Prévia do material em texto
1 CAPÍTULO I - ESTRUTURA ATÔMICA I) EVOLUÇÃO HISTÓRICA: 1.1) Primeiras noções de átomo: As primeiras especulações a respeito da constituição da matéria foram feitas pelos filósofos gregos da Escola de Atomística, Leucipo e seu discípulo Demócrito de Abdera, a aproximadamente 400 a.C. . Segundo eles, a matéria era constituída por pequenas partículas indivisíveis, às quais chamaram ÁTOMOS (A = não; TOMO = divisão). A matéria não poderia ser dividida infinitamente, sendo o átomo a sua unidade. Estas especulações não possuíam base experimental, o que só veio a acontecer no século XIX. (www.mundoquimico.hpg.ig.com.br) ÁTOMO PARTíCULA INDIVISÍVEL 1.2) Modelo Atômico de Dalton (1803): O primeiro modelo sobre o átomo, baseado em resultados experimentais, foi proposto em 1803 pelo cientista inglês John Dalton. Sua teoria atômica pode ser assim resumida: A matéria é constituída por pequenas partículas chamadas átomos; Os átomos são considerados como esferas maciças, homogêneas, indivisíveis e indestrutíveis; Átomos que possuem as mesmas propriedades são do mesmo tipo (mesmo elemento químico); Átomos que possuem as mesmas propriedades (massa e tamanho) representam um mesmo elemento químico; Diversos átomos podem combinar-se, numa proporção de números inteiros, originando espécies químicas distintas. Numa reação química, os átomos são rearranjados, formando novas substâncias. (www.mundoquimico.hpg.ig.com.br) Modelo chamado de " BOLA DE BILHAR " 1.3) Modelo Atômico de Thomson (1897): O modelo atômico desenvolvido por Joseph J. Thomson é baseado em experiências realizadas sobre descargas elétricas em gases. Com o estudo de descargas elétricas foi possível para alguns pesquisadores determinar que a matéria é constituída por partículas que apresentam cargas elétricas contrárias (positiva e negativa). Thomson propôs que o átomo fosse uma esfera de cargas positivas, na qual os elétrons estivessem espalhados como se fossem passas num pudim. http://www.mundoquimico.hpg.ig.com.br/ http://www.mundoquimico.hpg.ig.com.br/ 2 Segundo Thomson, a densidade do átomo seria uniforme, isto é, a massa seria igualmente distribuída por todo o volume. O átomo seria neutro, já que o no de carga positiva seria igual ao no de carga negativa. Diante do novo modelo atômico estavam admitidas a divisibilidade da matéria e a natureza elétrica da mesma. (www.colegiosaofrancisco.com.br Fonte: educar.sc.usp.br) Modelo chamado de " PUDIM DE PASSAS " 1.4) Modelo Atômico de Rutherford (1911): Lord Ernest Rutherford idealiza, através da experiência descrita a seguir, um modelo atômico semelhante a um "SISTEMA SOLAR ". - Experiência de Rutherford: Rutherford bombardeou uma lâmina finíssima de ouro com partículas de carga elétrica positiva (), emitidas por um elemento radioativo, chamado Polônio. Ao redor da lâmina de ouro, havia um anteparo recoberto de sulfeto de zinco, substância que produz luminescência quando atingida por uma partícula . Obs: Radioatividade é a propriedade que alguns elementos químicos possuem de emitir partículas e radiações. Assim, por exemplo, o elemento Polônio emite partículas alfa . Conclusões tiradas por Rutherford após sua experiência: A matéria é quase que inteiramente constituída por espaços vazios. Esta conclusão advém do fato de que a maioria das partículas atravessa a lâmina de ouro sem sofrer desvio. A matéria apresenta pequenos núcleos, com os quais apenas um no reduzido de partículas se choca, sofrendo retrocesso. Em tais