Descubra os principais cálculos de estrutura atômica, incluindo os modelos de Bohr e Schrödinger, e como a mecânica quântica aprofunda nossa compreensão dos átomos.
Introdução
A estrutura atômica é um campo importante no estudo da física e da química. Compreender a estrutura dos átomos nos permite entender como os elementos químicos se comportam e interagem entre si. Existem diferentes métodos e cálculos utilizados para determinar a estrutura atômica, cada um com suas próprias características e aplicações.
1. Modelo de Bohr
O modelo de Bohr é um dos modelos mais conhecidos e amplamente utilizados para descrever a estrutura atômica. Proposto por Niels Bohr em 1913, esse modelo descreve o átomo como um núcleo central positivo, contendo prótons e nêutrons, ao redor do qual elétrons orbitam em camadas ou níveis de energia específicos.
Segundo o modelo de Bohr, os elétrons podem ocupar apenas certos níveis de energia quantizados. Cada nível de energia corresponde a uma órbita ao redor do núcleo, e os elétrons podem saltar de um nível para outro, emitindo ou absorvendo energia na forma de fótons.
Embora o modelo de Bohr tenha sido uma grande contribuição para o entendimento da estrutura atômica, ele possui algumas limitações. Não consegue explicar completamente o comportamento dos átomos com mais de um elétron e não leva em consideração a natureza ondulatória dos elétrons.
2. Modelo de Schrödinger
O modelo de Schrödinger é uma teoria quântica que descreve a estrutura atômica com base nas propriedades ondulatórias dos elétrons. Proposto por Erwin Schrödinger em 1926, esse modelo utiliza equações matemáticas chamadas equações de Schrödinger para descrever a distribuição de probabilidade dos elétrons em torno do núcleo atômico.
De acordo com o modelo de Schrödinger, os elétrons são descritos como ondas de probabilidade que ocupam regiões do espaço chamadas orbitais. Esses orbitais são representados por funções matemáticas conhecidas como funções de onda. A distribuição de probabilidade dos elétrons é representada pelo quadrado da função de onda, conhecida como densidade eletrônica.
O modelo de Schrödinger é mais abrangente e preciso do que o modelo de Bohr, sendo capaz de descrever a estrutura atômica de átomos com vários elétrons. Ele fornece informações detalhadas sobre a distribuição de elétrons em diferentes orbitais e níveis de energia.
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3. Modelos de mecânica quântica
Além do modelo de Schrödinger, existem outros modelos e cálculos baseados na mecânica quântica que são utilizados para descrever a estrutura atômica com ainda mais precisão. Esses modelos levam em consideração interações mais complexas entre os elétrons e fornecem informações detalhadas sobre as propriedades dos átomos.
Um dos modelos mais utilizados é a teoria do orbital molecular (TOM). Nesse modelo, os elétrons são descritos como orbitais moleculares, que são combinações lineares das funções de onda dos elétrons individuais. A TOM permite descrever as ligações químicas e a distribuição de elétrons em moléculas complexas.
Outro modelo importante é a teoria do funcional da densidade (DFT), que utiliza a densidade eletrônica como uma variável fundamental. Em vez de calcular as funções de onda dos elétrons, a DFT se concentra na densidade eletrônica e na energia total do sistema. Esse modelo é amplamente utilizado em estudos de materiais e simulações computacionais.
Além desses, existem muitos outros cálculos e métodos avançados, como a teoria do campo autoconsistente (SCF), a teoria de Hartree-Fock e a teoria do funcional da densidade dependente do tempo (TDDFT). Cada um desses modelos e métodos tem suas aplicações específicas e complexidades matemáticas, mas todos têm como objetivo compreender a estrutura atômica e as propriedades dos átomos e moléculas.
Em resumo, a estrutura atômica é investigada por meio de diferentes modelos e cálculos, desde o modelo de Bohr até os avançados modelos de mecânica quântica. Cada um desses modelos proporciona uma compreensão mais profunda dos átomos e das interações entre os elétrons, permitindo avanços significativos na física, na química e em diversas áreas científicas.
