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Atomística A atomística é a área da Química responsável pelo estudo do átomo, como o histórico dos modelos representacionais do átomo, suas características, representações e notações e os tipos de semelhança entre os átomos. O que é átomo? O átomo é a menor unidade que compõe a matéria, ou seja, é a unidade básica de todas as substâncias existentes. A palavra átomo é derivada do grego e significa “sem partes” ou “indivisível”, pois essa foi a primeira ideia que se teve a respeito da estrutura do átomo e da composição da matéria. Apesar do nome ser utilizado até hoje, sabe-se que o átomo é composto por partículas subatômicas, que o caracterizam como uma estrutura divisível. Características do átomo - Número atômico (Z) O número atômico indica a quantidade de prótons que o átomo possui em seu núcleo, e é o dado utilizado para diferenciar os átomos entre si, uma vez que cada átomo possui uma quantidade de prótons diferente, ou seja, possui números atômicos diferentes. Caso tenha curiosidade sobre o tema, leia nosso texto: Número atômico e número de massa dos átomos. - Número de massa (A) O número de massa de um átomo pode ser calculado com base na soma da quantidade de prótons e nêutrons presentes no seu núcleo. A massa dos elétrons é desprezível em relação à massa dos prótons e nêutrons, por isso podemos afirmar que a massa do átomo está concentrada no núcleo. Podemos utilizar a seguinte fórmula para o cálculo do número de massa: A = Z + n ou A = p + n - Elemento químico Elemento químico é o conjunto de átomos com o mesmo número atômico, e cada elemento químico é representado por um símbolo composto por uma ou duas letras, sendo que a primeira letra, ou no caso de ser apenas uma, deve https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/materia-sua-classificacao.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/substancias-misturas.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/protons.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/numero-atomico-numero-massa-dos-atomos.htm sempre ser maiúscula. Por exemplo: Na — símbolo do elemento sódio; Mg — símbolo do elemento magnésio; C — símbolo do elemento carbono etc. Caso queira saber mais sobre o assunto, leia nosso texto: Elementos químicos. - Representação do átomo Na Tabela Periódica dos elementos químicos, estão representados todos os átomos já encontrados, naturais ou sintéticos, em ordem crescente de número atômico, que vai do 1 até o 118. Como regra, deve conter na representação o símbolo do elemento, o número atômico e o número de massa. Veja um exemplo: Algumas Tabelas Periódicas trazem informações complementares dos elementos químicos, como: estado físico, número de oxidação, distribuição eletrônica, densidade etc. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/elementos-quimicos.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/elementos-quimicos.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/tabela-periodica.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/estados-fisicos-materia.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/numero-oxidacao-nox.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/densidade.htm Íons Os átomos nos seus estados fundamentais, como são encontrados na Tabela Periódica, são neutros, isto é, possuem a mesma quantidade de prótons e elétrons em sua estrutura. No entanto, para a maioria dos átomos, essa igualdade não é possível, uma vez que eles precisam perder ou ganhar elétrons, a fim de tornarem- se estáveis em um estado de energia mais baixo. Quando isso ocorre, dizemos que os átomos tornaram-se íons. Quando o átomo perde elétrons, ele passa a ter excesso de prótons, ao que damos o nome de cátion. Quando o átomo ganha elétrons, ele se torna negativamente carregado, ou seja, tem mais elétrons do que prótons. Esse íon negativo, com excesso de elétrons, é chamado de ânion. Esses íons são representados pelas cargas colocadas junto aos seus respectivos símbolos. Vejamos os exemplos: • Ca 2+ — quando o átomo de cálcio perde dois elétrons, ele se torna um cátion bivalente, representado pela carga 2+. • Br - — quando o átomo de bromo ganha um elétron, ele se torna um ânion monovalente, representado pela carga –. Estrutura do átomo O modelo atômico atual divide o átomo em duas regiões: o núcleo e a eletrosfera. No núcleo está concentrada a maior parte da massa do átomo e é onde encontramos os prótons, partículas positivas, e os nêutrons, partículas sem carga. Na eletrosfera, encontramos os elétrons orbitando em camadas energéticas ao redor do núcleo. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/ions.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/evolucao-dos-modelos-atomicos.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/nucleo-atomico.htm Semelhança de átomos Ao analisar dois átomos diferentes, podemos encontrar semelhanças entre a quantidade de suas partículas subatômicas (prótons, elétrons e nêutrons) ou ainda entre seus números de massas. Segue análise de cada um dos tipos de semelhanças atômicas: • Isótopos: são átomos que possuem a mesma quantidade de prótons, ou seja, o mesmo número atômico (Z), mas diferem quanto ao número de massa. Por exemplo: C-12, C-13 e C-14 são isótopos do carbono. Todos eles possuem número atômico igual a 6, porém suas massas são 12, 13 e 14, respectivamente. • Isótonos: são átomos que possuem a mesma quantidade de nêutrons no núcleo e diferem quanto ao número de prótons e massa. Exemplo: 26 Mg 12 e 28 Si 14. Se calcularmos a quantidade de nêutrons de cada átomo usando a fórmula A = Z + n, encontraremos 14 desses para ambos. • Isóbaros: são átomos que, apesar de possuírem número atômico e quantidade de nêutrons diferentes, possuem a mesma massa. Exemplo: 40 Ca 20 e 40 Ar 18. • Isoeletrônicos: são espécies químicas (átomos ou íons) que possuem a mesma quantidade de elétrons. Exemplo: 26 Mg2+12 e 20 Ne 10. Ambos possuem 10 elétrons em sua eletrosfera. Exercícios resolvidos Questão 01 (Udesc-SC) Após a realização de uma série de experimentos, foi detectado um íon Q2–, que possui carga 2–, possuindo assim número de elétrons igual a um gás nobre. O gás nobre em questão possui número atômico 18 e número de massa 40. Assinale a alternativa que contém, sequencialmente, o elemento Q e seu número atômico. a) O elemento Q é o argônio e possui número atômico 18. b) O elemento Q é o oxigênio e possui número atômico 8. c) O elemento Q é o cloro e possui número atômico 17. d) O elemento Q é o enxofre e possui número atômico 16. e) O elemento Q é o enxofre e possui número atômico 18. Veja também: Distribuição eletrônica e a Tabela Periódica Resolução Letra d. No enunciado é falado que o elemento Q contém o mesmo número de elétrons de um gás nobre que possui 18 prótons e, por estar no estado fundamental, também possui 18 elétrons. Portanto, o elemento Q também possui 18 elétrons. Também é falado que o elemento possui carga 2–, ou seja, possui 2 elétrons a mais do que a quantidade de prótons. Portanto o elemento Q possui 16 prótons, que é o número atômico do elemento enxofre. Questão 02 (Famerp-SP) O íon e o átomo apresentam o mesmo número a) de massa e de elétrons. b) atômico e de elétrons. c) de massa e de nêutrons. d) atômico e de massa. e) atômico e de nêutrons. Resolução Letra a. Observando a representação do íon e dos átomos, percebemos, primeiramente, que ambos possuem número de massa igual a 40. O número de prótons do Ca2+ é 20 e do Ar é 18, portanto o número atômico é diferente. Calculando o número de nêutrons, temos 20 e 22, respectivamente. Entretanto, ao calcular a quantidade de elétrons do Ca2+, encontramos 18 elétrons (a carga 2+ indica que o íon possui 2 prótons a mais do que a quantidade de elétrons), igual ao número de elétrons do Ar que se encontra em seu estado fundamental. Desse modo, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Questão 03 (Uerj)O desastre de Chernobyl ainda custa caro para a Ucrânia. A radiação na região pode demorar mais de 24.000 anos para chegar a níveis seguros. https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/distribuicao-eletronica-tabela-periodica.htm Adaptado de Revista Superinteressante, 12/08/2016. Após 30 anos do acidente em Chernobyl, o principal contaminante radioativo presente na região é o césio-137, que se decompõe formando o bário-137. Esses