núcleos, concentra-se a massa do átomo. Os núcleos apresentam carga elétrica positiva, o que justificava a repulsão elétrica sofrida pelas partículas . O diâmetro do átomo é cerca de 10.000 a 100.000 vezes maior que o diâmetro do núcleo. As partículas de carga elétrica negativa, já chamadas de elétrons, estariam ao redor do núcleo em órbitas circulares, à semelhança do Sistema Solar. Os átomos apresentam duas regiões: Núcleo e Eletrosfera. http://www.colegiosaofrancisco.com.br/ 3 Modelo " PLANETÁRIO “ NÚCLEO PRÓTONS (CARGA ELÉTRICA POSITIVA) ELETROSFERA ELÉTRONS (CARGA ELÉTRICA NEGATIVA) Obs : O modelo de Rutherford era bom quanto à sua distribuição em núcleo e eletrosfera, mas era carente quanto às bases teóricas que justificassem sua estabilidade. Com a descoberta do fenômeno da radioatividade fica evidente o fato do átomo ser divisível; ou seja, ser formado por partículas ainda menores. Então, se a matéria é eletricamente neutra, seus átomos são neutros, e a saída de partículas elétricas só será possível se esses átomos estiverem sofrendo alguma divisão. 1.5) Modelo atômico de Rutherford-Bohr (1913): Bohr enunciou a seguinte teoria sobre o estudo da estrutura interna da eletrosfera: os elétrons giram ao redor do núcleo em órbitas permitidas (chamados estados estacionários), onde não há ganho nem perda de energia. quando um elétron recebe energia, ele se afasta para uma órbita mais externa. Entretanto, essa órbita é uma posição instável e o elétron tende a voltar à sua órbita original; neste retorno, o elétron emite energia na forma de onda eletromagnética (luz, ultravioleta, raio X, ...). um elétron é mais facilmente ativado quanto mais externo ele for. Ou seja, é mais fácil para um elétron mudar de órbita, ou até mesmo sair do átomo, quanto mais longe estiver do núcleo. 1.6) Descoberta do nêutron por Chadwick, em 1932: O nêutron, partícula sem carga elétrica, foi descoberto por Chadwick. Essa partícula localiza-se no núcleo do átomo e "isolam" os prótons, evitando repulsões elétricas . 1.7) Modelo atômico atual: Núcleo: prótons e nêutrons ÁTOMO Eletrosfera: elétrons II) CARACTERÍSTICAS ATÔMICAS: 2.1) Valores reais das massas e cargas das partículas atômicas: PARTÍCULAS MASSA REAL CARGA REAL Próton 1,671 x 10 –24 + 1,602 x 10 –19 Nêutron 1,675 x 10 –24 0 Elétron 9,108 x 10 –28 - 1,602 x 10 -19 massa u = unidade de massa atômica gramas carga u.c.e = unidade de carga elétrica Coulombs 4 2.2) Valores relativos das massas e cargas das partículas atômicas: Como as massas e as cargas das partículas atômicas são muito pequenas, usamos os valores relativos. PARTÍCULAS MASSA REAL CARGA REAL Próton 1 +1 Nêutron 1 0 Elétron 1/1836 -1 Obs: Consideramos: massa do próton = massa do nêutron Como a massa do elétron é desprezível, podemos afirmar que a massa do átomo está praticamente toda concentrada no núcleo (prótons + nêutrons). III) CONCEITOS IMPORTANTES: 3.1) Número atômico: é o número de prótons (p) de um núcleo atômico. Símbolo: Z Z = p Obs: O número de prótons identifica um átomo. Não conhecemos dois átomos de espécies diferentes com o mesmo Z. 3.2) Número de massa: é a soma do número de prótons (p) e nêutrons (n) de um núcleo atômico. Símbolo: A A = p + n 3.3) Neutralidade elétrica: em um átomo o número de prótons é igual ao número de elétrons. Todo átomo é eletricamente neutro, ou seja, possui carga elétrica zero. p = e 3.4) Número de nêutrons (n): Sabemos que : A = p + n e Z = p , logo: A = Z + n n = A – Z 3.5) Elemento químico: É o conjunto de átomos