8.S: Estrutura atômica (resumo)
- Page ID
- 183124
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
Termos-chave
| número quântico orbital de momento angular (l) | número quântico associado ao momento angular orbital de um elétron em um átomo de hidrogênio |
| número quântico de projeção de momento angular (m) | número quântico associado ao componente z do momento angular orbital de um elétron em um átomo de hidrogênio |
| orbital atômico | região no espaço que abrange uma certa porcentagem (geralmente 90%) da probabilidade eletrônica |
| Magneton de Bohr | momento magnético de um elétron, igual a\(\displaystyle 9.3×10^{−24}J/T\) ou\(\displaystyle 5.8×10^{−5}eV/T\) |
| radiação de frenagem | radiação produzida ao atingir metal com um feixe de elétrons de alta energia (ou radiação produzida pela aceleração de qualquer partícula carregada em um material) |
| grupo químico | grupo de elementos na mesma coluna da tabela periódica que possuem propriedades químicas similares |
| luz coerente | luz que consiste em fótons da mesma frequência e fase |
| ligação covalente | ligação química formada pelo compartilhamento de elétrons entre dois átomos |
| configuração eletrônica | representação do estado dos elétrons em um átomo, como\(\displaystyle 1s^22s^1\) no lítio |
| estrutura fina | estrutura detalhada dos espectros atômicos produzidos pelo acoplamento spin-órbita |
| fluorescência | radiação produzida pela excitação e subsequente desexcitação gradual de um elétron em um átomo |
| estrutura hiperfina | estrutura detalhada dos espectros atômicos produzidos pelo acoplamento spin-órbita |
| ligação iônica | ligação química formada pela atração elétrica entre dois íons de carga oposta |
| laser | luz coerente produzida por uma cascata de desexcitações de elétrons |
| número quântico orbital magnético | outro termo para o número quântico de projeção de momento angular |
| magnetograma | representação pictórica, ou mapa, da atividade magnética na superfície do Sol |
| estado metaestável | estado em que um elétron “permanece” em um estado excitado |
| monocromático | luz que consiste em fótons com a mesma frequência |
| Enredo de Moseley | gráfico do número atômico versus a raiz quadrada da frequência de raios-X |
| Lei de Moseley | relação entre o número atômico e a frequência de fótons de raios-X para produção de raios-X |
|
momento de dipolo magnético orbital |
medida da força do campo magnético produzido pelo momento angular orbital do elétron |
| Princípio de exclusão de Pauli | dois elétrons em um átomo não podem ter os mesmos valores para todos os quatro números quânticos\(\displaystyle (n,l,m,ms)\) |
| inversão populacional | condição na qual a maioria dos átomos contém elétrons em um estado metaestável |
| número quântico principal (n) | número quântico associado à energia total de um elétron em um átomo de hidrogênio |
| função de densidade de probabilidade radial | função usada para determinar a probabilidade de um elétron ser encontrado em um intervalo espacial em r |
| regras de seleção | regras que determinam se as transições atômicas são permitidas ou proibidas (raras) |
| número quântico de projeção de spin (\(\displaystyle m_s\)) | número quântico associado ao componente z do momento angular de spin de um elétron |
| número (s) quântico (s) de spin | número quântico associado ao momento angular de spin de um elétron |
| transições spin-flip | transições atômicas entre estados de um sistema elétron-próton em que os momentos magnéticos estão alinhados e não alinhados |
| acoplamento spin-orbit | interação entre o momento magnético do elétron e o campo magnético produzido pelo momento angular orbital do elétron |
| emissão estimulada | quando um fóton de energia aciona um elétron em um estado metaestável para cair em energia emitindo um fóton adicional |
| metal de transição | elemento que está localizado na lacuna entre as duas primeiras colunas e as últimas seis colunas da tabela de elementos que contém elétrons que preenchem a subcamada d |
| elétron de valência | elétron na camada externa de um átomo que participa da ligação química |
