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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Química
Ensino Médio – 1ª Série
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
No desenho Avatar, o personagem Aang terá que dominar os
4 elementos para salvar a Terra.
No começo dos anos 1990, o
Capitão Planeta aparecia para salvar
a Terra após a combinação dos 4 elementos com o
amor.
No filme O Quinto Elemento, Bruce Willis deve encontrar pedras que representam os 4 elementos e juntá-las ao 5º
(uma mulher) para salvar a Terra.
Sempre os Quatro Elementos...
Imagem: Avatar: The last airbenderThe complete book 1 collection(2005) / Nickelodeon /http://www.covershut.com/cover-tags/Avatar-The-Last-Airbender.html
Imagem: O quinto elemento (1997) / Gaumont Film Company /http://www.covershut.com/Blu-Ray-Covers/31993-The-Fifth-Element-1997-Wide-Screen-Front.html
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MODELOS ATÔMICOS • Filósofos gregos se preocupavam em encontrar uma
explicação sobre a constituição da matéria.• Aristóteles e Empédocles (Continuidade da
matéria): a matéria não tem um limite, sempre uma forma se transforma em outra.
• Quatro elementos Fogo, Água, Terra e Ar (Losango dos elementos)
• Leucipo e Demócrito (Matéria descontínua): Há um limite para a divisão da matéria.
• A matéria é formada por minúsculas partículas indivisíveis e não contínuas (átomos).
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
3
Os Quatro Elementos
Losango dos elementos de Empédocles
Os quatro elementos de Empédocles
4
FOGO
AR TERRA
AGUA
úmido frio
quente seco
Imagem: Heron / Public Domain Imagem: Ratomir Wilkowski / CreativeCommons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Modelo de Dalton (1808) • A matéria é formada por átomos, que são
partículas esféricas, maciças e indestrutíveis;• Átomos de elementos químicos diferentes
apresentam-se com massa, tamanho e propriedades químicas e físicas diferentes.
Saiba que: O modelo de Dalton é
conhecido como “Modelo da Bola de Bilhar”.
Como Dalton representava os
elementos químicos
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Imagem: Executive Billiards / Public Domain
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Fique atento De acordo com Dalton...• as substâncias são formadas pela combinação de
elementos, numa proporção de números inteiros;• um composto é formado pela combinação de átomos
de dois ou mais elementos que se unem entre si, originando novas substâncias.
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John Dalton estudou a deficiência visual (de que ele mesmo sofria) chamada daltonismo.
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QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Atividade Experimental – Natureza elétrica da matéria
Atrite uma bexiga em sua camiseta e depois
aproxime do cabelo de um colega ou de
pedacinhos de papel.
Utilize um fio de cabelo ou uma linha
para amarrar...
... Pequenos pedaços de papel
alumínio de bombons
7
Imagem: JJ Harrison / GNUFree Documentation License
Imagem: KayEss / GNUFree Documentation License
Imagem: Lauri Rantala / CreativeCommons Attribution 2.0 Generic
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Natureza elétrica da matéria - Discussão
O que acontece ao aproximar a bexiga atritada do cabelo?
Antes de atritar, qual era a condição elétrica da bexiga?
Descreva o que aconteceu após a aproximação da bexiga atritada do papel alumínio.
Se você aproximar a bexiga do fio de cabelo, o que acontece?
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QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Modelo de Thomson (1903) • Primeiro modelo atômico divisível e elétrico. • Estudando descargas em tubos de raios catódicos, Thomson
percebeu a existência de partículas carregadas negativamente nos átomos.
Conhecido como
"Pudim de Passas"
Todos os gases utilizados
emitiram tais raios.
Tubo de raios
catódicos
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Imagem: Kurzon / Public Domain
Imagem: Fastfission / Public Domain
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Modelo de Rutherford (1911)
1
2
3
A maioria das partículas
atravessou.
Algumas poucas partículas eram
desviadas.
Algumas eram ricocheteadas.
Cargas positivas
Manchas fotográficas
10Imagem: Diego Grez / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Modelo de Rutherford – Conclusões• (1) A maioria das partículas alfa () passava livremente
através da placa de ouro. O átomo é um imenso vazio. Eletrosfera (abriga elétrons) e núcleo (abriga prótons e
nêutrons);
• (2) Poucas partículas alfa não atravessavam a lâmina de ouro. Núcleo pequeno e denso;
• (3) Poucas partículas alfa passavam e sofriam desvios. Núcleo positivo.
