O Modelo Atômico Atual [Mapa Mental] - Princípios Básicos da Mecânica Quântica

Imagine um ventilador parado. Podemos dizer  exatamente onde cada pá está, certo? !

Porém, se o ventilador estiver ligado, com as pás em  movimento, não podemos dizer onde elas estão em qualquer que seja o instante. A única coisa  que sabemos é que elas descrevem uma região onde há probabilidade de encontrá-las. O modelo  atômico atual é mais ou menos isso.

Veremos que ele é um núcleo com nuvens eletrônicas  ao redor que representam a probabilidade de encontrar os elétrons nesta região. Até o início do século XX, a mecânica newtoniana era capaz de descrever a dinâmica  de todos os corpos. Quero dizer, quase todos.

As leis de newton funcionavam muito bem para  corpos macroscópicos. Já quando se tratavam de partículas microscópicas tais como o elétron num  átomo, isso não funcionava muito bem. Mesmo assim, Bohr conseguiu propor um modelo que superava as  expectativas.

Pra quem não lembra, no modelo de Bohr, o átomo possui um núcleo no qual o elétron  gira ao redor dele em órbitas estacionárias com energia constante e quantizada, podendo ter  até 7 níveis de energia ou camadas eletrônicas. Esse modelo tinha dois problemas principais: O primeiro é que esse modelo só funcionava para átomos com um único elétron, chamados átomos  hidrogenoides. Átomos com dois eletrinhos que seja já era.

Ou seja, aquela trabalheira toda  de Bohr explicava apenas um elemento da tabela periódica. Para todo o resto, falhava feio. O segundo problema é que mesmo Bohr dando uma explicação para átomos hidrogenoides, ele usou  a física clássica para descrever um fenômeno quântico, pois tratou o elétron somente como  partícula para descrever o seu movimento.

E para fazer isso, a solução dele não partia  do zero, ele fez uma imposição matemática, dizendo que o momento angular do elétron precisava  ser quantizado em h/2pi que era a constante de planck. E por que precisava? Bohr não tinha essa  resposta.

Por isso, do ponto de vista científico, o átomo de Bohr ainda tinha uma falha grave. Ele usou a teoria correta, a quântica, mas justificou com a matemática ‘errada’, o que  é muito compreensivo, pois a matemática que poderia explicar o fenômeno não existia.  Ela teve que ser criada e desenvolvida.

Assim surgiu a nova ferramenta que deu origem  ao modelo atômico atual, a mecânica quântica. Então, vamos aos conceitos mais simples. A luz é uma radiação eletromagnética com propriedades ondulatórias, com campo elétrico  e magnético, porém Einstein provou que ela também se comporta como partícula, ou seja,  matéria, ao explicar o efeito fotoelétrico, no qual uma radiação de determinada frequência  é capaz de remover elétrons de uma superfície metálica.

Esse fenômeno só poderia ocorrer  por meio da colisão entre partículas, isto é, a luz também apresenta característica corpuscular. Quase ao mesmo tempo o físico Francês, Louis De Broglie propôs o inverso de Einstein. Toda matéria  pode se comportar como onda.

No mundo macroscópico não conseguimos observar este fenômeno. Porém  isso foi comprovado por Davisson e Germer em 1927 com experimentos de difração de elétrons. O  fenômeno de difração é exclusivo de ondas, logo o elétron em sua propagação se comporta como onda.

Portanto, o elétron interage como partícula e se propaga como onda apresentando assim um  comportamento dual: Onda-partícula. Essa dualidade impede que a gente possa prever a sua posição  e velocidade simultaneamente com precisão. É simples de entender se compreendemos o processo de  medição.

Para enxergarmos a posição de um elétron, a luz do microscópio precisa colidir com a  partícula e refletir para chegar aos nossos olhos. É assim que enxergamos, mas a treta é  que os elétrons são muito pequenos, de massa muito pequena, após a luz colidir então fará  com que ele seja empurrado para alguma direção, modificando a sua velocidade. A própria medição da  posição altera a sua velocidade e consequentemente o seu momento.

Essa impossibilidade de medição  precisa é o princípio da incerteza de Heisenberg, say my name, quem lembra deixa um salve. E Esses  são os conceitos básicos da mecânica quântica. Ela prevê a impossibilidade de descrever  as propriedades do elétron com precisão, por isso o modelo passou a ser probabilístico. 

Em vez de tentar encontrar a posição e o momento da partícula, a ideia seria encontrar uma  equação que fornecesse todas as informações sobre o sistema. E como isso foi possível? Em 1927, E.

Schrodinger propõe essa equação, cuja ideia vem dessa equação geral. Ela apresenta  um operador que opera uma função qualquer e como resultado devolve um auto valor (observável)  e a própria função, chamada auto função. É como se as funções fossem instrumentos para  obtermos aquilo que quisermos a respeito delas.

Por exemplo, Você é um operador da sua mente.  Você a usa estudar e aprender alguma coisa, como resultado, você obtêm o conhecimento sobre  determinado assunto e a sua mente continua lá disponível, ela foi apenas um instrumento  utilizado por você. O conhecimento não é você, ele apenas faz parte de você. 

Assim funcionam essas operações. A ideia da equação de Schrodinger é a mesma. Só  que essas funções são chamadas de funções de onda, representados pela letra grega  psi.

E os operadores quânticos podem ser posição, momento, energia, etc. Esses operadores podem descrever propriedades de qualquer partícula, mas, especificamente, o  intuito é descrever as propriedades do elétron, e para isso utilizou-se o operador hamiltoniano,  representado pela letra H, que é capaz de gerar como auto valor a energia do sistema para uma  partícula, que em sua forma integral fica assim. Essa parte corresponde à energia cinética  e esta, à energia potencial.

Portanto, se quisermos determinar a energia de um sistema  precisamos resolver a equação de Schrodinger. Já a função de onda propriamente dita  não apresenta significado físico, porém Marx Bohr usando interpretação  estatística prova que o quadrado da função de onda multiplicada pela distância  dx representa a densidade de probabilidade de encontrar uma partícula numa determinada região.  Graficamente seria essa área a probabilidade de encontrar a partícula, no caso o elétron.

Ao fazer isso nas funções que são soluções da equação de Schrodinger, obtemos o que  chamamos de orbitais atômicos. Cada orbital s, p, d e f possui as suas características e formatos  com base em equações matemáticas que os descrevem. Lembre-se disso, assim como um ventilador ligado,  onde a posição das pás estão indeterminadas, o modelo atômico atual é descrito por  nuvens eletrônicas que fornecem a região de probabilidade de encontrar os elétrons,  desenhados em forma de orbitais atômicos.

Bom, isso na verdade é uma introdução ao modelo  atômico atual. Mesmo assim espero que vocês tenham gostado. Um abraço e até o próximo vídeo.

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