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26/09/2021
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Química e Ciência 
dos Materiais
Átomos, moléculas e íons
Prof.ª Ms. Katielly Tavares dos Santos
• Unidade de Ensino: 01
• Competência da Unidade: conhecer e compreender os conceitos básicos sobre
átomos, moléculas e íons, assim como sua importância dentro do estudo da química.
• Resumo: o átomo e a tabela periódica; ligação química e estrutura molecular;
moléculas e íons.
• Palavras-chave: Átomo. Íons. Estrutura molecular.
• Título da Teleaula: Átomos, moléculas e íons.
• Teleaula nº: 01
O que é Química?
O que é Ciência dos Materiais?
Fonte: https://goo.gl/4MhYem.
Por que estudar?
Situação Geradora de Aprendizagem
• Você é um trainee em uma empresa que fabrica
células fotovoltaicas.
• Sua atribuição é acompanhar o processo de
construção de células fotovoltaicas, desde a
preparação das placas até a montagem final e
manutenção.
• Um lote de células fotovoltaicas apresentou
problema e foi devolvido. Seu gestor pediu que
você investigasse qual o problema, verificando se as
células tinham como serem reaproveitadas.
http://hluzsolar.comunidades.net/
Conceitos
Modelo atômico
Evolução dos modelos atômicos
Fonte: Livro didático da disciplina
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Números quânticos Orbitais s e p
Fonte: Livro didático da disciplina
Orbitais – visão geral
Fonte: Livro didático da disciplina
Distribuição eletrônica 
Fonte: Livro didático da disciplina
Camadas eletrônicas Exemplo
O argônio apresenta número atômico 18 ( 18 Ar ), o que significa 18 prótons, sendo
este número igual ao de elétrons.
Qual sua distribuição eletrônica?
Fonte: Livro didático da disciplina
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Conceitos
A tabela periódica
Número atômico (Z) e massa atômica (A)
Fonte: Livro didático da disciplina
Uma espécie que possui o mesmo número de prótons que outra, porém,
massas atômicas distintas, é chamada de isótopo.
Quando temos um elemento com diferentes isótopos, sua massa atômica é
calculada por:
Propriedades atômicas
Raio atômico: metade da distância entre os centros de dois
átomos. O raio atômico aumenta no mesmo sentido de aumento
de período ao longo de um grupo.
Tamanho iônico: um íon é um elemento que perdeu ou ganhou
elétrons, sendo chamado de ânion ao ganhar elétrons e de
cátion ao perder elétrons.
Energia de ionização: é a energia necessária para a remoção de
um elétron da camada de valência, levando à formação de
cátions.
Afinidade eletrônica: a formação de ânions ocorre quando um
átomo captura um elétron. A capacidade de um átomo capturar
elétrons é avaliada como afinidade eletrônica.
Resolução da SP
Funcionamento de 
uma célula 
fotovoltaica
Situação Problema 01
Fonte: Livro didático da disciplina
Você é trainee em uma fábrica de células fotovoltaicas que fabrica
semicondutores do tipo silício-fósforo e silício-boro.
Um lote de células apresentou problemas e seu gestor pediu que
você avaliasse a situação.
Como transformamos energia solar em corrente elétrica?
Por que o silício precisa ser dopado?
Considere que os valores de afinidade eletrônica são de -27 kJ/mol, -
72 kJ/mol e -134kJ/mol, respectivamente, para boro, fósforo e silício.
Com relação à energia de ionização, temos para o boro 801 kJ/mol,
para o silício 786 kJ/mol e para o fósforo 1012 kJ/mol.
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Resolvendo a Situação Problema 01
Fonte: Livro didático da disciplina
A célula fotovoltaica produzida consiste em dispositivo composto por duas camadas, uma contendo um
semicondutor dopado com fósforo e outra dopada com boro.
O termo dopado em química consiste em adicionar pequena quantidade de um elemento em uma
estrutura, neste caso a placa de silício está sendo dopada.
Para gerar energia elétrica é preciso a luz do sol. O sol é uma fonte de fótons, que faz com que elétrons do
silício sejam promovidos para níveis mais externos até serem ejetados, como no efeito fotoelétrico. Neste
caso da célula fotovoltaica, os elétrons do silício da camada negativa (N) são excitados e ao serem ejetados
colidem com os elétrons já existentes na camada. Isso resulta em um fluxo de elétrons.