átomos, ao serem comparados entre si, são denominados: a) isótopos b) isótonos c) isóbaros d) isoeletrônicos Resolução Letra c. Pela nomenclatura usada no enunciado, percebemos que a massa informada dos dois elementos é a mesma, 137. Átomos que possuem a mesma massa são chamados de isóbaros. Distribuição eletrônica e a Tabela Periódica A relação entre distribuição eletrônica e Tabela Periódica permite-nos informar características sobre os átomos de qualquer elemento químico. Podemos localizar um elemento químico utilizando a ferramenta da distribuição eletrônica e vice-versa A Tabela Periódica organiza os elementos químicos em ordem crescente de número atômico. Muitas informações sobre os átomos que formam esses elementos podem ser retiradas dela. Para isso, basta conhecer bem a sua organização e saber realizar a distribuição eletrônica no diagrama de Linus Pauling. Resumindo: existe uma grande relação entre a distribuição eletrônica e a Tabela periódica. A Tabela Periódica é organizada da seguinte forma: • Colunas Verticais: são as chamadas famílias (divididas em A e B, sendo oito de cada) ou grupos (numerados de 1 a 18); Os grupos (ou famílias) da Tabela são numerados da esquerda para a direita de 1 a 18 https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/organizacao-tabela-periodica.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/elemento-quimico.htm Os grupos (ou famílias) na tabela são divididas em A ou B • Colunas Horizontais: são os chamados períodos. Ao todo na tabela, eles são sete. A Tabela periódica apresenta um total de sete períodos Observação: As séries dos Lantanídeos e dos Actinídeos (pertencentes à família IIIB), posicionadas fora e abaixo da tabela, pertencem, respectivamente, ao sexto e sétimo períodos. Os lantanídeos pertencem ao 6o período, e os actinídeos, ao 7o O diagrama de Linus Pauling é composto por níveis (um total de sete) e subníveis (s, p, d, f) que são organizados da seguinte forma: Diagrama de Linus Pauling (as setas indicam ordem de energia) As setas em vermelho e rosa indicam a ordem de energia que devemos seguir para realizar a distribuição eletrônica. A seta vermelha que passa pelo 1s é o local de menor energia; e a seta rosa, que passa por 5f, 6d e 7p, é o local de maior energia. Assim, se formos realizar a distribuição de 20 elétrons, devemos seguir a seguinte sequência: Podemos observar que a distribuição eletrônica terminou no subnível 4s, o que o torna o subnível mais energético do átomo com 20 elétrons. Além disso, notamos que, como a distribuição passou por quatro níveis de energia, esse átomo apresenta quatro níveis. O mais interessante é que podemos obter essas duas informações apenas avaliando a tabela periódica, basta analisar as famílias e períodos. Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;) A partir do período, nós conseguimos determinar o número de níveis de um átomo de qualquer elemento. O subnível mais energético e o número de elétrons podem ser identificados facilmente pela família. Para isso, basta seguir o esquema organizacional abaixo que mostra o subnível em cada área do diagrama e o número de elétrons que haverá em cada caso: Distribuição dos subníveis aplicada em cada uma das famílias Assim fica muito simples determinarmos o número de níveis e o subnível de maior energia de qualquer elemento químico. Veja alguns exemplos: Tabela periódica dos elementos químicos 1º) Na (Família IA, 3o período) Como o sódio (Na) está na Família IA e no 3º Período, seu subnível mais energético é s1 e o átomo apresenta três níveis. Resumindo: 3s1 seria o término da sua distribuição. 2º) Hg (Família IIB, 6o período) Como o mercurio (Hg) é da família IIB e está no sexto período, seu subnível mais energético é o d10 e apresenta quatro níveis. Todavia, sempre que estivermos trabalhando com um elemento de subnível d, sua distribuição sempre terminará em um nível anterior. Isso ocorre porque, seguindo a ordem de energia do diagrama de Linus Pauling, para terminar em d, antes passamos pelo s do nível seguinte. Resumindo: a distribuição do cobre termina em 5d10. 