de mesmo número atômico (Z). Exemplo : 12C e 14 C 6 6 Cada elemento químico recebe um nome e uma abreviação chamada símbolo. O símbolo de um elemento químico é universal, não importando a tradução do nome. Exemplo: Português Espanhol Inglês Prata Plata Silver Ag Ag Ag Regras de simbologia: a) Inicial maiúscula do nome: Nome Símbolo Hidrogênio H Oxigênio O Carbono C b) Inicial maiúscula seguida de outra letra minúscula: Nome Símbolo Cálcio Ca Cloro Cl Bromo Br c) Elementos cujos símbolos não possuem iniciais em Português: Elementos Nome de origem Símbolo Chumbo Plumbum Pb Enxofre Sulfur S Sódio Natrium Na Potássio Kalium K Fósforo Phosphorus P 5 Ouro Aurum Au Cobre Cuprum Cu Prata Argentum Ag Antimônio Stibium Sb Estanho Stannum Sn Estrôncio Strontium Sr Mercúrio Hydrargyrum Hg d) Notação geral de um elemento químico: A Z A Z A Z Exemplo : 23Na11 - representa um átomode Sódio que possui 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons. 3.6) Íons: são espécies eletricamente carregadas, onde o número de prótons difere do número de elétrons. p ≠ e Na formação de um íon há perda ou ganho de elétrons pelo átomo, logo, o átomo e o íon possuem o mesmo número de prótons e nêutrons (o núcleo permanece inalterado). Temos dois tipos de íons: cátions: íons positivos formados pela perda de elétrons (p e); ânions: íons negativos formados pelo ganho de elétrons (p e). Notação de um íon: A carga Z Exemplo: 40Ca 2+ ou 40Ca+2 ou 40Ca ++ 20 20 20 Classificação dos íons quanto ao número de cargas: monovalente Exemplos: H+, Cl - bivalente Exemplos: Mg 2+,S 2- trivalente Exemplos: Al 3+, P 3- tetravalente Exemplos: C 4+, C4 - 3.7) Cálculo de partículas em moléculas e íons moleculares: Exemplo s Fórmula s Nº de próton s Nº de nêutron s Nº de elétron s Molécul a de água H2O 10 8 10 Cátion amônio NH4+ 11 7 10 Considere : 1 H , 16 O , 14 N 1 8 7 Obs: fórmula molecular - H2O e fórmula iônica - NH4+ IV) RELAÇÕES ENTRE ÁTOMOS: 4.1) Isótopos: são átomos de mesmo número de prótons (mesmo Z) e diferentes números de massa. Os isótopos pertencem ao mesmo elemento químico, que possuem nos de nêutrons diferentes, o que resulta em nos de massas diferentes e, possuem as mesmas propriedades químicas. Podemos, então, redefinir o conceito de elemento químico, como o conjunto de átomos isótopos. Obs: Atualmente, já são conhecidos isótopos de todos os elementos, embora alguns sejam artificiais . Sejam os átomos isótopos genéricos X: A1X Z1 e A2X Z2 Podemos dizer que: Z1 = Z2 p1 = p2 e1 = e2 A1 A2 n1 n2 6 Isótopos do hidrogênio: 1H1 - Chamado de prótio ou hidrogênio leve. Possui 1 próton e 1 elétron. É o único átomo que não possui nêutron. Ocorrência na natureza = 99,98 %. 2H1 ou 2D1 - Chamado de deutério ou hidrogênio pesado. Possui 1 próton, 1 elétron e 1 nêutron.Ocorrência na natureza = 0,02 %. 3H1 ou 3T1 - Chamado de trítio ou tritério ou hidrogênio muito pesado. Possui 1 próton, 1 elétron e 2 nêutrons. Ocorrência na natureza = 10 – 7%. Somente os isótopos de hidrogênio têm nomes particulares. Os isótopos dos outros elementos químicos são diferenciados pela massa. Veja, os isótopos do elemento oxigênio e suas ocorrências: 16O8 oxigênio – 16 (99,76%), 17O8 oxigênio – 17 (0,04%), 18O8 oxigênio – 18 (0,20%). 