Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear
-
Upload
rafael-garcia -
Category
Documents
-
view
260 -
download
25
description
Transcript of Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear
![Page 1: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/1.jpg)
MODELOS ATÔMICOS
E PRINCÍPIOS
DE QUÍMICA
NUCLEARLuiz Felipe Guain Teixeira
Escola Olímpica de Química
Junho/Julho de 2015
![Page 2: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/2.jpg)
O Átomo e sua Origem
![Page 3: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/3.jpg)
![Page 4: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/4.jpg)
ELEMENTOS QUÍMICOS
114 elementos descobertos
* 90 naturais
* 24 artificiais
Isótopos
* espectrometria
de massa
técnica para medição da massa de uma amostra
(átomo ou molécula)
Isótonos
Isóbaros
Isoeletrônicos
Isodiáferos
(mesma diferença entre nêutrons e prótons)
![Page 5: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/5.jpg)
Teoria do Big-Bang Explosão Primordial
Fusão de núcleos Atração Gravitacional
2 1H 2H + ν + β+ 4 1H 4He2H + 1H 3He + γ
2 3He 4He + 2 1H
3He + 4He 7Be + γ7Be + β- 7Li 7Li + p+ 8Be
ORIGEM DOS ELEMENTOS
![Page 6: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/6.jpg)
Química Nuclear
![Page 7: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/7.jpg)
Transmutação X Transformação
Prótons: (u u d)
Núcleons
Nêutrons: (u d d)
Férmions
![Page 8: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/8.jpg)
![Page 9: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/9.jpg)
Tipos de radiação nuclear (c = 299.792.458 m/s)
DECAIMENTO NUCLEAR
Tipo Grau de
Penetração
Velocidade Partícula Número
de massa
Carga
α Não penetrante,
mas causa danos
0,1c Núcleo de
hélio-4
4 +2
β- Moderadamente
penetrante
~0,9c elétron 0 -1
γ Muito penetrante c fóton 0 0
β+ Muito penetrante ~0,9c pósitron 0 +1
p Penetração baixa 0,1c próton 1 +1
n Muito penetrante ~0,1c nêutron 1 0
![Page 10: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/10.jpg)
Experimento de Rutherford
Alcance das radiações
![Page 11: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/11.jpg)
Decaimento radioativo
Núcleos tendem a buscar configurações mais estáveis
Emissão de radiação:
* Núcleo com excesso de prótons
- Libera α
- Libera β+
- Captura de elétron
* Núcleo com excesso de nêutrons
- Libera β-
* Núcleo com excesso de energia
- Libera γ
![Page 12: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/12.jpg)
REAÇÕES NUCLEARES
![Page 13: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/13.jpg)
reações
nucleares
de Chief
![Page 14: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/14.jpg)
α
β-
β+
![Page 15: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/15.jpg)
![Page 16: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/16.jpg)
Processo de uma bomba de urânio
FISSÃO NUCLEAR
![Page 17: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/17.jpg)
Processo de formação dos
elementos químicos
FUSÃO NUCLEAR
formação de 4He
a partir de 1H
ciclo
CNO
![Page 18: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/18.jpg)
1. (PUC - SP-2000) O fenômeno da radioatividade foi descrito
pela primeira vez no final do século passado, sendo largamente
estudado no início do século XX. Aplicações desse fenômeno
vão desde o diagnóstico e combate de doenças, até a obtenção
de energia ou a fabricação de artefatos bélicos. Duas emissões
radioativas típicas podem ser representadas pelas equações:238U → 234Th + α 234Th → 234Pa + β
A radiação α é o núcleo do átomo de hélio, possuindo 2 prótons
e 2 nêutrons, que se desprende do núcleo do átomo radioativo.
A radiação β é um elétron, proveniente da quebra de um
nêutron, formando também um próton, que permanece no
núcleo. A equação que representa o decaimento radioativo do
isótopo 238U até o isótopo estável 206Pb é:
a) 238U → 206Pb + α + β b) 238U → 206Pb + 8α + 4β
c) 238U → 206Pb + 8α + 6β d) 238U → 206Pb + 5α + 5β
e) 238U → 206Pb + 6α + 6β
EXERCÍCIOS
![Page 19: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/19.jpg)
2. (UFSCar-2006)No dia 06 de agosto de 2005 foram lembrados os 60
anos de uma data triste na história da Humanidade. Nesse dia, em 1945,
foi lançada uma bomba atômica sobre a cidade de Hiroshima, que
causou a morte de milhares de pessoas. Nessa bomba, baseada no
isótopo 235 de urânio, uma das reações que pode ocorrer é representada
pela equação nuclear não balanceada
92235U + 0
1n → 56141Ba + n
mX + 3 01n + energia
Nesta equação X, m e n representam, respectivamente:
a) partícula alfa; 2; 4 b) pósitron; 1; 0. c) argônio; 18; 39,9.
d) criptônio; 36; 92. e) bário; 56; 141.