3º) Nd (Família IIIB, 6o período / série dos actinídeos) Como o Neodímio (Nd) é o quarto elemento da série dos actinídeos e está no sexto período, seu subnível mais energético é o f4 e apresenta seis níveis. Todavia, sempre que estivermos trabalhando com um elemento de subnível f, sua distribuição sempre terminará em dois níveis anteriores. Isso ocorre porque, seguindo a ordem de energia do diagrama de Linus Pauling, para terminar em f, antes passamos pelo s de dois níveis seguintes. Resumindo: a distribuição do neodímio termina em 4f4. 4º) Bk (Família IIIB, 7o período /série dos lantanídeos) Como o Berquélio (Bk) é o nono elemento da série dos actinídeos e está no sétimo período, seu subnível mais energético é o f9 e apresenta sete níveis. Como já esclarecido no item anterior, por apresentar subnível f, sua distribuição terminará em dois níveis anteriores. Resumindo: a distribuição do berquélio termina em 5f9. Distribuição Eletrônica no Diagrama de Pauling Linus Pauling e a representação do seu Diagrama para a distribuição dos elétrons Segundo o cientista Schrödinger, cada elétron da eletrosfera de um átomo possui uma determinada quantidade de energia. Assim, cada elétron só permanece no nível e subnível de energia correspondente. A distribuição desses elétrons em seus níveis e subníveis de energia é feita de forma crescente de energia. E sua representação gráfica é dada pelo Diagrama de Pauling, criado pelo químico Linus Pauling (1901- 1994), que recebeu dois prêmios Nobel, um de Química (1954) e o outro da Paz (1962). O diagrama de Pauling representa os níveis, que são as camadas eletrônicas do átomo. São sete níveis, enumerados de forma crescente do mais próximo ao núcleo para fora (1, 2, 3... 7) e, denominados, respectivamente, pelas letras K, L, M, N, O, P e Q. Existem no máximo quatro subníveis, que são: s, p, d, f. A quantidade de subníveis existentes em cada nível está esboçada abaixo: A quantidade máxima de elétrons que pode ser distribuída em cada nível e subnível está evidenciada a seguir: Visto que, para um mesmo nível, os subníveis têm energias diferentes, nem sempre o subnível energético é o mais afastado do núcleo. Por isso, é importante seguir a ordem crescente de energia dos subníveis no momento de fazer a distribuição dos elétrons. Essa ordem é dada pelas setas indicadoras no Diagrama de Pauling: Portanto, veja exemplos de distribuição dos elétrons de dois elementos químicos: Exemplo 1: Magnésio (12Mg) Ordem energética da distribuição eletrônica do 12Mg: 1s 2, 2s2, 2p6 e 3s2. Exemplo 2: Vanádio (23V): Ordem energética da distribuição eletrônica do 23V: 1s 2, 2s2, 2p6,3s2, 3p6, 4s2 e 3d3. Observe que, nesse exemplo, no último subnível preenchido (3d) cabiam 10 elétrons; porém, apenas 3 foram necessários para completar o número atômico. Ligações químicas As ligações químicas são as interações que ocorrem entre átomos para se tornarem uma molécula ou substância básica de um composto. Existem três tipos de ligações: covalentes, metálicas e iônicas. Os átomos buscam, ao realizar uma ligação química, estabilizar-se eletronicamente. Esse processo é explicado pela teoria do octeto, que dita que cada átomo, para alcançar estabilidade,precisa ter em sua camada de valência oito elétrons. Ligações química e a regra do octeto A busca por estabilidade eletrônica, que justifica a realização de ligações químicas entre os átomos, é explicada pela teoria do octeto. Proposta por Newton Lewis, essa teoria afirma que a interação atômica acontece para que cada elemento adquira a estabilidade de um gás nobre, ou seja, oito elétrons na camada de valência. Para isso, o elemento doa, recebe ou compartilha elétrons da sua camada mais externa, realizando, portanto, ligações químicas de caráter iônico, covalente ou metálico. Os gases nobres são os únicos átomos que já possuem oito elétrons na sua camada mais externa e é por isso que pouco reagem com outros elementos. Distribuição eletrônica do neônio (gás nobre) com evidência à camada de valência, que possui oito elétrons. Tipos de ligações químicas Para obter os oito elétrons na camada de valência como previsto na regra do octeto, os átomos estabelecem ligações entre si, que variam de acordo com a necessidade de doar, receber ou compartilhar elétrons e também com a natureza dos átomos ligantes. • Ligações iônicas Também conhecidas com ligações eletrovalentes ou heteropolares, acontecem entre metais e elementos muito eletronegativos (ametais e hidrogênio). Nesse tipo de ligação, os metais tendem a perder elétrons, transformando-se em cátions (íons positivos), e os ametais e o hidrogênio ganham elétrons, tornando-se ânions (íons negativos). https://brasilescola.uol.com.br/quimica/teoria-octeto.