4.2) Isóbaros: são átomos de diferentes números de prótons (elementos diferentes), mas que possuem o mesmo número de massa (A). Sejam os átomos isóbaros genéricos: A1X Z1 e A2YZ2 Podemos dizer que: Z1 Z2 p1 p2 e1 e2 A1 A2 n1 n2 Exemplo: 40 Ca e 40 K A = 40 20 19 4.3) Isótonos: são átomos de diferentes números de prótons (elementos diferentes), diferentes números de massa, porém com mesmo número de nêutrons (n). Sejam os átomos isótonos genéricos: A1X Z1 e A2YZ2 Podemos dizer que: Z1 Z2 p1 p2 e1 e2 A1 A2 n1 n2 Exemplo: 37 Cl e 40Ca n = 20 17 20 4.4) Espécies isoeletrônicas: possuem o mesmo número de elétrons. Exemplos: a) 23Na11 +, 27Al13 3+ , 20Ne10, 14N7 3- nº de elétrons = 10 b) SO4 2- e 119 Sn50 nº de elétrons = 50 4.5) Características: Os isóbaros diferem entre si nas propriedades físicas e químicas. Os isótonos diferem entre si nas propriedades físicas e químicas. Os isótopos diferem nas propriedades físicas (ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade,...), mas apresentam as mesmas propriedades químicas (reatividade, ligações interatômicas). 7 EXERCÍCIOS DE ESTRUTURA ATÔMICA 1) (UFMG/1995) As alternativas referem- se ao número de partículas constituintes de espécies atômicas. A afirmativa falsa é: (a) dois átomos neutros com o mesmo número atômico têm o mesmo número de elétrons. (b) um ânion com 52 elétrons e número massa 116 tem 64 nêutrons. (c) um átomo neutro com 31 elétrons tem número atômico igual a 31. (d) um átomo neutro, ao perder três elétrons, mantém inalterado seu número atômico. (e) um cátion com carga 3+, 47 elétrons e 62 nêutrons tem número de massa igual a 112. 2) (UERJ/1995) Um sistema é formado por partículas que apresentam a composição atômica 10 prótons, 10 elétrons e 11 nêutrons. Ao sistema foram adicionadas novas partículas. O sistema resultante será quimicamente puro se as partículas adicionadas apresentarem a seguinte composição atômica: (a) 21 prótons, 10 elétrons e 11 nêutrons (b) 10 prótons, 10 elétrons e 12 nêutrons (c) 11 prótons, 11 elétrons e 11 nêutrons (d) 20 prótons, 20 elétrons e 22 nêutrons (e) 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons 3) (PUCRJ/1996) O trítio (1H3), o deutério (1H2) e o hidrogênio (1H1) são: (a) isômeros (b) isóbaros (c) isótonos (d) isodiáferos (e) isótopos 5) (FUVEST/1998) Há exatos 100 anos, J.J. Thomson determinou , pela primeira vez, a relação entre a massa e a carga do elétron , o que pode ser considerado como a descoberta do elétron. É reconhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico: (a) o átomo ser indivisível. (b) a existência de partículas subatômicas. (c) os elétrons ocuparem níveis discretos de energia. (d) os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo. (e) o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera. 6) (UERJ/1998) Há cem anos atrás, foi anunciada ao mundo inteiro a descoberta do elétron, o que provocou uma verdadeira " revolução" na ciência. Essa descoberta proporcionou à humanidade, mais tarde, a fabricação de aparelhos eletroeletrônicos, que utilizam inúmeras fiações de cobre. A alternativa que indica corretamente o número de elétrons contido na espécie química 29 Cu 2+, é: (a) 25 (b) 27 (c) 31 (d) 33 7) (PUCMG/1999) Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, relacionando os nomes dos cientistas com os modelos atômicos. 