3. (FUVEST-2006) Em 1995, o elemento de número atômico 111 foi
sintetizado pela transformação nuclear:
2864Ni + 83
209Bi → 111272Rg + nêutron
Esse novo elemento, representado por Rg, é instável. Sofre o
decaimento:
111272Rg → 109
268Mt → 107264Bh → 105
260Db → 103256Lr → 101
252Md
Nesse decaimento, liberam-se apenas: a) nêutrons. b) prótons. c)
partículas α e partículas β. d) partículas β. e) partículas α.
![Page 20: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/20.jpg)
Modelos Atômicos
![Page 21: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/21.jpg)
Demócrito – átomo = unidade fundamental da matéria
Antoine L. Lavoisier – lei de conservação das massas
Joseph L. Proust – lei das proporções definidas
John Dalton – teoria atômica (1803)
* átomos são esferas perfeitas
* átomos são indestrutíveis e imutáveis
* cada elemento é caracterizado por sua massa
* elementos combinam-se em razões de números
inteiros entre si (lei das proporções múltiplas)
* os átomos não são criados nem destruídos
![Page 22: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/22.jpg)
Wilhelm C. Röntgen – descoberta dos raios X (1895)
Antoine H. Becquerel – radiação de compostos de Urânio (1896)
Pierre Curie/Marie Curie – condutividade do ar (ao ser exposto à
radiação dos compostos de Urânio); presença de Polônio e Rádio
em minério de Urânio
Ernest Rutherford – contribuições significativas à radioatividade
William Crookes – descoberta dos
raios catódicos (tubo de Crookes)
![Page 23: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/23.jpg)
Joseph J. Thomson – experiência com raios catódicos (1897)
* descoberta do elétron
* determinação da relação carga/massa do elétron
R = mv/Bq q/m = v/BR
W = qV (conversão W Ec)
mv 2/2 = qV v = (2qV/m) 1/2
q/m = 2V/B 2R2
Robert A. Millikan – experiência da gota de óleo
Gotthilf-Eugen Goldstein –
descoberta dos raios anódicos
(ou raios canal) (1886)
![Page 24: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/24.jpg)
Ernest Rutherford
* descoberta do próton (1904)
* espalhamento de Rutherford (1908)
* concebeu a existência do nêutron
James C. Maxwell – predição de ondas eletromagnéticas (1873)
Heinrich R. Hertz – evidenciou a existência das ondas
eletromagnéticas (1888)
![Page 25: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/25.jpg)
Max. K. E. L. Planck – estudo das radiações eletromagnéticas
* quantização da energia (h = 6,62608x10-34 J.s)
* lei da radiação térmica
E = hν
Albert Einstein – estudo do efeito fotoelétrico (1905)
* luz é constituída
de partículas discretas de
energia hν
fótons
![Page 26: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/26.jpg)
Niels H. D. Bohr
* elétron pode existir apenas
em estados estacionários
* elétron é restrito à estados
de energia quantizados
* emissão de luz nos átomos
corresponde à mudança do elétron entre estados estacionários
transições eletrônicas para
o átomo de Hidrogênio
espectro de emissão da série de Balmer
![Page 27: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/27.jpg)
![Page 28: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/28.jpg)
Arnold J. W. Sommerfeld – modelo atômico Bohr-Sommerfeld
* estrutura “fina dos espectros atômicos”
órbitas elípticas
eixo maior n
eixo menor k
n = número quântico principal
k = número quântico azimutal (secundário)
(k = 1, 2, 3, ... n)
James Chadwick – descoberta do nêutron (1932)
na elipse: =
![Page 29: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/29.jpg)
O Modelo Quântico
![Page 30: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/30.jpg)
Louis de Broglie – dualidade onda-partícula
E = mc2 mc2 = hν (c = λν) mc2 = hc/λ mc = h/λ
E = hν λ = h/mv mv = h/λ generalizando (c = v)
Werner K. Heisenberg – princípio da incerteza de Heisenberg
ΔχΔρ > h/4π
Erwin R. J. A. Schrödinger – mecânica ondulatória
* tratamento do elétron como onda estacionária
Ψ = função de onda orbital
equação diferencial
números quânticos
série de soluções (n, l, ml)
![Page 31: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/31.jpg)
Equação de Schrödinger:
Independente do tempo (1D):
Para átomo de H:
Para moléculas:
![Page 32: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/32.jpg)
![Page 33: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/33.jpg)
NÚMEROS QUÂNTICOS
n: número quântico
principal
n = 1, 2, 3, ... n
l: número quântico de
momento angular ou
azimutal (secundário)
l = 0, 1, 2, ... n-1
ml: número quântico
magnético
ml = -l, ..., -1, 0, +1,..., +l
ms: número quântico de
spin
ms = +1/2 ou -1/2
![Page 34: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/34.jpg)
NÚMEROS QUÂNTICOS
n: define grupos de orbitais distintos pelos valores de l e ml,
determinando a energia do elétron e a dimensão do orbital.