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/camada-valencia.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/gases-nobres.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/metais.htm Os compostos iônicos são duros e quebradiços, possuem alto ponto de ebulição e conduzem corrente elétrica quando estão no estado líquido ou diluídos em água. Ligação iônica entre o sódio (Na+) e o cloro (Cl-) na qual o sódio doa um elétron para o cloro. Observação: Fique atento ao fato de que o átomo que ganha elétrons vai se tornar um íon com sinal negativo e que o átomo que perde elétrons fica com sinal positivo. Exemplos de substâncias iônicas: • Bicarbonato (HCO3-); • Amônio (NH4+); • Sulfato (SO4-). • Ligações covalentes As ligações covalentes acontecem pelo compartilhamento de elétrons. Em virtude da baixa diferença de eletronegatividade entres os elementos ligantes, eles não doam ou recebem elétrons, mas compartilham pares eletrônicos para assim ficarem estáveis de acordo com a regra do octeto. Esse tipo de ligação é muito recorrente nos elementos simples, como Cl2, H2, O2, e também nas cadeias carbônicas. A diferença de eletronegatividade entre os ligantes determina se a ligação é polar ou apolar. https://brasilescola.uol.com.br/quimica/compostos-ionicos-definicao-caracteristicas-principais.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/corrente-eletrica.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/ligacoes-covalentes.htm https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletronegatividade.htm Duas moléculas realizando ligação covalente. A primeira (Cl2) é um composto simples apolar, e a segunda (Hcl), uma molécula polar . • Ligação covalente dativa Também chamada de ligação covalente coordenada, ligação semipolar, dativa ou coordenada, ela é muito semelhante à ligação covalente, o que difere as duas é que um dos átomos da ligação dativa é responsável por compartilhar dois elétrons. Nesse tipo de ligação, que ocorre artificialmente, a molécula adquire as mesmas características de uma molécula proveniente de uma ligação covalente espontânea. • Ligações metálicas Esse tipo de ligação acontece entre metais, que englobam os elementos da família 1A (metais alcalinos), 2A (metais alcalinoterrosos) e os metais de transição (bloco B da tabela periódica – grupo 3 ao 12), formando o que chamamos de ligas metálicas. A característica diferencial em relação aos demais tipos de ligação é a movimentação dos elétrons, o que explica o fato de os materiais metálicos, no estado sólido, serem ótimos condutores elétricos e térmicos. Além disso, as ligas metálicas possuem alto ponto de fusão e ebulição, ductilidade, maleabilidade e brilho. São exemplos de ligas metálicas: • aço: ferro (Fe) e carbono C; • bronze: cobre (Cu) + estanho (Sn); • latão: cobre (Cu) + zinco (Zn); • ouro: ouro (Au) + cobre (Cu) ou prata (Ag). https://brasilescola.uol.com.br/quimica/ligas-metalicas.htm Representação molécular de sódio metálico. Resumo • Ligações químicas: interação entre átomos que buscam estabilidade eletrônica. • Tipos de ligações: iônicas, covalentes e metálicas. • Regra do octeto: define que, para o átomo ficar estável, ele deve ter em sua camada de valência oito elétrons. Exercícios resolvidos Questão 1 - (Mackenzie-SP) Para que átomos de enxofre e potássio adquiram configuração eletrônica igual à de um gás nobre, é necessário que: (Dados: número atômico S = 16; K = 19). a) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio receba 7 elétrons. b) o enxofre ceda 6 elétrons e que o potássio receba 7 elétrons. c) o enxofre ceda 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron. d) o enxofre receba 6 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron. e) o enxofre receba 2 elétrons e