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Márcia Russman Gallas (FIS01184) IF-UFRGS
6.1 Algumas Propriedades dos Átomos
6.2 Números Quânticos
6.3 Momento Angular Total
6.4 Estrutura Atômica
6.5 Tabela Periódica
6.6 Espectros de Raios X e o Número Atômico
Unidade 2 – Aula 6
FísicaFísica^ AtômicaAtômica**
What distinguished Mendeleev was not only genius, but a passion for the elements.
They became his personal friends; he knew every quirk and detail of their behavior.
J. Bronowski
Dimitri Mendeleev
* Tradução e adaptação livre das aulas do Professor
Rick Trebino em: www.physics.gatech.edu/frog
http://www.if.ufrgs.br/~marcia/textos.html
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6.1: Algumas
Propriedades dos Átomos
São estáveis;
Se combinam entre si moléculas e sólidos;
Átomos podem ser agrupados em famílias – semelhanças nas
propriedades químicas e físicas Tabela Periódica;
Emitem e absorvem luz hf = Ealta – Ebaixa ;
Possuem momento angular e magnetismo.
Física Quântica pode
explicar estas
propriedades!!
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6.2: Números Quânticos
Os números quânticos descrevem as energias dos elétrons nos
átomos e são de enorme relevância quando se trata de
descrever a posição dos elétrons nos átomos.
A tabela abaixo resume os significados de cada número quântico e
os valores que eles podem assumir.
nome símbolo significado do orbital
faixa de valores
número quântico principal camada
número quântico azimutal
subnível
número quântico magnético
deslocamento de energia
número quântico de spin
spin
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Números Quânticos
1. Número quântico principal, n ENERGIA
Para o átomo de hidrogênio (ou de qualquer outro átomo monoeletrônico
de carga nuclear Z) a energia é dada por:
2. Número quântico de momento angular, l FORMA
DAS ÓRBITAS
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4. Número quântico de spin, ms
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.
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6.3: Momento Angular Total
L , Lz , S , Sz, J, e Jz são quantizados.
Momentum Angular Orbital Momento Angular de Spin
Momento Angular Total
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Se j e mj são números quânticos para o átomo de hidrogênio:
O número quântico para o momento angular total para um único
elétron pode ter sómente os valores
Momento Angular Total
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Princípio de Exclusão de Pauli
Para entender dados experimentais de espectroscopia atômica, Pauli
propôs seu princípio de exclusão:
Dois elétrons num átomo não podem ter o mesmo conjunto
de números quânticos ( n , ℓ , m ℓ , ms ) ....
Isto se aplica a todas as partículas com spin ½, que são chamadas de
férmions.
A tabela periódica pode ser entendida usando-se duas regras:
Os elétrons num átomo tendem a ocupar o estado de mais
baixa energia disponíveis para eles.
Princípio de Exclusão de Pauli.
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Grupos e Períodos
Grupos :
Colunas Verticais.
Mesmo número de
elétrons numa órbita ℓ.
Podem formar ligações
químicas similares.
Período :
Linhas Horizontais.
Correspondem ao
preenchimento das
subcamadas.
Átomos podem ser agrupados
em famílias – semelhanças
nas propriedades químicas e
físicas
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6.5: Tabela
Periódica
Grupo? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Período
1
H
He
2^3 Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
4
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
5
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6^55 Cs
Ba
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
7
Fr
Ra
Rf
Db
Sg
Bh
Hs
Mt
Ds
Rg
Uub
Uut
Uuq
Uup
Uuh
Uus
Uuo
La
Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
** Actinídios
Ac
Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
Séries químicas da tabela periódica
Metais alcalinos^2
Metais alcalinos- terrosos^2
Lantanídeos1, 2
Actinídios1, 2
Metais de transição^2 Metais Representativos
Metalóides Não-Metais Halogênios^3 Gases nobres^3 (^1) Actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como "Metais-terrosos raros". (^2) Metais alcalinos, metais alcalinos-terrosos, metais de transição, actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como "Metais". (^3) Halogêneos e gases nobres também são não-metais.
Estado do elemento nas
(CNTP):
- aqueles com o número atômico em vermelho são gases;
- aqueles com o número atômico em azul são líquidos;
- aqueles com o número atômico em preto são sólidos.
Ocorrência natural:
- Sem borda indica existência de isótopo mais antigo que a Terra (elemento primordial).
- Borda tracejada indica que o elemento surge do decaimento de outros.
- Borda sólida indica que o elemento é produzido artificialmente (elemento sintético).
- A cor mais clara indica elemento ainda não descoberto.
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Tabela Periódica (Merck)
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A Tabela
Periódica
Gases Inertes :
Último grupo da tabela periódica;
Subcamada p fechada exceto para o Hélio;
Spin líquido zero e grande energia de ionização;
Estes átomos interagem fracamente com os outros.
Alcalinos :
Um único elétron s electron for a de uma camada interna;
Facilmente formam íons positivos com carga +1e;
Mais baixa energia de ionização;
Condutividade elétrica é relativamente boa.
Alcalinos Terrosos :
Dois elétrons s nas camadas mais externas;
Maior raio atômico;
Alta condutividade elétrica.
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Lembrando:
camada K para n = 1
camada L para n = 2
O átomo é mais estável no seu estado
fundamental.
Quando isto ocorre num átomo pesado, a radiação emitida é um raio X
E a sua energia é dada por: E (raio x) = Ealta − E baixa
6.6: Espectros de Raios X
e o Número Atômico
Um elétron de camadas mais externas irá preencher a vacância da
camada mais interna, de mais baixa energia.
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Espectro Contínuo de Raios X
Produção do espectro contínuo de Raio X:
elétron que colide com o alvo (emissor de
raios X) tem uma energia cinética K 0 e
neste processo o elétron perde uma
energia ∆ K , que aparece como a energia
de um fóton de raio X;
elétron agora com energia K 0 – ∆ K, pode
colidir com outro átomo, produzindo um
segundo fóton e assim ocorre até o elétron
perder toda a sua energia isto produz
o espectro contínuo (Bremsstrahlung)
K ββ ββ K αααα
Radiação produzida quando
elétrons acelerados são freados
bruscamente contra um alvo.
min
min
K
hc hc K = hf = ⇒ λ = λ
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Espectro Característico de
Raios X
Os Raios X tem nomes:
Raio X Kα: camada L para camada K
Raio X Kβ : camada M para camada K
G.J. Moseley estudou emissão de
Raios X em 1913.
Encontrou uma relação entre as freqüências dos raios X
característicos e o número atômico Z ( = número de prótons no
núcleo)
Moseley determinou uma relação para a freqüência ν K α da
linha K α:
2 ( 1 ) 4
3 = Z −
cR ν K α
K ββββ K αα αα
c = 3 x 108 m/s
R = 0,01097 nm-
(constante de Rydberg)
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Resultados Empíricos de
Moseley
A linha K α é produzida pela transição de
n = 2 para n = 1.
A série K para os comprimentos de onda de raios X são dados por:
Pesquisa de Moseley esclareceu a importância do número atômico e as
camadas de elétrons para todos os elementos permitindo que a Tabela
Periódica fosse reorganizada de acordo com o Número Atômico.
Usamos Z-1 em vez de Z porque como já existe um elétron
na camada K, este vai blindar um proton do núcleo e o que
o elétron que ocupa a vacância na camada K vai
efetivamente “sentir”, é uma carga no núcleo de Z-1.
