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Curso: Biblioteca de Física > Unidade 17
Lição 2: Átomos e elétrons- Comprimento de onda de De Broglie
- Função de onda quântica
- Níveis de energia atômica
- Modelo de raios de Bohr (derivação usando física)
- Modelo de raios de Bohr
- Níveis de energia do modelo de Bohr (derivação usando física)
- Níveis de energia do modelo de Bohr
- Absorção e emissão
- Espectro de emissão do hidrogênio
- Modelo de Bohr do hidrogênio
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Níveis de energia atômica
Como um átomo pode absorver e emitir fótons de valores específicos e como determinar os valores permitidos.
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- No minutofoi dito que se houverem fotons com níveis de energia diferentes do necessário para um salto quântico o elétron não absorve essa energia. Mas no minuto 2:34é dito que um o elétron absorve eV mesmo que num nível de energia superior ao necessito para um próximo salto quântico. Pode explicar melhor isso? 07:12(1 voto)
- , os eletrons que absorvem esses fotos são os da camada de valência ou pode ser qualquer eletron ? Obrigado desde ja. 2:40(1 voto)
- Pela informação que adquiri através do video, a resposta é depende. Por que? Veja, se um foton incidente tem uma certa quantidade de eletron-volt, somente um determinado eletron vai poder absorver essa energia, se ela for a quantidade discreta para que aconteça o salto quantico. Pois bem, assim sendo, pode ser qualquer eletron.
Obs: Sujeito a correção, não possuo dominio sobre este assunto, estou apenas exibindo meu ponto de vista após a interpretação do video.(1 voto)
Transcrição de vídeo
RKA13JL - E aí,
pessoal, tudo bem? Agora vamos ver um vídeo
a respeito de energia atômica e temos aqui um modelo simplificado
de um átomo com o núcleo no centro, onde temos os
prótons e os nêutrons. E, na maioria das vezes,
eles ficam parados. A estrela do nosso show é o elétron,
ele faz todas as coisas interessantes, como se movimentar,
pular e ligar-se a outros átomos. As linhas tracejadas representam
os diferentes níveis de energia que esse elétron pode ter
enquanto está no átomo. E podemos representar isso
com um diagrama, ele nos dá uma maneira de mostrar
a energia do elétron sem ter que desenhar um átomo
com um monte de círculos o tempo todo, e digamos que esse átomo simulado tenha
níveis de energia eletrônica de 0 elétron-volt, 4 elétron-volts,
6 elétron-volts e 7 elétron-volts. Note que mover para a
esquerda ou para a direita em um diagrama de nível de energia não significa
nada, então tecnicamente não há eixo "x", mas desenhamos apenas
para ficar mais fácil a visualização. Tudo o que importa
é o nível de energia. Observe que o elétron
para o nosso átomo hipotético só pode existir com
0, 4, 6 e 7 elétron-volts, o elétron não pode existir
entre níveis de energia, sempre tem que
estar em um certo nível. Então vamos dizer que o nosso elétron
começa com 0 elétron-volt, e note que o nível mais baixo de energia
que um elétron pode ter em um átomo é chamado de
estado fundamental. E como podemos mover esse elétron desse
nível mais baixo para níveis mais altos? Precisamos dar mais energia a ele
e sabemos como fazer isso. E se um fóton
com a energia certa atingir um elétron, esse elétron vai absorver
toda a energia do fóton e saltar para um nível
de energia mais alto, e o elétron no estado fundamental precisa de 0
elétron-volt para saltar para o próximo nível de energia. Isso significa que, se um fóton que tivesse uma energia
de 4 elétron-volts entrasse e atingisse o elétron, esse elétron absorveria a energia
do fóton, fazendo-o desaparecer, e, com isso, o elétron pularia
para o próximo nível de energia, e que chamamos
de "primeiro estado excitado". E uma vez que o elétron esteja nesse estado de
energia, ele não vai ficar por muito tempo. Os elétrons, sempre
quando têm a chance, vão cair para o nível
de energia mais baixo possível. Nesse caso, ele voltará para o estado fundamental
e cederá 4 elétron-volts de energia. E uma maneira de fazer isso
é emitindo um fóton. Então, depois de cair para
o estado fundamental, o elétron vai emitir
um fóton de 4 elétron-volts, e, claro, ele não precisa pular
apenas um nível de energia por vez, tá? Se um estiver aqui no estado fundamental
e absorver um fóton 6 elétron-volts, ele vai saltar até o nível
de energia de 6 eV. Nesse momento, o elétron está em um nível de energia
mais alto e tentará voltar a níveis mais baixos. E existem algumas
maneiras de fazer isso: ele pode ir direto
para o nível fundamental emitindo um fóton
de 6 elétron-volts no processo, mas também pode cair para um nível
anterior de energia, o de 4 eV, emitindo um fóton
de 2 eV no processo. Nesse caso, o elétron perdeu
2 eV, ou seja, 2 elétron-volts. Depois disso, ele volta para o estado fundamental,
emitindo um fóton de 4 eV no processo. Às vezes, os elétrons baixam vários níveis
de energia ao mesmo tempo, e outras vezes
baixam um nível por vez. Mas, independentemente do que fazem,
a energia do fóton é sempre igual à diferença nos níveis
de energia do elétron. E se o nosso elétron estiver no estado fundamental
e emitirmos sobre ele um fóton de 5 elétron-volts? Se isso acontece, agora ele tem 5 eV de energia,
mas não é um nível de energia permitido. Então, ele não pode
absorver esse fóton. E, nesse caso, o fóton