Resolvendo a Situação Problema 01
Quando você consulta as tabelas dos livros didáticos, observa que os
valores de afinidade eletrônica são de -27 kJ/mol, -72 kJ/mol e -134
kJ/mol, respectivamente, para boro, fósforo e silício.
Embora o boro possua menos camadas, silício e fósforo possuem maior
número atômico, exercendo maior atração do núcleo com o elétron
adicionado.
Resolvendo a Situação Problema 01
Com relação à energia de ionização, temos para o boro 801 kJ/mol, para o silício 786
kJ/mol e para o fósforo 1012 kJ/mol.
Boro e silício possuem energias de ionização semelhantes, porém é muito mais difícil
remover um elétron do fósforo, sendo necessário mais energia.
Um elemento da tabela periódica que possui uma baixa energia de ionização é o sódio
(495,8 kJ/mol), já o cloro possui uma grande afinidade eletrônica da tabela periódica (349
kJ/mol).
Estes elementos tendem a formar os respectivos cátions e ânions.
Porém, o silício, o boro e fósforo não têm uma grande tendência a doar
ou receber elétrons, portanto, eles não estão na forma de íons.
Conceitos
Ligações primárias 
Íon
Se um átomo neutro doar ou receber elétrons, ou seja, caso se torne eletricamente
carregado, ele se tornará um íon.
Um íon positivo, chamado de cátion, é produzido quando o átomo neutro perde elétrons.
Quando um átomo neutro ganha elétrons, forma-se um íon com carga negativa, chamado
de ânion.
Fonte: http://twixar.me/mKv1
Ligação iônica
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Ligação iônica
Fonte: http://twixar.me/mKv1
Estrutura de Lewis
A estrutura de Lewis para um átomo consiste no seu símbolo químico rodeado por pontos 
correspondentes ao número de elétrons da camada de valência do átomo.
Fonte: Livro didático da disciplina
Estrutura de Lewis para o sulfeto de alumínio Ligação covalente
Fonte: Livro didático da disciplina
A ligação covalente ocorre quando os dois átomos têm a
mesma tendência de ganhar e perder elétrons, isto é, os
não metais e o hidrogênio.
Sob essas condições, a transferência total de um elétron
não ocorre.
Em vez disso, os elétrons ficam compartilhados entre os
átomos.
Ligação covalente
Fonte: Livro didático da disciplina
Na ligação covalente os elétrons não são representados apenas por pontos. Para isso são
utilizadas cruzes (x) e pontos (•) em conjunto para indicar que os elétrons da ligação vieram
de diferentes átomos embora na realidade todos os elétrons sejam iguais.
Tipos de ligações covalentes
Fonte: Livro didático da disciplina
Existem quatro tipos de ligações covalentes: simples, dupla, tripla e coordenada.
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Ligações metálicas
Fonte: Livro didático da disciplina
São formadas entre átomos de metais fazendo com que os metais se agrupem formando os
retículos cristalinos quando em estado sólido. Interação
Ligações fortes
Ligações Primárias
Fonte: http://twixar.me/mKv1
Conceitos
Ligações secundárias 
Interações ou forças intermoleculares Interações ou forças intermoleculares
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Resolução da SP
Ligações químicas 
entre elementos
Situação Problema 02
No funcionamento básico de uma célula fotovoltaica, a luz solar é responsável por
gerar corrente elétrica no processo de excitação de elétrons e não são os átomos de
B e P elementares que dão as características necessárias para a célula fotovoltaica,
devido a suas energias de ionização e afinidades eletrônicas.
Dessa forma, é necessário pensar em termos de ligações químicas.
O que são ligações químicas?
Como fica o silício e os átomos de fósforo e de boro?
Eles estão conectados?
Fonte: Livro didático da disciplina
Resolvendo a Situação Problema 02
Fonte: Livro didático da disciplina
As placas de silício, sem nenhum outro elemento, são átomos de silício conectados
entre si por ligações covalentes simples.
Temos o boro e o fósforo ligados ao silício, então sabemos que não é ligação
metálica, pois nãoocorre entre metais. As eletronegatividades dos elementos são: B
x = 2,0; P x = 2,2 e Si x = 1,9.