| Efeito Zeeman | divisão dos níveis de energia por um campo magnético externo |
Equação chave
| Momento angular orbital | \(\displaystyle L=\sqrt{l(l+1)}ℏ\) |
| componente z do momento angular orbital | \(\displaystyle L_z=mℏ\) |
| Função de densidade de probabilidade radial | \(\displaystyle P(r)dr=∣ψ_{n00}∣^24πr^2dr\) |
| Momento angular de rotação | \(\displaystyle S=\sqrt{s(s+1)}ℏ\) |
| z -componente do momento angular de rotação | \(\displaystyle S_z=m_sℏ\) |
| Momento magnético de rotação eletrônica | \(\displaystyle \vec{μ_s}=(\frac{e}{m_e})\vec{S}\) |
| Momento de dipolo magnético orbital eletrônico | \(\displaystyle \vec{μ}=−(\frac{e}{2m_e})\vec{L}\) |
| Energia potencial associada à interação magnética entre o momento do dipolo magnético orbital e um campo magnético externo\(\displaystyle vec{B}\) | \(\displaystyle U(θ)=−μ_zB=mμ_BB\) |
| Número máximo de elétrons em uma subcamada de um átomo de hidrogênio | \(\displaystyle N=4l+2\) |
| Regra de seleção para transições atômicas em um átomo semelhante ao hidrogênio | \(\displaystyle Δl=±1\) |
| Lei de Moseley para produção de raios-X | \(\displaystyle (Z−1)=constant\sqrt{f}\) |
Resumo
8.1 O átomo de hidrogênio
- Um átomo de hidrogênio pode ser descrito em termos de sua função de onda, densidade de probabilidade, energia total e momento angular orbital.
- O estado de um elétron em um átomo de hidrogênio é especificado por seus números quânticos (n, l, m).
- Em contraste com o modelo de Bohr do átomo, o modelo Schrödinger faz previsões com base em declarações de probabilidade.
- Os números quânticos de um átomo de hidrogênio podem ser usados para calcular informações importantes sobre o átomo.
8.2 Momento de dipolo magnético orbital do elétron
- Um átomo de hidrogênio tem propriedades magnéticas porque o movimento do elétron atua como um circuito de corrente.
- Os níveis de energia de um átomo de hidrogênio associado ao momento angular orbital são divididos por um campo magnético externo porque o momento magnético angular orbital interage com o campo.
- Os números quânticos de um elétron em um átomo de hidrogênio podem ser usados para calcular a magnitude e a direção do momento de dipolo magnético orbital do átomo.
8.3 Rotação de elétrons
- O estado de um elétron em um átomo de hidrogênio pode ser expresso em termos de cinco números quânticos.
- O momento angular de spin quantum de um elétron é =\(\displaystyle +½\). O número quântico da projeção do momento angular de spin é\(\displaystyle ms =+½\) ou\(\displaystyle −½\) (gire para cima ou para baixo).
- As estruturas finas e hiperfinas do espectro de hidrogênio são explicadas pelas interações magnéticas dentro do átomo.
8.4 O Princípio de Exclusão e a Tabela Periódica
- O princípio de exclusão de Pauli afirma que dois elétrons em um átomo não podem ter todos os mesmos números quânticos.
- A estrutura da tabela periódica dos elementos pode ser explicada em termos de energia total, momento angular orbital e rotação dos elétrons em um átomo.
- O estado de um átomo pode ser expresso por sua configuração eletrônica, que descreve as camadas e subcamadas que são preenchidas no átomo.
8.5 Espectros atômicos e raios-X
- A radiação é absorvida e emitida por transições de nível de energia atômica.
- Os números quânticos podem ser usados para estimar a energia, a frequência e o comprimento de onda dos fótons produzidos pelas transições atômicas.
- A fluorescência atômica ocorre quando um elétron em um átomo é excitado vários passos acima do estado fundamental pela absorção de um fóton ultravioleta (UV) de alta energia.
- Os fótons de raios-X são produzidos quando uma vaga em uma camada interna de um átomo é preenchida por um elétron da camada externa do átomo.
- A frequência da radiação de raios-X está relacionada ao número atômico Z de um átomo.
8.6 Lasers
- A luz laser é uma luz coerente (monocromática e “ligada à fase”).
- A luz laser é produzida pela inversão populacional e subsequente desexcitação de elétrons em um material (sólido, líquido ou gasoso).
- Os leitores de CD e Blu-Ray usam lasers para ler informações digitais armazenadas em discos.