Fundamentos da Mecânica Quântica e Estrutura Atômica
Classificado em Física
Escrito em em 
com um tamanho de 5,56 KB
1. O Átomo e a Espectroscopia
Em 1860, Kirchhoff e Bunsen descobriram uma técnica especial de análise espectroscópica, que consistia em evaporar diferentes substâncias através de uma chama quente, observando a luz emitida em diferentes cores. O conjunto de linhas é chamado de espectro de emissão, e cada elemento possui o seu próprio. A complexidade e singularidade dos espectros refletem a estrutura de seus átomos.
Tubos de Descarga e Raios Catódicos
O físico britânico J.J. Thomson (1856-1940) anunciou em 1897 que os raios catódicos eram constituídos de matéria, desviando-se por campos elétricos e magnéticos na direção esperada para partículas carregadas negativamente. Ele concluiu que os raios catódicos são formados por partículas carregadas eletricamente, chamadas de elétrons.
Conclusões de Thomson
- Os elétrons estão presentes em todas as substâncias.
- A massa do elétron é milhares de vezes menor que a esperada para os átomos.
O elétron foi a primeira partícula subatômica descoberta. No século XX, foram descobertos o próton (1919) e o nêutron (1932), permitindo uma compreensão mais precisa da constituição do átomo.
2. Luz e Teoria Eletromagnética
Newton (1642-1727) indicou que a luz era um feixe de partículas, enquanto Huygens (1629-1695) propôs uma natureza ondulatória. Em 1801, Young demonstrou a difração da luz, consolidando a teoria ondulatória até o início do século XX.
Definição de Onda
Uma onda é a propagação de uma perturbação onde a energia vibracional é transmitida, mas não a matéria. É caracterizada pela amplitude (A), comprimento de onda (λ) e frequência (f). A relação é dada por f = v / λ. No vácuo, a velocidade é representada por c.
Teoria Eletromagnética de Maxwell
J.C. Maxwell (1831-1879) propôs que a luz é uma onda eletromagnética. Posteriormente, H. Hertz (1857-1894) detectou essas ondas. O espectro eletromagnético abrange as frequências da radiação, onde a luz visível ocupa apenas uma pequena área.
3. Origens da Teoria Quântica
Fatos experimentais levaram ao desenvolvimento da teoria quântica e da relatividade.
Radiação de Corpo Negro
A radiação térmica depende da temperatura e das características do corpo. O "corpo negro" é um emissor e absorvedor perfeito. A energia emitida é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta. O fracasso da física clássica em explicar esse fenômeno foi chamado de "catástrofe do ultravioleta".
Hipótese de Planck e Efeito Fotoelétrico
Max Planck propôs que a energia não é emitida continuamente, mas em pacotes chamados quanta (E = h · f). Em 1905, Einstein explicou o efeito fotoelétrico sugerindo que a luz consiste em partículas chamadas fótons.
Caráter Dual da Luz
A luz apresenta uma natureza dual: onda e partícula. A relação matemática é dada pela equação de De Broglie: λ = h / p.
4. Espectros Atômicos e Modelo de Bohr
Um espectro atômico é o conjunto de frequências de luz emitidas ou absorvidas por uma substância. Em 1911, Rutherford propôs um núcleo positivo com elétrons orbitando, mas seu modelo era instável segundo a física clássica.
Postulados de Bohr
- Os elétrons orbitam o núcleo em estados estacionários sem emitir energia.
- O momento angular é um múltiplo inteiro de h / 2π.
- Elétrons saltam entre órbitas absorvendo ou emitindo energia.
Níveis de Energia no Hidrogênio
O átomo atinge estabilidade máxima no estado fundamental (n=1). Estados com n > 1 são chamados de níveis excitados. Se n for muito alto, o átomo é ionizado.
5. Mecânica Quântica e Equação de Schrödinger
Em 1924, De Broglie sugeriu que o elétron se comporta como uma onda estacionária. Em 1926, Schrödinger propôs a função de onda, onde o quadrado do seu valor indica a probabilidade de encontrar o elétron em uma região do espaço, denominada orbital atômico. O Princípio da Incerteza de Heisenberg reflete as limitações fundamentais em determinar simultaneamente a posição e a velocidade de uma partícula.