que o potássio ceda 1 elétron. Resolução Alternativa E. Visto que o enxofre se encontra na família 6A ou 16, obedecendo à regra do octeto, ele precisa adquirir 2 elétrons para ter assim 8 na sua camada de valência. Já o potássio, que pertence à primeira família da tabela periódica (1A ou família do hidrogênio), para ter em sua camada de valência a configuração de um gás nobre, precisa perder 1 elétron. Combinando 2 átomos de potássio com 1 átomo de enxofre, podemos estabelecer uma ligação iônica em que ambos os elementos encontram-se eletricamente estáveis. Questão 2 - (UFF) O leite materno é um alimento rico em substâncias orgânicas, tais como proteínas, gorduras e açúcares, e substâncias minerais como, por exemplo, o fosfato de cálcio. Esses compostos orgânicos têm como característica principal as ligações covalentes na formação de suas moléculas, enquanto o mineral apresenta também ligação iônica. Assinale a alternativa que apresenta corretamente os conceitos de ligações covalente e iônica, respectivamente: a) A ligação covalente só ocorre nos compostos orgânicos. b) A ligação covalente se faz por transferência de elétrons, e a ligação iônica, pelo compartilhamento de elétrons com spins opostos. c) A ligação covalente se faz por atração de cargas entre átomos, e a ligação iônica, por separação de cargas. d) A ligação covalente se faz por união de átomos em moléculas, e a ligação iônica, por união de átomos em complexos químicos. e) A ligação covalente se faz pelo compartilhamento de elétrons, e a ligação iônica, por transferência de elétrons. Resolução Alternativa E. Vamos analisar as demais: • Alternativa a: incorreta, pois as ligações covalentes ocorrem também em compostos inorgânicos, como CO2. • Alternativa b: incorreta, pois as ligações covalentes ocorrem por compartilhamento, e as ligações iônicas, por transferência de elétrons. • Alternativa c: tanto a ligação covalente quanto a ligação iônica ocorrem por meio da necessidade de perda ou ganho de elétrons, não por atração eletrostática entre os núcleos. • Alternativa d: ambas as ligações, tanto covalente como iônica, ocorrem pela união de átomos em molécula. Questão 3 - (PUC-MG) Analise a tabela, que mostra propriedades de três substâncias, X, Y e Z, em condições ambientes. Substância Temperatura de fusão (c°) Condutibilidade elétrica x 146 nehuma y 1600 elevada z 800 só fundido ou dissolvido na água Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que as substâncias X, Y e Z são, respectivamente: a) iônica, metálica, molecular. b) molecular, iônica, metálica. c) molecular, metálica,iônica. d) iônica, molecular, metálica. Resolução Alternativa C. A substância X é molecular, visto que as ligações moleculares, também chamadas de covalentes, possuem baixo ponto de ebulição, já que a diferença de eletronegatividade entre os ligantes não é muito alta. Geralmente compostos covalentes não possuem condutividade elétrica, e a solubilidade é variável. Podemos reconhecer a substância Y como metálica, pois os metais possuem alto ponto de fusão, são ótimos condutores elétricos e insolúveis em água. Por último, a substância Z é iônica, já que o ponto de fusão é relativamente alto para essa substância, o que é uma consequência do arranjo cristalino da molécula. Quando uma substância iônica está dissolvida em água ou no estado líquido, ela possui íons livres, o que a torna condutora de elétrons e solúvel em água. Estudo dos Gases Com exceção dos gases nobres, que são formados por átomos isolados a maioria dos gases são compostos moleculares. Fisicamente, os gases possuem grande capacidade de compressão e expansão, não possuindo nem forma nem volume definidos, pois ocupam o volume a forma do recipiente que os contém. Há uma diferença entre gás e vapor: o vapor é capaz de existir em equilíbrio com a substância em estado líquido e até mesmo sólido; o gás, por sua vez, é um estado fluido impossível de se liquefazer. Temperatura É a medida da agitação das partículas. Nos estudos dos gases utiliza-se a escala Kelvin (K), cuja fórmula de conversão em relação à temperatura em graus Celsius (C) é: K = C+273 Pressão É a força por unidade de área. No caso dos gases a pressão é