Voltar ao inícioQuímica · 3ª série · Mudar de matéria
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3ª série · Química
Estrutura da matéria · Modelos atômicos e periodicidade

Modelo mecânico-quântico

Antes de começar, convém dominares: Estrutura eletrônica e interação com a radiação eletromagnética (1ª série do Ensino Médio)

O modelo de Bohr previa bem o espectro do hidrogênio, mas tratava o elétron como uma bolinha girando em uma órbita bem definida, como um planeta ao redor do Sol. Duas ideias do século XX obrigaram a abandonar essa imagem: a matéria também se comporta como onda, e existe um limite fundamental para o quanto se pode conhecer o movimento de uma partícula. Se não dá para traçar a trajetória do elétron, como descrever onde ele está?

Dualidade onda-partícula: a hipótese de De Broglie

Em 1927, Davisson e Germer lançaram elétrons contra um cristal de níquel e observaram figuras de difração iguais às que a luz produz. Como uma partícula com massa e carga pode se comportar como onda?

Comparação do comprimento de onda de De Broglie: onda ampla e apreciável no elétron, comprimento de onda minúsculo e indetectável em uma bola. elétron: λ grande, onda apreciável bola: λ minúsculo

O princípio da incerteza de Heisenberg

Princípio da incerteza: para o elétron, a incerteza na posição é relevante; para uma bola, posição e velocidade podem ser conhecidas ao mesmo tempo. Δx grande elétron: incerteza relevante Δx bola: Δx e Δv desprezíveis

Orbitais atômicos: função de onda e probabilidade

Se tentássemos localizar o elétron iluminando-o com fótons de alta energia, a própria colisão alteraria sua velocidade e sua posição. Se medir uma trajetória é impossível, como descrever onde o elétron está?

Orbital atômico representado como nuvem de pontos de probabilidade concentrada perto do núcleo e delimitada por uma superfície de contorno de 90%. superfície de contorno: 90% de probabilidade

Cada ponto da nuvem não é o elétron: é uma "fotografia" possível de sua posição. Onde há muitos pontos, a probabilidade é alta; onde há poucos, é baixa. A linha tracejada é a superfície de contorno, que delimita a região com cerca de 90% de probabilidade de encontrar o elétron.

Pratica★☆☆Por começar
No âmbito da mecânica quântica, substitui-se o conceito de órbita do modelo de Bohr pelo de orbital atômico. a) Defina com precisão o termo «orbital atômico», indicando…

No âmbito da mecânica quântica, substitui-se o conceito de órbita do modelo de Bohr pelo de orbital atômico.

  1. a) Defina com precisão o termo «orbital atômico», indicando que grandeza física representa o quadrado da função de onda ($|\psi|^2$).
  2. b) Indique se conhecer o orbital permite prever com certeza a posição de um elétron antes de medi-la e justifique sua resposta citando o princípio físico correspondente.
Resolver
Pratica★★☆Por começar
A ilustração a seguir esquematiza uma seção bidimensional da densidade de pontos correspondente a um orbital atômico do tipo $s$, em que se destacam uma região interior…

A ilustração a seguir esquematiza uma seção bidimensional da densidade de pontos correspondente a um orbital atômico do tipo $s$, em que se destacam uma região interior de alta densidade relativa (A) e uma zona periférica de menor densidade (B), delimitadas por uma superfície de contorno. Observe o diagrama

x y Região A: Alta densidade Região B: Baixa densidade Superfície de contorno (90 % de probabilidade)

e responda às seguintes questões:

  1. a) Explique o significado físico da densidade de pontos neste diagrama e justifique por que no modelo quântico não se desenha uma órbita circular ou elíptica precisa.
  2. b) Descreva o que representa a linha de contorno exterior indicada normalmente nos livros para este tipo de orbital e justifique se os sinais algébricos ($+$ ou $-$) que às vezes se atribuem às funções de onda representam carga elétrica positiva ou negativa.

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

Resolver

Voltando ao começo: o elétron não percorre uma órbita porque, pelo princípio da incerteza, posição e velocidade não podem ser conhecidas juntas; o que se descreve é a probabilidade de encontrá-lo, por meio dos orbitais.

Resumo

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