Química > Básica > Mecânica quântica

Intro

Você pode achar estranho que esse capítulo seja incluído na seção de física básica, mas já se verá que as ideias que usaremos são simples. Juntamente coma teoria da relatividade do Einstein, a mecânica quântica constitui a física moderna, onde algumas falhas da física clássica, nos limites do muito pequeno ou do muito rápido, são corrigidas.

É devido à mecânica quântica que temos as camadas de elétrons nos átomos. A razão para isso é que não existe quantidade de energia menor que um átomo de energia, ou quantum, que é a distância entre duas camadas sucessivas. Veja que os planetas podem estar em qualquer posição, eles não precisam andar em camadas. A mecânica quântica explica também muitas outras coisas, como por exemplo a questão sobre os elétrons colapsarem no núcleo do átomo, causando o fim do mesmo (isto é explicado pelo princípio da incerteza).

O fóton é o quantum de energia luminosa, ou seja a luz se propaga em pacotes e portanto é uma partícula. Mas dependendo da experiência, a luz pode também se comportar como uma onda, como é o caso nos fenômenos de refração e interferência estudados em física (óptica). Em química usaremos mais a concepção de partícula.

Essa dualidade onda -partícula não é exclusiva da luz. Qualquer partícula, suficientemente pequena também exibe esta curiosa dualidade. Elétrons, por exemplo, comportam-se como ondas em aparelhos como o microscópio eletrônico, onde eles substituem a luz e por serem capazes de comprimentos de onda ainda menores que os da luz, permitem ver coisas ainda menores, como detalhes de estruturas dentro de uma célula .Pense em como são as lentes do microscópio eletrônico... de vidro?

Cada órbita do átomo comporta um certo número de elétrons, e mais órbitas são necessárias se temos muitos elétrons. Órbitas mais externas podem também ser ocupadas quando os elétrons são excitados (por luz ou calor, por exemplo), e “pulam” para órbitas mais externas e depois voltam emitindo fótons. A energia da luz emitida, e portanto a cor, dependem do tamanho do pulo. Pulos maiores emitem fótons maiores, que são os de cores violeta. A sequência é aquela do arco-íris. à mediada que se desloca para o vermelho, a energia do fóton vai diminuindo. Cada elemento possui órbitas com diferentes energias , e portanto a luz que emite é como uma impressão digital deste. Os elementos energizados (com uma chama por exemplo) emitem suas cores características. Eu mostro essa experiência de física atômico em vídeo, juntamente com animação mostrando o pulo do elétron e a volta emitindo fóton:

A luz emitida pelas estrelas e nebulosas também pode ser analisada e por isso sabemos a composição química do universo . O elemento hélio, por exemplo, foi descoberto no sol antes do que na terra, e por isso seu nome (helios em grego é sol).

O cor de rosa da nebulosa de Órion (nuvem de poeira), abaixo, deve-se a elétrons pulando da terceira para a segunda camada do átomo de hidrogênio.

Foto da nebulosa de Órion - cortesia: NASA

Os cálculos de mecânica quântica, envolvendo a energia do fóton, por exemplo, são apresentados aqui: FUVEST-física moderna