l: define a forma do orbital, assumindo valores de 0 até n-1.
0 = s 1 = p 2 = d 3 = f
ml: define a orientação do orbital (comportamento do orbital
perante um campo magnético externo)
Wolfgang E. Pauli – princípio da exclusão de Pauli
* dois férmions idênticos não podem ocupar o mesmo
estado quântico simultaneamente
ms: define orientação do spin do elétron
![Page 35: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/35.jpg)
![Page 36: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/36.jpg)
![Page 37: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/37.jpg)
orbitais degenerados = possuem mesma energia
![Page 38: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/38.jpg)
Ψ2 = função de densidade de probabilidade
* probabilidade de encontrar um elétron em função da
distância ao núcleo considerando um volume “pontual”
orbital 1s
![Page 39: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/39.jpg)
4π R2Ψ2 = função de densidade de probabilidade radial
* probabilidade de encontrar um elétron em uma
superfície esférica (função de distribuição radial)
orbital 1s
![Page 40: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/40.jpg)
Funções de Distribuição Radial
orbital 2s orbital 3s
![Page 41: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/41.jpg)
![Page 42: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/43.jpg)
![Page 44: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/44.jpg)
orbital 2sorbital 1s
orbital 3s
![Page 45: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/45.jpg)
orbital 2p orbital 3p orbital 4p
![Page 46: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/46.jpg)
orbital 3d
orbital 4d
orbital 5d
![Page 47: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/47.jpg)
![Page 48: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/48.jpg)
ENERGIA DOS ORBITAIS
orbital d orbital f
orbital s
orbital px y z
sequência de energia: n + l
z2 x2-y2 xy yz zx y3-3yx2
x3-3xy2
zx2-zy2
5xz2-xr2
5yz2-yr2
xyz
5z2-3zr2
![Page 49: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/49.jpg)
4. Um elétron em um certo átomo está no nível quântico n = 2.
Indique os valores possíveis de l, de ml e de ms.
5. Escreva quais são os quatro números quânticos de um elétron
Nos seguintes orbitais: (a) 3s, (b) 4p, (c) 3d.
6. Indique quais dos seguintes conjuntos de números quânticos
são inaceitáveis para um átomo e explique o porquê:
(a) (1,0, 1/2, +1/2), (b) (3,0,0, +1/2), (c) (2,2,1, +1/2),
(d) (4,3,–2,+1/2), (e) (3,2,1,1).
7. Escreva as configurações eletrônicas dos seguintes elementos:
(a) K, (b) Cr, (c) U.
EXERCÍCIOS
![Page 50: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/50.jpg)
![Page 51: Modelos Atômicos e Princípios de Química Nuclear](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022013119/563dbb58550346aa9aac5683/html5/thumbnails/51.jpg)
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA
Princípios de Química: Questionando a Vida
Moderna e o Meio Ambiente. ATKINS, Peter;
JONES, Loretta. Editora Bookman.
Química Geral e Reações Químicas – Volumes 1
e 2. KOTZ, John C.; TREICHEL, Paul M.;
WEAVER, Gabriela C. Editora Cengage Learning.
Physical Chemistry: A Molecular Approach.
MCQUARRIE, Donald A; SIMON, John D. Univ
Science Books.