11
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
O Sistema Solar de Rutherford
Representação do modelo atômico de
Rutherford
Sistema Solar
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Imagem: Cburnett / GNU Free Documentation License Imagem: Harman Smith and Laura Generosa / Public Domain
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Fique ligado!• Os nêutrons só foram descobertos em
1932 por James Chadwick.• O núcleo atômico é muito menor que a
eletrosfera. Para efeito de comparação, podemos
imaginar o núcleo como uma formiga no centro do estádio do maracanã (1).
13
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Evolução dos modelos atômicos
Leucipo e Demócrito John Dalton (1808)
Joseph J. Thomson (1903)
Ernest Rutherford (1911)
Niels Bohr (1913)14
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QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
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A água tônica é fluorescente
Imagem: Splarka / Public Domain
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
LuminescênciaUm processo de luminescência ocorre quando
fornecemos energia a alguma molécula;Se a energia fornecida for luminosa, teremos uma
fluorescência ou uma fosforescência; Fluorescência A substância emitirá luz enquanto
estiver sendo iluminada;• Não brilhará no escuro. Fosforescência A substância irradiada continuará
emitindo luz mesmo após cessada a iluminação;• Brilhará no escuro.
16
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Demonstrações: Fluorescência x Fosforescência
As cédulas possuem fibras coloridas...
... Que, com o auxílio de uma luz ultravioleta (luz negra), brilham!
Ao submetermos escorpiões, esmaltes com cores vivas, controle remoto de TV e adesivos infantis à luz negra, verificaremos o
aparecimento de brilho.17
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Imagem: Kallemax / Public Domain
Imagem: Jonbeebe / GNU Free Documentation License
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Modelo de Bohr• Os elétrons estão em órbitas circulares, ao redor de um
núcleo central, sem absorver nem emitir energia espontaneamente;
• O átomo possui um número limitado de órbitas, níveis ou camadas eletrônicas, que varia de um elemento químico para outro;
• Cada uma dessas órbitas múltiplo inteiro do quantum (E = h.ν), possui uma quantidade fixa de energia:
Daí o termo Energia Quantizada.
E = energiah = constante de Planckc = velocidade da luz = frequência = comprimento de onda
18
QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
Transições Eletrônicas - Absorção• Ao absorver um quantum de energia, o
elétron “salta” para um nível mais energético (2);
Ocorre a excitação eletrônica;
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QUÍMICA - 1º AnoEvolução dos Modelos Atômicos
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• No estado excitado, o elétron é instável;• Ao retornar ao nível fundamental, emitirá um
quantum de eneria na forma de luz:
Transições Eletrônicas - Emissão
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ido.
Saiba que:• Os saltos eletrônicos de qualquer nível mais externo para o
“nível L” correspondem a radiações visíveis do espectro eletromagnético, que vão do vermelho ao violeta.
Os espectros dos elementos químicos são descontínuos.
21
Imagem: Horst Frank / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Espectro Eletromagnético
Observe que a parte visível do
espectro é a menor faixa. 22
Imagem: Inductiveload, NASA / GNU Free Documentation License
Ariano Suassuna
Pérola de Ariano Suassuna no Youtube comentando sobre os cientistas Rutherford e Bohr:
http://www.youtube.com/watch?v=rlC6oTcSUa4
23
Modelo atual • É constituído pela combinação de contribuições de
muitos cientistas, destacando-se: Sommerfeld (1916) Elétrons, além de
descreverem órbitas circulares, também descrevem órbitas elípticas:
24Imagem: Pieter Kuiper / Public Domain
L. V. de Broglie (1923) Baseando-se no experimento da fenda dupla, descreve o elétron como uma onda-partícula:
Modelo atual – de Broglie
O experimento da fenda dupla pode ser visualizado no Youtube: http://www.youtube.com/watch?v=gAKGCtOi_4o
25
Modelo atual – Heisenberg• Werner Heisenberg (1927) Para tentar
localizar o elétron, alteramos sua velocidade ou sua posição.
• Princípio da Incerteza: é impossível determinar ao mesmo tempo a posição (x) e o momento do elétron (p).
Expressão matemática do Princípio da Incerteza
26
xp ≥ h/2
• Erwin Schrödinger (1926) utilização de cálculos estatísticos para determinar a posição do elétron.
• Equação de Schrödinger - mostra o cálculo da região de máxima probabilidade de se encontrar o elétron
EVzyxm
h2
2
2
2
2
2
2
2
8
Modelo atual – Schrödinger
27
Fique atento• Na equação de Schrödinger, a região
de máxima probabilidade de encontrar os elétrons é representada pela letra grega , chamada função de onda.
• O quadrado da função de onda (2) é chamado de orbital atômico.
28
Orbitais atômicos
Plano nodal é a região onde é nula a probabilidade de encontrar o elétron.
