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modelo atomico de bohr, Notas de estudo de Física

modelo atomico de bohr

Tipologia: Notas de estudo

2013

Compartilhado em 29/07/2013

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reginaldo-ricardo-da-silva-5 🇧🇷

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www.estudefisica.com.br/ETRB 1
ESCOLA DE ENSINO FUND. E MÉDIO “TENENTE RÊGO BARROS”
DIRETORA: Deusélia Nogueira
PROFESSOR: Pompeu
ALUNO(a): ___________________________________________ Nº_____
SÉRIE: 3o Ano TURMA: 32A_ DATA: __/08/2011.
MODELO ATÔMICO DE BOHR
Os problemas com o modelo do átomo de
Rutherford foram resolvidos de uma forma
surpreendente pelo jovem físico dinamarquês
Niels Bohr. Em 1912, Bohr determinou algumas
leis para explicar o modelo pelo qual os elétrons
giram em órbita ao redor do núcleo atômico. O
que tornou sua abordagem especialmente
interessante foi que ele não tentou justificar
suas leis ou encontrar razões para elas. As leis
faziam muito pouco sentido, quando
comparadas com as teorias já bem
estabelecidas da Física. Com efeito, Bohr dizia:
"Aqui estão algumas leis que parecem
impossíveis, porém elas realmente
correspondem ao modo como os sistemas
atômicos parecem funcionar, de forma que
vamos usá-las.
Bohr começou por presumir que os elétrons em
órbita não descreviam movimento em espiral
em direção ao núcleo. Isto contradizia tudo que
se conhecia de eletricidade e magnetismo, mas
adaptava-se ao modo pelo qual as coisas
aconteciam.
Nesta ocasião Bohr determinou suas duas leis
para o que realmente ocorre.
Primeira Lei: os elétrons podem girar em
órbita somente a determinadas distâncias
permitidas do núcleo.
Considere o átomo de hidrogênio, por exemplo,
que possui apenas um elétron girando ao redor
do núcleo. Os cálculos de Bohr mostraram quais
as órbitas possíveis. A figura mostra as cinco
primeiras destas órbitas permitidas. A primeira
órbita situa-se um pouco além de um Ângstron
do núcleo (0,529 Ângstron). A segunda órbita
permitida situa-se em um pouco mais de que 2
Ângstron do núcleo (2,116 Ângstron).
Embora a figura mostre apenas as cinco
primeiras órbitas, não existe limite para o
número de órbitas teoricamente possíveis. Por
exemplo, a centésima órbita de Bohr para o
átomo de hidrogênio estaria dez mil vezes mais
afastada do núcleo do que a primeira órbita, a
uma distância de 5.290 Ângstron.
Órbitas de Bohr para o átomo de hidrogênio:
Segundo o modelo de Bohr, as únicas órbitas
possíveis para o elétron que gira ao redor do
núcleo (o próton) no átomo de hidrogênio são
aquelas com raios dados por essa expressão.
Cada inteiro n (chamado número quântico)
identifica uma particular órbita (ou estado
estacionário) do átomo de hidrogênio. A órbita
mais próxima do núcleo corresponde a n = 1 e o
seu raio é conhecido como raio de Bohr é Ro
5,31 x 1011 m 0,53 Å
Entretanto, as órbitas extremamente distantes,
tais como a décima, a vigésima ou a centésima
órbita, são improváveis. É bastante provável
que um elétron em uma órbita distante fosse
perdido pelo átomo. Em outras palavras outro
átomo o arrebataria, ou uma onda de energia
eletromagnética o deixaria a esmo como um
"elétron livre" movendo-se através do espaço
entre os átomos. Por conseguinte, as órbitas
mais importantes, aquelas que desempenham
um papel principal na produção do espectro
linear de um átomo, são as órbitas mais
internas.
É uma lei bastante estranha esta de os elétrons
poderem ocupar apenas determinadas órbitas
fixas. Isto significa dizer que a maioria das
órbitas seriam impossíveis. Um elétron de
hidrogênio não poderia girar numa órbita a
0,250, 1,000 ou 2,150 Ângstron; as únicas
órbitas permitidas são as enumeradas na figura.
2
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ESCOLA DE ENSINO FUND. E MÉDIO “TENENTE RÊGO BARROS”

DIRETORA: Deusélia Nogueira PROFESSOR: Pompeu ALUNO(a): ___________________________________________ Nº_____ SÉRIE: 3 o^ Ano TURMA: 32A_ DATA: __/08/2011.