passará direto pelo átomo. Lembre-se de que o elétron em um átomo precisa
absorver toda a energia do fóton ou nenhuma. Ele não pode absorver
parte dessa energia. Com isso entendido, podemos descobrir todos os
fótons possíveis que esse elétron pode absorver. Se ele estiver no
estado fundamental, ele pode absorver um fóton de 4 elétron-volts,
um de 6 eV ou um de 7 eV. Se ele estiver no
segundo nível de energia, também chamado
de primeiro estado excitado, o elétron pode absorver um fóton
de 2 eV ou um fóton de 3 eV. Mas se ele estiver
no terceiro nível de energia, o que chamamos de
segundo estado excitado, o elétron pode absorver
um fóton de 1 eV. Esses são os únicos fótons
que esse elétron pode absorver, fótons de 2,5 eV passarão direto, fótons de 5 eV passarão
direto e fótons de 6,3 eV também passarão direto. O que significa que, se você tivesse uma luz com
todos os comprimentos de onda possíveis passando através de um gás composto
desses nossos átomos, alguns seriam absorvidos e depois
espalhados em direções aleatórias. Isso se manifestaria
como linhas escuras no espectro, comprimentos de ondas ausentes
ou níveis de energia ausentes, que correspondem às energias dos fótons
que o nosso elétron pode absorver. É como uma impressão digital de um átomo
e que é chamada de espectro de absorção. Se você visse essa progressão
de linhas escuras, nessas posições exatas, saberia que o gás para que você estava olhando era
composto pelo menos em parte do nosso átomo hipotético. Isso permite que os astrônomos determinem
de que material nosso universo é feito, mesmo que não possamos chegar perto
o suficiente para coletar uma amostra. Tudo o que temos que fazer
é coletar luz de uma estrela ou um quasar distante que brilhe
através das coisas que nos interessam. E, então, determinar quais comprimentos
de onda ou energia foram retirados. Claro que é um
pouco mais confuso, mas, com isso, os astrônomos têm uma
importante ferramenta à sua disposição. Então, o espectro de absorção nada mais é do que todos
os comprimentos de onda ou energias que um átomo absorverá
da luz que passa por ele. E também temos os
espectros de emissão, que nada mais são do que todos
os comprimentos de onda ou energias que um átomo emitirá devido à queda
de elétrons nos níveis de energia. Você poderia passar por todas as
possibilidades de um elétron e cair novamente, mas obteria exatamente
as mesmas energias para obter o espectro de emissão que obteve
para o espectro de absorção. Então, em vez de deixar a luz passar através de
um gás composto de seus átomos hipotéticos, agora você tem um recipiente
com esses mesmos átomos. E digamos que uma corrente
elétrica passasse através dele excitando os elétrons
para níveis de energia maiores e que depois caiam para os
níveis mais baixos de energia. Isso acontece
nas luzes de neon, ou se você está em
uma aula de ciências, é o que acontece nos tubos
de descarga de gás. Então, para o
espectro de emissão, em vez de ver todo o espectro eletromagnético,
com algumas linhas faltando, você vê apenas um monte de linhas que correspondem
às energias desses fótons que o átomo emitirá. E eu tenho que
ser honesto sobre algo. Se algum físico estiver vendo este vídeo,
provavelmente, está se remoendo, porque as energias que os elétrons
têm em um átomo não são positivas. Nesse caso,
são todas negativas, isso porque o elétron
está ligado ao átomo, qualquer coisa que esteja ligada a uma
outra gera energias totais negativas. Isso é análogo a uma bola presa
no fundo de uma vala. Se a bola não está se movendo,
então ela não tem energia cinética. E se assumirmos
que o nível é "h" igual a zero, então essa bola tem uma energia
potencial gravitacional negativa e, com isso, ela vai
ficar presa na vala. Agora, se alguém der uma energia suficiente
para que tivesse energia total positiva, a bola poderia
sair da vala. E para que nosso
átomo seja mais realista, vamos subtrair 10 elétron-volts
de cada nível de energia, isso porque para que o elétron passe do estado fundamental
de -10 eV para o primeiro estado excitado de -6 eV, ainda vai ser necessário
um fóton de 4 elétron-volts. E muitas pessoas se confundem com o
sinal negativo, então tome muito cuidado. E para encontrar a energia
do fóton que foi absorvida ou emitida, você sempre pega
o nível de energia mais alto e subtrai dele o nível
de energia mais baixo. Então, nesse caso, pegamos -6 eV
e subtraímos por -10 eV, o que nos mostra que será necessário um fóton de
4 eV para elevar um elétron até esse nível de energia, e o elétron emitiria um fóton de
4 eV se desceu desse nível. Outra coisa não realista
a respeito do nosso átomo hipotético é que, átomos reais não parariam apenas em -3 eV
para o nível de energia mais alto, tá? Átomos reais têm níveis de energia que se aproximam
cada vez mais à medida que você se aproxima de 0 eV. E o que acontece quando um elétron recebe
uma energia maior do que 0 eV? Se isso acontece,
significa que ele tem energia positiva, o que significa que o elétron
não está mais ligado ao átomo, estará livre para
sair e desaparecer. Com isso, o átomo
se torna ionizado. Então, se um elétron, por exemplo, começa no nível
de energia de -4 eV e absorve um fóton de 7 eV, agora ele vai ter uma energia total de 3 eV positivos,
e, com isso, se desprenderá do átomo e sumirá. E eu espero que esta aula tenha ajudado
vocês, e até a próxima, pessoal.