Definição do átomo
Olhe a sua volta. O que você vê? Talvez você veja um computador à sua frente, um teto acima de você, as roupas que está vestindo ou uma árvore fora de uma janela. o que todas essas coisas tem em comum? Não muito, você pode pensar. Mas, toda matéria no universo, tudo ao seu redor é feito do mesmo material básico. Tudo no universo é feito de 118 elementos descobertos na química – 118 tipos diferentes de átomos.
Os átomos são os blocos de construção do universo feitos de prótons e nêutrons dentro de um núcleo central, rodeado por elétrons em órbita. Este modelo do átomo abaixo é o que a maioria das pessoas aprende nas aulas de química na escola, chamado de modelo planetário , que é um modelo do átomo que se parece com um sistema planetário com o núcleo agindo como o sol e os elétrons agindo como os planetas .
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É uma versão muito simplificada do modelo do que agora se acredita ser verdade, mas o modelo mais antigo foi substituído mais de uma vez. Ele foi substituído por uma versão mais detalhada primeiro, chamada de modelo Bohr (em homenagem ao físico Neils Bohr), onde os elétrons só podem orbitar com quantidades específicas de energia. E mais tarde, ele foi substituído pelo modelo da mecânica quântica.
O Modelo Mecânico Quântico
A descoberta que deu início à mecânica quântica como campo de estudo foi quando os físicos Albert Einstein e Max Planck provaram que a luz e a matéria podem se comportar tanto como partículas quanto como ondas. Isso deu início à era da mecânica quântica , que é basicamente a física dos muito pequenos. Se partículas como elétrons podem se comportar como ondas, isso significa que não têm uma posição exata da maneira que imaginaríamos para uma partícula tradicional. A mecânica quântica nos diz que você não pode saber precisamente a posição e a velocidade de um elétron ao mesmo tempo.
Isso significa que não devemos imaginar os elétrons como objetos únicos circulando pelo átomo. Em vez disso, tudo o que sabemos é a probabilidade de encontrar um elétron em um determinado local. O que temos é algo chamado nuvem de elétrons. Uma nuvem de elétrons é uma área do espaço em que é provável que um elétron seja encontrado. É como um gráfico 3-D que mostra a probabilidade de encontrar o elétron em cada local no espaço.
A mecânica quântica também nos diz que uma partícula tem certos números (chamados de números quânticos) que representam suas propriedades. Assim como os materiais podem ser duros ou macios, brilhantes ou opacos, as partículas têm números para descrever as propriedades. Isso inclui os números quânticos orbitais de uma partícula, o número quântico magnético e seu spin. Dois elétrons em um átomo não podem ter exatamente os mesmos números quânticos.
Os números quânticos orbitais indicam em que nível de energia o elétron está. No modelo de Bohr, isso representa a altura em que a órbita está acima do núcleo; órbitas mais altas têm mais energia. A primeira órbita é n = 1, a segunda é n = 2 e assim por diante. O número quântico magnético é apenas um número que representa para qual direção o elétron está apontando. A outra propriedade importante da mecânica quântica, chamada spin, está relacionado ao fato de que os elétrons vêm em pares. Em cada par, um elétron gira para um lado (com um spin da metade) e o outro elétron gira para outro lado (com um spin negativo da metade). Dois elétrons com o mesmo spin não podem existir como um par. Isso pode parecer meio aleatório, mas tem efeitos em termos de como o material magnético é. Os materiais que têm elétrons desemparelhados têm maior probabilidade de serem magnéticos.
Embora o modelo da mecânica quântica do átomo seja mais abstrato e complexo, é uma imagem muito mais precisa de como os átomos funcionam. Por causa disso, nos permite fazer melhores previsões sobre como as partículas se comportarão quando tentarmos interagir com elas. Usamos a mecânica quântica para criar TVs de tela plana, sensores de câmera e computadores, portanto, conhecer a mecânica quântica é muito útil.
Resumo da lição
Tudo ao seu redor é feito de átomos , que são os blocos de construção do universo feitos de prótons e nêutrons dentro de um núcleo central, rodeado por elétrons em órbita. Esses itens contêm partículas menores: prótons e nêutrons no núcleo e elétrons orbitando do lado de fora, como um modelo do sistema solar, conhecido como modelo planetário . Este modelo clássico do átomo é simplificado. Depois do modelo de Bohr , no qual os elétrons só podem orbitar com quantidades específicas de energia, a mecânica quântica (a física dos muito pequenos) entrou na briga para nos dizer que saber a posição exata e o movimento das partículas minúsculas é impossível. O melhor que podemos saber são as probabilidades.
O modelo da mecânica quântica do átomo nos diz que os elétrons orbitam o átomo de maneiras aleatórias e retrata o átomo como estando rodeado por uma nuvem de elétrons contendo todos os lugares possíveis em que o elétron pode estar. A nuvem de elétrons , uma área do espaço em que é provável que um elétron seja encontrado, representa a probabilidade de encontrar um elétron em diferentes lugares do espaço, como um mapa 3-D. A mecânica quântica também fornece números quânticos orbitais de elétrons, números quânticos magnéticos e spins. Os números quânticos orbitais informam a que altura da órbita (em qual nível de energia) o elétron está, enquanto o número quântico magnéticoé apenas um número que representa para qual direção o elétron está apontando. E também sabemos que os elétrons vêm aos pares, cada um com spins opostos , o que está relacionado ao fato de que os elétrons vêm aos pares. Saber disso nos permite prever as propriedades de um material e construir todos os tipos de tecnologia impressionante.
Termos chave
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Átomos – os blocos de construção do universo; composto de prótons e nêutrons dentro de um núcleo central, rodeado por elétrons em órbita
Modelo planetário – um modelo do átomo que aparece como um sistema planetário com o núcleo atuando como o sol e os elétrons atuando como planetas
Modelo de Bohr – uma versão mais detalhada do modelo planetário em que os elétrons só podem orbitar com quantidades específicas de energia; em homenagem ao físico Neils Bohr
Mecânica quântica – as regras da física que governam as partículas mais ínfimas
Nuvem de elétrons – uma área do espaço em que é provável que um elétron seja encontrado
Números quânticos orbitais – números que podem ser usados para determinar o nível de energia do elétron
Número quântico magnético – um número que representa a direção para a qual o elétron está apontando
Spin – uma importante propriedade da mecânica quântica; ou seja, que os elétrons vêm em pares
Resultados de Aprendizagem
Aprenda sobre o modelo da mecânica quântica por meio desta lição para que você possa:
- Liste os três modelos principais que foram usados para representar átomos
- Explique as regras que podem ajudar a determinar onde estão os elétrons de um átomo