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Noções básicas de quântica
Prof. Ms. Vanderlei Inácio de Paula
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Noções de quântica• O professor recomenda:
Estude pelos seguintes livros/páginas sobre a Ligações químicas e faça os exercícios!
Shriver Ed 3. Cap.3
p. 87-138Shriver Ed 4
Cap.2 p.80-150
Lee Cap. 1p. 1-15
Brown Cap. 6p. 182-206
Atkins & Jones Cap. 1
p. 135-172
Russel v1 Cap.6p. 242-294Mahan Cap.10
p. 266-303
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Noções introdutórias para mecânica quântica:• As figuras apresentam algo em comum?
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Se sua resposta foi LUZ...• A luz é uma radiação eletromagnética, igual modo se tem as
ondas de rádio, microondas, celular, raios X e outros.
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ONDAS:Olhe as ondas do mar...
Elas se repetem em um intervalode tempo e possuem distânciaentre elas...
A repetição de uma onda é chamado de ciclo. Quando o ciclo
de uma onda está associado a unidade de tempo se tem a
freqüência, (letra grega ni). Assim um ciclo por segundo
também pode ser conhecido por 1 Hz (hertz, unidade de
freqüência).
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Comprimento de onda ():
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Comprimento de onda:• O comprimento de onda, (letra grega lambda) é a
distância entre pico a pico.• Os comprimentos de onda da luz visível são próximos a
500nm. Os olhos do ser humano enxergam comprimentosde onda da ordem de 700 nm (luz vermelha) até 400 nm(luz violeta).
nm = nanometro 1 nm= 10-9m
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Velocidade da Luz:• A velocidade da luz, c, é considerada sendo 3,00x108 m/s.
• O comprimento de onda e a freqüência estão relacionadoscom a velocidade da luz, como pode ser visto pela equaçãoabaixo:
c
=
c
= = 3,0 x 10
8 m.s
-1
6,4 x 1014
s-1 = 4,7 x 10
-7m
47 x 10-8
m
470 x 10-9
m = 470 nm
= comprimemnto de onda.c = velocidade da luz. = freqüência.
Assim é possível determinar o comprimento de onda a partir da freqüência e vice e versa.
A luz azul possui freqüência de 6,4x1014 Hz, o comprimento de onda é...
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Tabela:
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Exercício-1:• Qual o comprimento de onda da luz verde
emitida de um poste abaixo?
c
= = 3,0 x 10
8 m.s
-1
5,7 x 1014
s-1 = 5,26 x 10
-7m
52,6 x 10-8
m
526 x 10-9
m526 nm
Freqüência da luz verde: 5,7x 1014 Hz
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Exercício-2:• A solução violeta de permanganato de potássio (KMnO4)
reage com sulfito de sódio (Na2SO3), formando umasolução verde de manganato de potássio (K2MnO4).Durante o processo visualiza indicio de um produtointermediário. Se a reação fosse monitorada porespectroscopia, quais os possíveis comprimentos de ondaque seriam encontrados?
Luz = 1014 Hz
Violeta 7,1
Azul 6,4
Verde 5,7
Amarelo 5,2
Laranja 4,8
Vermelho 4,3
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Resolução-2:• Luz violeta = freqüência de 7,1 x 1014 Hz
• Luz azul = freqüência de 6,4 x 1014 Hz
• Luz verde = freqüência de 5,7 x 1014 Hz
c
= = 3,0 x 10
8 m.s
-1
= = 526 nm526 x 10-9
m
52,6 x 10-8
m
5,26 x 10-7
m5,7 x 10
14 s
-1
c
= = 3,0 x 10
8 m.s
-1
6,4 x 1014
s-1 = 4,7 x 10
-7m
47 x 10-8
m
470 x 10-9
m = 470 nm
c
= = 3,0 x 10
8 m.s
-1
7,1 x 1014
s-1 = 4,22 x 10
-7m
42,2 x 10-8
m
422 x 10-9
m = 422 nm
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Energia:Ao lado tem se um sistema elétrico deaquecimento.
Você colocaria a sua mão sob estesistema???
A coloração do sistema elétrico é uma evidência que o sistema
deve estar bem quente...
Pode se concluir que a energia possui relação com as cores, ou
melhor com o comprimento de onda da luz.
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Energia:O gráfico ao lado indica a radiação emitida deum corpo em aquecimento em função docomprimento de onda.Quanto menor comprimento de onda maisenergético é a energia liberada pelo sistema.