Como Δx (entre silício e os outros dois elementos) não é grande, não temos ligações
iônicas, estando o silício ligado ao P e ao B por ligações covalentes.
Resolvendo a Situação Problema 02
Fonte: Livro didático da disciplina
Resolvendo a Situação Problema 02
Conceitos
Moléculas e íons
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Compostos iônicos
Os compostos iônicos não são moléculas, ou seja, não são
pares ânions-cátions isolados, mas sim íons arranjados em
um retículo tridimensional
A estrutura de cada retículo depende da carga dos íons e de
seus tamanhos.
Embora NaCl seja representado como molécula, precisamos
saber que esta é apenas a proporção entre Na+ e Cl- no
retículo.
A formação destes retículos aumenta a estabilidade das
espécies formadas na ligação iônica.
Compostos iônicos
São duros e quebradiços devido à interação de cargas.
A dureza se dá pela interação entre cargas negativas e positivas, porém, ao aplicarmos
pressão em um retículo cristalino, ocorre o deslizamento entre camadas, levando à
interação entre cargas de mesmo sinal, que se repelem, resultando na quebra (clivagem).
Compostos iônicos
A solubilidade de compostos iônicos em água é grande, o que pode ser explicado pela
interação de cátions com a densidade de carga negativa da água (sobre o átomo de
oxigênio) e de ânions com a densidade de carga positiva da água (sobre os átomos de
hidrogênio).
Compostos iônicos
Atenção nas fórmulas condensadas, pois algumas fórmulas podem descrever compostos
bem diferentes em termos de propriedades, como C2H6O que descreve tanto o etanol,
quanto o éter dimetílico.
Ordem de ligação
Ordem da ligação é o número de pares de elétrons que é compartilhado em uma ligação 
por dois átomos.
Energia de dissociação de ligação
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Mol, constante de Avogadro e massa molar
1 mol de átomos, moléculas ou íons, corresponde a 6,022 x 1023 átomos,
moléculas ou íons.
Esse número é denominado constante de Avogadro (NA).
A massa molar de um elemento (em gramas) é a quantidade de massa por
mol de seus átomos, numericamente igual à massa atômica em unidades de
massa atômica:
• 1 mol de magnésio possui massa molar de 24,3 g
• 1 mol de carbono possui massa molar de 12 g
• 1 mol de silício possui massa molar de 28,09 g
Mol, constante de Avogadro e massa molar
É possível uma relação entre componentes que levam à formação de uma
molécula, por exemplo, o metano, constituído de átomos de carbono e
hidrogênio:
Porcentagem em massa e fórmula molecular
A porcentagem em massa consiste em quantos % da massa total temos de
massa do elemento. Sabendo que a massa da glicose é de 180 g temos:
Resolução da SP
Rendimento das 
placas fotovoltaicas
Situação Problema 03
As pesquisas realizadas pela empresa no desenvolvimento das suas células
fotovoltaicas indicaram que a dopagem ideal consiste em 1 parte por milhão (ppm)
do agente dopante em relação ao silício.
Você verificou no setor de produção das placas que no processo de obtenção das
placas estavam sendo adicionados 8 x 10-5 mol de fósforo para 1 mol de silício para
uma placa, e 3 x 10-6 mol de boro por mol de silício para outra.
Seu trabalho consiste em verificar se estas quantidades estão corretas e tentar
resolver o problema de baixo rendimento das placas.
Fonte: Livro didático da disciplina
Resolvendo a Situação Problema 03
Fonte: Livro didático da disciplina
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Resolvendo a Situação Problema 03
Fonte: Livro didático da disciplina
Resolvendo a Situação Problema 03
Fonte: Livro didático da disciplina
Resolvendo a Situação Problema 03
Fonte: Livro didático da disciplina
Interação
Modelo atômico 
quântico
Modelo Atômico de Schroedinger – Modelo Quântico
Através do modelo quântico podemos prever a 
probabilidade de o elétron estar em um determinado 
orbital num dado instante e dele podemos entender.
Por definição, orbital é a região do espaço que o 
elétron ocupa no maior intervalo de tempo. É a 
região de máxima probabilidade de se encontrar um 
elétron.
Fonte: http://twixar.me/mKv1
Conceitos
Recapitulando
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Recapitulando
O átomo e a tabela periódica
Ligação química primária
Ligação química secundária
Moléculas e íons
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