MODELO ATÔMICO DE BOHR

Os problemas com o modelo do átomo de Rutherford foram resolvidos de uma forma surpreendente pelo jovem físico dinamarquês Niels Bohr. Em 1912, Bohr determinou algumas leis para explicar o modelo pelo qual os elétrons giram em órbita ao redor do núcleo atômico. O que tornou sua abordagem especialmente interessante foi que ele não tentou justificar suas leis ou encontrar razões para elas. As leis faziam muito pouco sentido, quando comparadas com as teorias já bem estabelecidas da Física. Com efeito, Bohr dizia: "Aqui estão algumas leis que parecem impossíveis, porém elas realmente correspondem ao modo como os sistemas atômicos parecem funcionar, de forma que vamos usá-las. Bohr começou por presumir que os elétrons em órbita não descreviam movimento em espiral em direção ao núcleo. Isto contradizia tudo que se conhecia de eletricidade e magnetismo, mas adaptava-se ao modo pelo qual as coisas aconteciam. Nesta ocasião Bohr determinou suas duas leis para o que realmente ocorre.

Primeira Lei: os elétrons podem girar em órbita somente a determinadas distâncias permitidas do núcleo.

Considere o átomo de hidrogênio, por exemplo, que possui apenas um elétron girando ao redor do núcleo. Os cálculos de Bohr mostraram quais as órbitas possíveis. A figura mostra as cinco primeiras destas órbitas permitidas. A primeira órbita situa-se um pouco além de um Ângstron do núcleo (0,529 Ângstron). A segunda órbita permitida situa-se em um pouco mais de que 2 Ângstron do núcleo (2,116 Ângstron). Embora a figura mostre apenas as cinco primeiras órbitas, não existe limite para o número de órbitas teoricamente possíveis. Por exemplo, a centésima órbita de Bohr para o átomo de hidrogênio estaria dez mil vezes mais afastada do núcleo do que a primeira órbita, a uma distância de 5.290 Ângstron.

Órbitas de Bohr para o átomo de hidrogênio:

Segundo o modelo de Bohr, as únicas órbitas possíveis para o elétron que gira ao redor do núcleo (o próton) no átomo de hidrogênio são aquelas com raios dados por essa expressão. Cada inteiro n (chamado número quântico) identifica uma particular órbita (ou estado estacionário) do átomo de hidrogênio. A órbita mais próxima do núcleo corresponde a n = 1 e o seu raio é conhecido como raio de Bohr é Ro ≈ 5,31 x 10−^11 m ≈ 0,53 Å Entretanto, as órbitas extremamente distantes, tais como a décima, a vigésima ou a centésima órbita, são improváveis. É bastante provável que um elétron em uma órbita distante fosse perdido pelo átomo. Em outras palavras outro átomo o arrebataria, ou uma onda de energia eletromagnética o deixaria a esmo como um "elétron livre" movendo-se através do espaço entre os átomos. Por conseguinte, as órbitas mais importantes, aquelas que desempenham um papel principal na produção do espectro linear de um átomo, são as órbitas mais internas. É uma lei bastante estranha esta de os elétrons poderem ocupar apenas determinadas órbitas fixas. Isto significa dizer que a maioria das órbitas seriam impossíveis. Um elétron de hidrogênio não poderia girar numa órbita a 0,250, 1,000 ou 2,150 Ângstron; as únicas órbitas permitidas são as enumeradas na figura.

2

R n =Ro.n

Este é um comportamento muito diferente daquele dos objetos que nos cercam. Suponha que uma bola arremessada de uma sala só pudesse seguir 2 ou 3 trajetos determinados, em vez das centenas de trajetos diferentes que ela realmente pode seguir. Seria como se a sala tivesse trajetos invisíveis orientando a bola. Assim, a lei de Bohr afirma que os elétrons agem como se o espaço ao redor do núcleo atômico possuísse trajetos invisíveis. Mas Bohr não deu justificativa para esta estranha situação. Por outro lado, a energia que o elétron possui em cada órbita é denominada energia total, que é definida como a soma da energia cinética com a energia potencial e que pode ser obtida pela expressão:

(n = 1, 2, 3,..)