Se aquecer um prego de ferro à 100°Cocorrerá mudança aparente de coloração?
A mudança de cor é continua, ou seja, a cada variação de temperatura apresentará uma cor diferente?
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Energia:Se um garoto jogar uma bola de futebol contrauma vidraça, muito provável que ocorrerá umestrago. Se o garoto jogar uma bola de pinguepongue provável que não ocorra a ruptura davidraça.
A analogia que se pode fazer é que a a quebra davidraça depende da energia, a emissão de energiade um material também depende de um limiar.
A troca de energia entre matéria e a radiaçãoocorre em quanta, ou pacotes de energia. Idéiadefendida por Max Planck.
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Energia quantizada
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Energia:• A energia pode ser relacionada com a
freqüência:
E h=E = energiah = constante de Planck 6,63 x 10-36 J.s = freqüência
Para justificar essa equaçãopode se usar o efeitofotoelétrico, ou seja, ejeçãode elétrons de um metalquando a superfície éexposta a luz.
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Exercícios-3:
• Calcule a energia de cada fóton da luz azul sabendo que a freqüência é 6,4 x 1014 Hz.
E h= 6,63 x 10-36
J.s x 6,4 x 10
14 Hz = 4,2 x 10-21J=
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Exercício-4:
• Quanta energia tem um fóton de luz amarela cuja freqüência é 5,2 x 1014 Hz?
= 6,63 x 10-36 J.s x 5,2 x 1014 Hz = 3,4 x 10-21J = hE
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Exercício-5:
=
c
c = E h=
fóton fóton= hE c
Em 1,0s, uma lâmpada de mesa de 100W (ou 100 J.s-1)emite 25 J de sua energia na forma de luz amarela decomprimento de onda 580nm. O resto de sua energia éemitido como luz de diferentes cores e como radiaçãoinfravermelha. Quantos fótons de luz amarela sãogerados pela lâmpada em 1,0s?
== ou Efóton hE
c
Número de Fótons total totalE E totalch
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Exercício-5:
=
c
c = E h=
fóton fóton= hE c
Em 1,0s, uma lâmpada de mesa de 100W (ou 100 J.s-1) emite 25 Jde sua energia na forma de luz amarela de comprimento de onda580nm. O resto de sua energia é emitido como luz de diferentescores e como radiação infravermelha. Quantos fótons de luzamarela são gerados pela lâmpada em 1,0s?
== ou Efóton hE
c
Número de Fótons total totalE E totalch
6,63 x 10-36 J.s x 3,0 x 108m.s-17,3 x 102125 J x 5,80 10-7m=E total
ch=
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O princípio da incerteza:• Dualidade entre partícula e onda...
-Partícula possui trajetória definida.
-Ondas não há trajetória definida.
-Eliminação da possibilidade de descrever a localizaçãose o momento linear é conhecido como Princípio daincerteza de Heisenberg.
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As funções de onda e níveis de energia
• Erwin Schrödinger, teoria de função de onda.
= probabilidade de encontrar um elétron.
(letra grega, psi)
2= densidade da probabilidade, ou seja,
região do espaço com maior tendência a
encontrar um elétron.
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Probabilidades:
1s 2s 3s
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Probabilidades:
px pzpy
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Probabilidades:
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Transição eletrônica:
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Espectro de emissão do hidrogênio
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Espectro de Absorção UV-Vis
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Cotidiano:
Os átomos energeticamente excitados, íons,e moléculas gerados por colisões comelétrons emitem energia de comprimentosde onda característicos quando eles sedecaem de estado graus de estado. Os íonsde O2
+ emitem uma luz vermelha ao redor630 nm; os íons N2
+ emitem violeta e luzazul a 391.4 nm e 470.0 nm; e átomos de Oemitem uma luz amarelo-esverdeado a557.7 nm e uma luz vermelha intensa a630.0 nm.
Calcule a freqüência dos comprimentos de onda citados.
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Pensando...
O dicromato de potássio, K2Cr2O7, é um forte agenteoxidante de coloração laranja, na presença de íonscloreto, Cl-, ocorre a reação representada abaixo e asolução se transforma em verde escuro, indicando apresença de íons Cr3+.
Quais os valores que poderiam serobservados pela espectroscopia doultravioleta na região do visível?
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Orbitais Atômicos