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Atividade 1: Átomo de Bohr Professor: Gabriel Henrique Silva Ribeiro Disciplina: Química Aluno(a): Turma: 9º Ano Introdução A descrição de Bohr para o átomo de hidrogênio considera que o elétron gira em torno do núcleo em órbitas bem determinadas. Bohr postulou que estas órbitas são estáveis, ou seja, não há emissão de radiação pelo elétron, contrariando o que previa a teoria eletromagnética. A determinação das órbitas foi feita por Bohr ao estender as ideias da quantização da energia para o átomo de hidrogênio. Dessa forma, cada órbita que o elétron pode ocupar está associada uma determinada energia. A energia de cada órbita pode ser obtida pela relação abaixo, obtida a partir da teoria de Bohr: Nesta equação o termo representado por N é definido como o número quântico principal, o qual define o nível de energia do elétron, ou seja, sua órbita em torno do núcleo. A constante representada por (Joule) é a energia do estado fundamental. Na figura abaixo, à esquerda, apresentamos uma maneira de representar as órbitas que o elétron pode ocupar no átomo de hidrogênio. À direita temos uma representação dos níveis de energia associados a cada uma das órbitas. O nível de energia mais baixo, N=1, é denominado de estado fundamental. Os demais níveis apresentam energia mais elevadas e são denominados de estados excitados. A distância entre os níveis, indicados na figura acima, a direita, procura representar a diferença de energia entre os níveis. No modelo de Bohr o elétron somente pode “saltar” para níveis de energia mais elevados se absorver energia na forma de radiação, ou seja, se absorver fótons de luz. A energia destes fótons deve ser exatamente igual a diferença de energia entre os níveis envolvidos no “salto” do elétron. Após receber um fóton de luz e saltar para um nível superior de energia (estado excitado), após algum tempo o elétron decai espontaneamente para algum nível de energia inferior, emitindo um fóton com energia exatamente igual a diferença de energia entre os dois níveis envolvidos na transição. Habilidade Reconhecer as características do modelo atômico de Bohr. Orientações Ir em h ttps://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/hydrogen-atom/latest/hydrogen-atom.html e responder as perguntas abaixo. Questões 1. Empregue a equação da energia dos níveis atômicos para o átomo de hidrogênio para calcular as energias associada ao elétron nas órbitas de 1 a 6. Organize os resultados encontrados na tabela abaixo: Energia (J) dos 6 primeiros níveis = = = = = = 2. Qual é a energia mínima necessário para que o elétron saia do estado fundamental? Explique: 3. Considerando apenas os níveis de 1 a 6, (a) qual é a transição que envolve a maior energia? (b) e a menor? 4. (a) Dentre os níveis considerados, qual é a transição que emite o fóton de maior energia? (b) Qual o valor correspondente a maior energia? (c) Aplicando a equação de Einstein para a energia do fóton, determine a frequência da onda eletromagnética a ele associada. Na figura que segue está representado espectro de emissão do átomo de hidrogênio, obtido a partir da simulação, após algum tempo de funcionamento. Espectroscopia Constatamos que o átomo de hidrogênio emite radiações na faixa do visível, ou seja, seu espectro apresentar raias coloridas, como indicado acima (vermelho, ciano, azul e violeta). Contudo, para excitar o átomo de hidrogênio e necessária a absorção de radiação na faixa do ultravioleta, obrigatoriamente. 5. Na figura acima estão representadas as linhas espectrais de emissão para o átomo de hidrogênio. (a) Nesta figura, para uma dada linha espectral, o que representa cada uma das “bolinhas” ali indicadas? 6. Supondo que a simulação represente corretamente o átomo de hidrogênio, qual das linhas coloridas do espectro deste átomo seria mais brilhante quando vista pelo espectroscópio? Justifique com base na simulação. 7. Pensando em termos de probabilidade, o que representa a quantidade de “bolinhas” em cada uma das linhas espectrais do átomo de hidrogênio? 8. Considere que o elétron esteja no estado fundamental (N=1). O que ocorrerá se irradiamos o átomo de hidrogênio com fótons de energia igual a 1,68 x J? Eles serão absorvidos? Explique: 9. O que difere uma transição eletrônica em que o elétron salto do nível 2 para o nível 3 (2 → 3) de outra em que o elétron salto do nível 3 para o nível 2 (3 → 2)? Explique: 10. Considere que o elétron se encontra no nível de energia N=2. (a) Quais são as transições que podem ocorrer a partir deste nível de energia? (b) Indique se nessas estas transições ocorrerá absorção ou emissão de fótons. Explique: Conclusão