1. Dalton 2. Rutheford 3. Niels Bohr 4. J. J. Thomson ( ) Descoberta do átomo e seu tamanho relativo. ( ) Átomos esféricos, maciços e indivisíveis. ( ) Modelo semelhante a um "pudim de passas" com cargas positivas e negativas em igual número. ( ) Os elétrons giram em torno do núcleo em determinadas órbitas. Assinale a seqüência correta encontrada: (a) 1 - 2 - 4 – 3 (b) 1 - 4 - 3 – 2 8 (c) 2 - 1 - 4 – 3 (d) 3 - 4 - 2 – 1 (e) 4 - 1 - 2 – 3 8) (UFF/1999) A tabela seguinte fornece o número de prótons e o número de nêutrons existentes no núcleo de vários átomos. Considerando os dados desta tabela, o átomo isótopo de a e o átomo que tem o mesmo número de massa do átomo a são, respectivamente: (a) d e b (b) c e d (c) b e c (d) b e d (e) c e b 10) (UFF/2001) Alguns estudantes de Radiologia, avaliando seus conhecimentos relativos a conceitos básicos para o estudo do átomo, analisam as seguintes afirmativas: I) Átomos isótopos são aqueles que possuem mesmo número atômico e números de massa diferentes. II) O número atômico de um elemento corresponde à soma do número de prótons com o de nêutrons. III) O número de massa de um átomo, em particular, é a soma do número de prótons com o de elétrons. IV) Átomos isóbaros são aqueles que possuem números atômicos diferentes e mesmo número de massa. V) Átomos isótonos são aqueles que apresentam números atômicos diferentes, números de massa diferentes e mesmo número de nêutrons. Esses estudantes concluem, corretamente, que as afirmativas verdadeiras são as indicadas por: (a) I, III e V (b) I, IV e V (c) II e III (d) II, III e V (e) II e V 13) (UFRRJ/2001) O íon Fe++, que faz parte da molécula de hemoglobina e integra o sistema de transporte de oxigênio no interior do corpo, possui 24 elétrons e número de massa igual a 56. O número atômico e o número de nêutrons desse íon correspondem, respectivamente, a: (a) Z = 26 e n = 30. (b) Z = 24 e n = 30. (c) Z = 24 e n = 32. (d) Z = 30 e n = 24. (e) Z = 26 e n = 32. 15) (UFV/2002) Considere as afirmativas abaixo: I - Os prótons e os nêutrons são responsáveis pela carga do átomo. II - Isótopos apresentam as mesmas propriedades químicas. III - Prótons e nêutrons são os principais responsáveis pela massa do átomo. IV - A massa atômica é asoma do número de prótons e nêutrons do átomo. São afirmativas corretas: (a) II e III. (b) I e IV. (c) III e IV. (d) I e II. (e) I, II e IV. 16) (UERJ/2002) Em 1911, o cientista Ernest Rutherford realizou um experimento que consistiu em bombardear uma finíssima lâmina de ouro com partículas α , emitidas por um elemento radioativo, e observou que: 9 - a grande maioria das partículas α atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvios ou sofrendo desvios muito pequenos; - uma em cada dez mil partículas α era desviada para um ângulo maior do que 90°. Com base nas observações acima, Rutherford pôde chegar à seguinte conclusão quanto à estrutura do átomo: (a) o átomo é maciço e eletricamente neutro (b) a carga elétrica do elétron é negativa e puntiforme (c) o ouro é radioativo e um bom condutor de corrente elétrica (d) o núcleo do átomo é pequeno e contém a maior parte da massa 17) (PUC-RJ/2002) Um íon X1 tem 18 elétrons e 20 nêutrons. Portanto, o elemento X tem: (a) número atômico 17. (b) 18 prótons. (c) 19 elétrons. (d) 19 nêutrons. (e) número de massa 38. 18) (PUCRS/2003) Um cátion de carga 3+ possui 10 elétrons e 14 nêutrons. O átomo que o originou apresenta número atômico e de massa, respectivamente: (a) 3 e 14 (b) 7 e 24 (c) 10 e 14 (d) 13 e 27 (e) 14 e 28 22) (UFU/2004) Podemos considerar que Dalton foi o primeiro cientista a formalizar, do ponto de vista quantitativo, a existência dos átomos. Com base na evolução teórica e, considerando os postulados de Dalton citados abaixo, marque a única alternativa considerada correta nos dias atuais. (a) Os átomos de um mesmo elemento são todos idênticos. (b) Uma substância elementar pode ser subdividida até se conseguirem partículas indivisíveis chamadas átomos. (c) Dois ou mais átomos podem-se combinar de diferentes maneiras para formar mais de um tipo de composto. (d) É impossível criar ou destruir um átomo de um elemento químico. 