_

Neste ponto chegamos à Segunda lei de Bohr.

Segunda Lei: um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia. Além disso, um átomo absorve energia quando um elétron é deslocado de uma órbita de menor energia para uma órbita de maior energia.

n

n

E -E 13 , 6 .(

h.c

E h.f 2

inicial

2 final

inicial final fóton

fóton = fóton=λ = =−

Em outras palavras, os elétrons saltam de uma órbita permitida para outra à medida que os átomos irradiam ou absorve energia. As órbitas externas do átomo possuem mais energia do que as órbitas internas. Por conseguinte, se um elétron salta da órbita 2 para a órbita 1, há emissão de luz, por outro lado, se luz de energia adequada atingir o átomo, esta é capaz de impelir um elétron da órbita 1 para a órbita

  1. Neste processo, a luz é absorvida.

A linha vermelha no espectro atômico é causada por elétrons saltando da terceira órbita para a segunda órbita.

A linha verde-azulada no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quarta órbita para a segunda órbita.

(eV )

n

E n = 2

A linha azul no espectro atômico é causada por elétrons saltando da quinta órbita para a segunda órbita.

A linha violeta mais brilhante no espectro atômico é causada por elétrons saltando da sexta órbita para a segunda órbita. É interessante notar que os comprimentos de onda da luz encontrada no espectro do hidrogênio corresponde à diferentes órbitas. (O comprimento de onda guarda relação com a energia. Os menores comprimentos de onda de luz significam vibrações mais rápidas e maior energia). Por exemplo, a linha verde-azulada no espectro linear do hidrogênio é causada por elétrons que saltam da Quarta órbita para a Segunda órbita. A figura mostra como cada linha no espectro resulta de um determinado salto de elétrons.

Em qual transição emite fóton de menor comprimento de onda, b)em qual o átomo ganha maior energia e, c) em qual o átomo perde energia? Resposta : a)B, b)A, c)B e C

7. Qual o comprimento de onda de De Broglie para uma bala de 2g com velocidade 0,5 m/s? Resposta :6,63x10-31m. 8. a) Calcular O comprimento de onda de De Broglie para um elétron (m = 9,11x10-31^ kg) e, b) de um próton, ambos movendo-se a 10^7 m/s. Resposta : a) 7,28x10-11^ m; b) 3,97x10-14^ m. 9. Julgue as afirmativas:

a) Em uma órbita qualquer, o elétron em movimento emite radiação, segundo o modelo de Bohr b) A freqüência do fóton emitido ou absorvido pelo átomo é igual a freqüência de rotação do elétron c) No modelo de Bohr os raios das órbitas elípticas são quantizados e valem rn = n 2 r (^1) d) Pela teoria clássica a freqüência de movimento do elétron é a mesma da radiação emitida pelo átomo. e) A energia de excitação é aquela necessária para que o elétron se separe do átomo, enquanto que, a energia de ionização é aquela capaz de tirar o elétron do estado fundamental e levá-lo a um outro estado qualquer f) No modelo de Bohr, se a energia do fóton for positiva é porque o átomo emitiu o fóton, neste caso, o elétron passa de um estado de maior órbita para outro de menor órbita g) A energia de um fóton é maior quando o elétron faz a transição do estado n = 3 para o n = 2, que um elétron que faz a transição do estado n= 4 para o n= 3. h) A energia de elétron ligado ao átomo não pode assumir um valor qualquer. i) O efeito Compton demonstra que a radiação tem comportamento ondulatório. j) Um átomo excitado emite energia, muitas vezes em forma de luz visível, porque um dos elétrons desloca-se para níveis mais baixos, aproximando-se do núcleo. l) Pela hipótese de De Broglie, a radiação pode ter caráter ondulatório.

10. Considere o modelo atômico de Bohr para um átomo de hidrogênio e a transição que um elétron, no estado excitado, faz da órbita, cujo o número quântico principal é n= 4 , para outro estado excitado, cujo o número é n= 2. Calcule:

a) a energia, em eV , do fóton emitido b) o comprimento de onda, em Å , do elétron no estado excitado inicialmente.