Interações Atômicas e Moleculares
Lista 1
Espectros e modelos atômicos
1. Questões
Descreva a experiência de Franck-Hertz e discuta seus resultados. O que foi observado nesta experiência corrobora com qual dos modelos atômicos?
Lista 1
Espectros e modelos atômicos
Passo 1
Beleza, aqui a gente precisa descrever a tal experiência de Franck‐Hertz, discutir o que rolou de resultado e dizer qual modelo atômico ficou mais “de boas” com esses resultados. O conteúdo é de espectros e modelos atômicos – em especial quantização de níveis de energia e como isso aparece nos experimentos.
Passo 2
Antes de qualquer coisa, vamos ver o “setup” do Franck‐Hertz:
- Você tem um bulbo com vapor de mercúrio (Hg).
- Dentro dele, um filamento que esquenta e solta elétrons (catodo).
- Esses elétrons são acelerados por um campo elétrico até uma grade coletora.
- Quando eles atravessam o vapor, podem colidir nos átomos de Hg e perder energia.
- Medimos a corrente de elétrons que chega ao coletor em função da tensão de aceleração
.
Passo 3
O que o experimento mostra?
- Se a tensão
está baixa demais, os elétrons não têm energia suficiente pra excitar nenhum átomo, então a corrente cresce conforme aumenta . - Chega uma certa tensão (perto de 4,9 V), os elétrons começam a colidir “inelasticamente” com o Hg, transferindo exatamente 4,9 eV pros átomos. Aí a corrente cai de repente.
- Se você continuar subindo
, a corrente volta a subir até próximo de 9,8 V, e aí de novo cai, e assim por diante. Ou seja, você vê picos e vales com distância de cerca de 4,9 V entre eles.
Passo 4
Por que isso rola? A teoria é simples e vem direto do modelo de níveis de energia quantizados:
- No átomo de mercúrio, existe um nível excitado que fica a 4,9 eV acima do estado fundamental.
- Quando o elétron colide e tem pelo menos essa energia, ele “pulsa” o elétron interno do Hg pra esse nível. A energia mínima transferida é
- Se o elétron não atinge esses 4,9 eV, ele só faz colisões elásticas e a corrente segue crescendo.
Passo 5
O que isso confirma? Que a energia nos átomos vem em “pacotinhos” bem definidos, e que existem níveis fixos. Isso casa exatamente com o modelo de Bohr, que previa transições quantizadas e emitia ou absorvia fótons com energia
.
Resposta
A experiência de Franck‐Hertz confirma o modelo atômico de Bohr, mostrando de forma clara a quantização dos níveis de energia nos átomos.