23) (UFU/2005) O átomo é a menor partícula que identifica um elemento químico. Este possui duas partes a saber: uma delas é o núcleo constituído por prótons e nêutrons e a outra é a região externa - a eletrosfera - por onde circulam os elétrons. Alguns experimentos permitiram a descoberta das características das partículas constituintes do átomo. Em relação a essas características, assinale a alternativa correta. (a) Prótons e elétrons possuem massas iguais a cargas elétricas de sinais opostos. (b) Entre as partículas atômicas, os elétrons têm maior massa e ocupam maior volume no átomo. (c) Entre as partículas atômicas, os prótons e nêutrons têm maior massa e ocupam maior volume no átomo. (d) Entre as partículas atômicas, os prótons e nêutrons têm mais massa, mas ocupam um volume muito pequeno em relação ao volume total do átomo. 24) (CFTMG/2005) De acordo com a estrutura atômica da matéria, é correto afirmar que dois átomos com o mesmo número de: (a) massa são identificados como isótopos. (b) elétrons são identificados como isótonos. 10 (c) prótons pertencem ao mesmo elemento químico. (d) nêutrons pertencem ao mesmo elemento químico. 27) (UNESP/2006) Com a frase "Grupo concebe átomo 'mágico' de silício", a edição de 18.06.2005 da "Folha de S. Paulo" chama a atenção para a notícia da produção de átomos estáveis de silício com duas vezes mais nêutrons do que prótons, por cientistas da Universidade Estadual da Flórida, nos Estados Unidos da América. Na natureza, os átomos estáveis deste elemento químico são: 14Si28, 14Si29 e 14Si30. Quantos nêutrons há em cada átomo "mágico" de silício produzido pelos cientistas da Flórida? (a) 14 (b) 16 (c) 28 (d) 30 (e) 44 28) (PUCRJ/2006) Analise as frases abaixo e assinale a alternativa que contém uma afirmação incorreta. (a) Os nuclídeos 12C6 e 13C6 são isótopos. (b) Os isóbaros são nuclídeos com mesmo número de massa. (c) O número de massa de um nuclídeo é a soma do número de elétrons com o número de nêutrons. (d) A massa atômica de um elemento químico é dada pela média ponderada dos números de massa de seus isótopos. (e) Os isótonos são nuclídeos que possuem o mesmo número de nêutrons. 29) (PUCMG/2007) O íon Y3 tem 38 elétrons e 45 nêutrons. O átomo neutro Y apresenta número atômico e número de massa, respectivamente: (a) 35 e 80 (b) 38 e 83 (c) 41 e 86 (d) 45 e 80 36) (UFPR/2008) Atualmente, um elemento químico é definido em termos do seu número de prótons, ou seja, um elemento químico terá exatamente o mesmo número de prótons, mas não necessariamente o mesmo número de nêutrons. Com base nisto, examine as representações químicas a seguir e analise as proposições. (As letras maiúsculas podem representar qualquer átomo): 1X1 ; 2Z1 ; 3T1 ; 4M2 ; 2L3 ; 3R4 I - X, Z e T são representações de um elemento químico e, portanto, devem ter um mesmo símbolo químico. II - M e L são representações de um elemento químico e, portanto, devem ter um mesmo símbolo químico. III - X, Z e T são isóbaros entre si e M e L são isótonos entre si. IV - T, L e R são isóbaros entre si e Z, L e R são isótopos entre si. V - X não possui nenhum nêutron, e Z e T possuem 1 e 2 nêutrons respectivamente. As proposições falsas são somente: (a) I e II. (b) I, II e III. (c) III e IV. (d) IV e V. (e) I, III e V. 11 CAPÍTULO I - ESTRUTURA ATÔMICA