântico:

• Deixa-se de falar em posição para passar a falar-se em densidade eletrónica, nuvem eletrónica.

• Deixa-se de usar o termo "órbita" e passa a usar-se o termo orbital ou orbital atómica com energia e distribuição de densidade eletrónica características.

• Na zona extra nuclear, os eletrões distribuem-se por níveis e subníveis de energia.

Cada subnível possui um número determinado de orbitais (degeneradas, ou seja, com a mesma energia) que têm diferentes representações da sua densidade eletrónica: s - esférica; p - haltere; d - trevo e outras.

A ordem de preenchimento das orbitais obedece ao diagrama de Aufbau. Esta regra estabelece a ordem que confere a maior estabilidade para o átomo e consequentemente o estado de mais baixa energia para esse mesmo átomo.

 

Modelo Quântico

 

Referir os contributos de vários cientistas e das suas propostas de modelo atómico para a formalização do modelo atómico atual.

Descrever o modelo quântico de átomo em termos de números quânticos (n,
, m e ms), orbitais e níveis de energia.

Estabelecer as configurações electrónicas dos átomos dos elementos (Z<=23) atendendo aos princípios de energia mínima e da exclusão de Pauli, e à regra de Hund.

 

A História do Átomo

Demócrito (400 A.C.)
Enunciou a primeira ideia de átomo como sendo a partícula elementar que constitui toda a matéria.

John Dalton (1808)
Dalton (1766 – 1844) afirma que a matéria é constituída por partículas infinitamente pequenas, indivisíveis e inalteráveis – os átomos.

Joseph John Thomson (1898)
Thomson (1856 – 1940) descobre uma partícula subatómica de carga negativa a que chamou eletrão.

Robert Millikan (1909)
Millikan (1868 – 1953) realiza experiências para determinação dos valores da carga e massa do eletrão.

Ernest Rutherford (1911)
Rutherford, (1871-1937) elabora um modelo atómico - Modelo Nuclear de Rutherford - que constituiu o primeiro modelo de átomo com um núcleo central e camadas eletrónicas. Segundo este modelo, o átomo é constituído por um pequeno núcleo que contém quase toda a sua massa e todas as cargas positivas, e por um conjunto de eletrões de carga negativa que giram à volta dele como se fossem planetas.

Niels Bohr (1913)
O modelo atómico proposto por Bohr (1885-1962) foi revolucionário para o seu tempo, uma vez que era inexplicável o facto da energia do eletrão ser quantificada. Bohr considerou que os eletrões se movem em torno do núcleo, sujeitos a forças de atracão mútua, que se exercem entre partículas de sinais contrários. Este cientista compara o movimento dos eletrões em torno do núcleo ao movimento dos planetas em torno do Sol.

 

Eugene Goldstein (1919)
Goldstein (1850-1930) identifica a partícula do núcleo com carga positiva como sendo o protão.

 

Louis de Broglie (1920 até ...25)
De Broglie (1892 – 1987) formulou a teoria ondulatória da matéria, segundo a qual, a qualquer electrão ou outra partícula em movimento está associada uma onda, estabelecendo, assim, uma relação entre onda e partícula em movimento. Assim, o eletrão apresenta um comportamento ondulatório.

 

Schrödinger (1920 até ... 25)
Schrödinger (1887 – 1961) apresenta o modelo probabilístico. Neste modelo define orbital como sendo a probabilidade de um eletrão se encontrar numa determinada zona do espaço à volta do núcleo.

Werner Heisenberg (1920 até ... 25)
Heisenberg (1901-1976) enuncia o princípio da incerteza, afirmando que é impossível conhecer a posição e a velocidade de um eletrão, simultaneamente.

Wolfgang Pauli (1925)
Pauli (1900 – 1958) enuncia o princípio da exclusão, afirmando que os eletrões da mesma orbital não podem ter o mesmo valor se spin.

James Chadwick (1932)
Chadwick (1891 – 1974) descobre uma partícula subatómica sem carga – o neutrão.

Murray Gell-Man e George Zweig (1964)
Murray Gell-Man e Zweig descobrem os quarks (subpartículas dos nucleões) que foram designados Up, Down e Strange.

 

Modelo Quântico

O modelo atómico de Bohr (proposto em 1913) não explicava alguns factos observados e foi, por isso, substituído por um novo modelo – o modelo quântico – resultante de teorias avançadas por Schrödinger.

Neste seu modelo de natureza probabilística, Schrödinger definiu três parâmetros, designados números quânticos que caracterizam os “estados” dos eletrões num átomo.

Surgiu assim a quantificação de energia de um modo natural – modelo quântico.

Erwin Schrödinger

Nascimento: 1887
Morte: 1961

Teórico da física nascido em 1887, em Viena, e falecido em 1961, na mesma cidade.
Partilhou com o físico inglês P. A. M. Dirac o Prémio Nobel da Física em 1933. Schrödinger deu um contributo importante para a teoria ondulatória da matéria.

Orbitais Atómicas

a resolução matemática da equação de Schrödinger foram introduzidos três números quânticos que caracterizam as orbitais de um átomo.

Para caracterizar cada eletrão numa orbital atómica são necessários, não três, mas quatro números quânticos: n, l
, ml e mss.

Número quântico principal (n)

o número quântico principal pode assumir os valores n = 1, 2, 3, ...

o valor de n relaciona-se com com a distância média de um eletrão ao núcleo, numa dada orbital, ou seja, com o tamanho da orbital;

o número máximo de eletrões por cada nível é 2n2;

diferentes valores de n correspondem a diferentes valores de energia, pois:

Número quântico secundário ()


o número quântico secundário pode assumir os valores = 0, ..., n-1       

 fornece informação sobre a forma das orbitais e os subníveis energéticos;

 Na tabela ao lado podes ver a relação entre os valores de e o tipo de orbital.

 

Número quântico magnético (m)

o número quântico magnético pode assumir os valores m = - ..., 0, ...,

relaciona-se com a orientação da orbital no espaço;

os diferentes valores de m correspondem às orbitais que cada subnível pode ter.

Número quântico de spin (ms)

o número quântico de spin pode apresentar os valores +
1/212 ou -1/212;

relaciona-se com o sentido de rotação do eletrão no seu movimento em torno de si próprio (spinning).

Forma e orientação das orbitais atómicas

Os número quânticos caracterizam a forma e orientação no espaço das orbitais atómicas de um átomo:

 

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