30: Física atômica
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- 30.0: Prelúdio da Física Atômica
- Desde a infância, aprendemos que os átomos são uma subestrutura de todas as coisas ao nosso redor, do ar que respiramos às folhas de outono que cobrem uma trilha na floresta. Invisíveis à vista, a existência e as propriedades dos átomos são usadas para explicar muitos fenômenos — um tema encontrado ao longo deste texto.
- 30.1: Descoberta do Átomo
- Como sabemos que os átomos realmente existem se não podemos vê-los com nossos olhos? Segue um breve relato da progressão da proposta de átomos pelos gregos para a primeira evidência direta de sua existência.
- 30.2: Descoberta das partes do átomo - elétrons e núcleos
- Assim como os átomos são uma subestrutura da matéria, elétrons e núcleos são subestruturas do átomo. Os experimentos que foram usados para descobrir elétrons e núcleos revelam algumas das propriedades básicas dos átomos e podem ser facilmente compreendidos usando ideias como força eletrostática e magnética, já abordadas nos capítulos anteriores.
- 30.3: Teoria do Átomo de Hidrogênio de Bohr
- O modelo planetário do átomo mostra elétrons orbitando o núcleo da mesma forma que os planetas orbitam o sol. Bohr usou o modelo planetário para desenvolver a primeira teoria razoável do hidrogênio, o átomo mais simples. Os espectros atômicos e moleculares são quantizados, com comprimentos de onda do espectro de hidrogênio.
- 30.4: Raios X - Origens e aplicações atômicas
- Cada tipo de átomo (ou elemento) tem seu próprio espectro eletromagnético característico. Os raios X estão na extremidade de alta frequência do espectro de um átomo e também são característicos do átomo. Nesta seção, exploramos os raios X característicos e algumas de suas aplicações importantes.
- 30.5: Aplicações de excitações e desexcitações atômicas
- Muitas propriedades da matéria e dos fenômenos na natureza estão diretamente relacionadas aos níveis de energia atômica e suas excitações e desexcitações associadas. A cor de uma rosa, a saída de um laser e a transparência do ar são apenas alguns exemplos. Embora possa não parecer que pijamas e lasers que brilham no escuro tenham muito em comum, eles são, na verdade, aplicações diferentes de desexcitações atômicas semelhantes.
- 30.6: A natureza ondulatória da matéria causa quantização
- Por que o momento angular é quantizado? Você já sabe a resposta. Os elétrons têm propriedades ondulatórias, como propôs mais tarde de Broglie. Eles só podem existir onde interferem de forma construtiva e somente certas órbitas atendem às condições adequadas, como veremos no próximo módulo. Após o trabalho inicial de Bohr sobre o átomo de hidrogênio, uma década se passaria antes de Broglie propor que a matéria tem propriedades de onda.
- 30.7: Padrões em espectros revelam mais quantização
- Medições de alta resolução dos espectros atômicos e moleculares mostram que as linhas espectrais são ainda mais complexas do que parecem à primeira vista. Nesta seção, veremos que essa complexidade gerou novas informações importantes sobre elétrons e suas órbitas nos átomos.
- 30.8: Números e regras quânticas
- As características físicas que são quantizadas — como energia, carga e momento angular — são de tal importância que lhes são dados nomes e símbolos. Os valores das entidades quantizadas são expressos em termos de números quânticos, e as regras que os governam são de extrema importância para determinar o que a natureza é e faz. Esta seção aborda alguns dos números e regras quânticos mais importantes.
- 30.9: O princípio de exclusão de Pauli
- O estado de um sistema é completamente descrito por um conjunto completo de números quânticos. Esse conjunto é escrito como (n, l, ml, ms). O princípio de exclusão de Pauli diz que dois elétrons não podem ter o mesmo conjunto de números quânticos; ou seja, dois elétrons não podem estar no mesmo estado. Essa exclusão limita o número de elétrons nas camadas e subcamadas atômicas. Cada valor de n corresponde a uma concha e cada valor de l corresponde a uma subcamada.
Miniatura: No modelo de Bohr, a transição de um elétron com n=3 para a camada n=2 é mostrada, onde um fóton é emitido. Um elétron da camada (n = 2) deve ter sido removido previamente por ionização. (CC-SA-BY-3.0; JabberWOK).