Orbitais tipo d no plano
cartesiano
29
Imagem: Sven / GNU Free Documentation License
Contribuições ao Modelo Atual
30
Arnold Sommerfeld (1868-1951)
Louis-Victor-Pierre-Raymond, duque
de Broglie(1892-1987)
Werner Heisenberg(1901-1976)
Erwin Rudolf Josef Alexander
Schrödinger(1887-1961)
Imagem: Autor desconhecido / United States Public Domain Imagem: Autor desconhecido / United States Public Domain
Imagem: Autor desconhecido / United States Public Domain Imagem: Nobel foundation / Public Domain
31
Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
2.a Avatar: The last airbender The complete book 1
collection(2005) / Nickelodeon / http://www.covershut.com/cover-tags/Avatar-The-Last-Airbender.html
http://www.covershut.com/cover-tags/Avatar-The-Last-Airbender.html
26/03/2012
2.b O quinto elemento (1997) / Gaumont Film Company / http://www.covershut.com/Blu-Ray-Covers/31993-The-Fifth-Element-1997-Wide-Screen-Front.html
http://www.covershut.com/Blu-Ray-Covers/31993-The-Fifth-Element-1997-Wide-Screen-Front.html
26/03/2012
2.c Capitain planet and the planeteers (1990) /DIC Entertainment / http://serialkillercalendar.com/VHSWASTELAND/HIGH-RES-SCANS-OF-CHILDREN-VHS-COVERS-C2.html
http://serialkillercalendar.com/VHSWASTELAND/HIGH-RES-SCANS-OF-CHILDREN-VHS-COVERS-C2.html
26/03/2012
4.a Heron / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Four_elements_representation.svg
26/03/2012
4.b Ratomir Wilkowski / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zywioly02.png
26/03/2012
5.a John Dalton / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dalton_atomic_symbols.jpg
26/03/2012
5.b Executive Billiards / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PoolRackAramith.png
26/03/2012
6 Charles Turner / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:John_Dalton_by_Charles_Turner.jpg
26/03/2012
Tabela de Imagens
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Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
7.a JJ Harrison / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/
File:String_Fibers.jpg26/03/2012
7.b KayEss / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Balloons-KayEss-1.jpeg
26/03/2012
7.c Lauri Rantala / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Aluminium_foil_booster_bag.jpg?uselang=en
26/03/2012
9.a Kurzon / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:JJ_Thomson_Cathode_Ray_2_explained.svg
26/03/2012
9.b Fastfission / Public Domain http://en.wikipedia.org/wiki/File:Plum_pudding_atom.svg
26/03/2012
10 Diego Grez / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Modelo_At%C3%B3mico_Ernest_Rutherford.svg
26/03/2012
12.a Cburnett / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rutherford_atom.svg
26/03/2012
12.b Harman Smith and Laura Generosa / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_sys8.jpg
26/03/2012
14.a Autor desconhecido / United States Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Leucippe_(portrait).jpg
26/03/2012
14.b Agostino Carracci / United States Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Democritus_by_Agostino_Carracci.jpg
26/03/2012
14.c Charles Turner / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:John_Dalton_by_Charles_Turner.jpg
26/03/2012
Tabela de Imagens
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Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
14.d Autor desconhecido / United States public
domainhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ernest_Rutherford.jpg
26/03/2012
14.e AB Lagrelius & Westphal / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Niels_Bohr.jpg
26/03/2012
14.f Nobel foundation / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:JJ_Thomson_(Nobel).jpg
26/03/2012
15 Splarka / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tonic_water_uv.jpg
26/03/2012
17.a Scott Nazelrod / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:US_$20_under_blacklight.jpg
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17.b Kallemax / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Black_light_bulb.jpg
27/03/2012
17.c Jonbeebe / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sorpion_Under_Blacklight.jpg
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19 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido. Acervo SEE-PE
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20 SEE-PE, redesenhado a partir de ilustração de Autor Desconhecido. Acervo SEE-PE
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21 Horst Frank / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Espectro_eletromagnetico-pt.svg
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22 Inductiveload, NASA / GNU Free Documentation License
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg
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Tabela de Imagens
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Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
24 Pieter Kuiper / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/
File:Sommerfeld_ellipses.svg27/03/2012
29 Sven / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:D_orbitals.svg
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30.a Autor desconhecido / United States Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sommerfeld1897.gif
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30.b Autor desconhecido / United States Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Broglie_Big.jpg
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30.c Autor desconhecido / United States Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Heisenberg_10.jpg
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30.d Nobel foundation / Public Domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Schrodinger.jpg
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Tabela de Imagens