resultante do movimento das partículas em choque com as paredes do recipiente que contém o gás. As unidades de medida para a pressão atmosférica medida ao nível do mar são: Volume ocupado por um gás Igual ao volume do recipiente que o contém. As unidades são: Mol Quantidade de uma substância: CNTP – condições normais de temperatura e pressão (273 K e 1 atm). Nessas condições 1 mol de gás ocupa 22,4 L (volume molar de gases). Transformações gasosas Isotérmica (temperatura constante); caso se diminua o volume do gás (diminuindo o volume do recipiente que o contém), a pressão aumenta: Isobárica (pressão constante); caso se aumente a temperatura o volume também aumenta: Isocórica ou Isovolumétrica (volume constante); ao se aumentar a temperatura a pressão também aumenta Equação geral dos gases ideais: se as três propriedades (volume, pressão e temperatura) variarem, a equação será: É chamado de gás ideal a todo gás que se comporta conforme as equações acima descritas. Na maioria das vezes os gases não se comportam como gases ideais, e são chamados de gases reais. Usam-se as equações acima, fazendo a adaptação para os casos de gases reais. Equação de estado dos gases perfeitos Mesmo que haja transformações pode-se usar a equação geral dos gases a qualquer momento: A equação acima relaciona o número de mols de um gás com a temperatura, pressão e volume; ou seja, dados, por exemplo, a pressão, o volume e a temperatura de um gás, é possível calcular quantos mols de gás estão presentes nesse volume. Mistura de gases Toda mistura de gases é um sistema homogêneo. A pressão final alcançada será a soma de todas as pressões parciais dos gases misturados. Por exemplo, caso misturemos 3 gases com pressões parciais de 1, 2 e 3 atm a pressão final será 6 atm. Para mistura de n gases a equação será: Por generalização: Fração molar de cada um dos gases da mistura é a razão entre o número de mols desse gás e o número total de mols. Exercícios: 1. (UFU-MG) A atmosfera é composta por uma camada de gases que se situam sobre a superfície da Terra. Imediatamente acima do solo localiza-se uma região da atmosfera conhecida por troposfera, na qual ocorrem as nuvens, os ventos e a chuva. Ela tem uma altura aproximada de 10 km, a temperatura o seu topo é cerca de -50 °C e sua pressão é de 0,25 atm. Se um balão resistente a altas pressões, cheio com gás hélio até um volume de 10 L, a 1,00 atm e 27 °C for solto, o volume deste balão, quando chegar ao topo da troposfera será de: (Dados: 0 Kelvin = -273 °C) a. 40,0 L. b.74,1 L. c. 36,3 L. d. 29,7 L. e. 52,5 L. 2. (UFMT) Termodinamicamente, o gás ideal é definido como o gás cujas variáveis de estado se relacionam pela equação PV = nRT, em que P é a pressão, V é o volume, T é a temperatura na escala Kelvin, R é a constante universal dos gases e vale R = 0,082 atm.L/mol.K e n é o número de mol do gás. Um recipiente de 20,5 L contém hidrogênio a 27 °C e 9 atm de pressão. Supondo que o hidrogênio comporta-se como um gás ideal, quantos gramas de hidrogênio estão contidos no recipiente? (Dado: massa molecular do H2 = 2g/mol). 3. (Fuvest-SP) Indique os cálculos necessários para a determinação da massa molecular de um gás, sabendo-se que 0,800 g desse gás ocupa o volume de 1,12 L a 273 °C e 2,00 atm. Qual valor se encontra para a massa molecular desse gás? (Dado: R = 0,082 atm.L/mol.K) 4. a. A pressão parcial do CO é o dobro da do CH4. b. A pressão parcial CH4 é o triplo da do CO2. c. A pressão parcial do CO2 é ¼ da do CO. d. A pressão parcial do CO é o quádruplo do da CH4. e. A pressão total é 4 atm. Respostas: 1. d. 2. 15g. 3. 4. d. Funções Inorgânicas As quatro principais funções inorgânicas são: ácidos, bases, sais e óxidos. Essas 4 funções principais foram definidas por Arrhenius, químico que identificou íons nos ácidos, nas bases e nos sais. Ácidos Ácidos são compostos covalentes, ou seja, que compartilham elétrons nas suas ligações. Eles têm a capacidade de ionizar em água e formar cargas, liberando o H+ como único cátion. Classificação dos ácidos Os ácidos podem ser classificados de acordo com a quantidade de hidrogênios que são liberados em solução aquosa e ionizam-se, reagindo com a água formando o íon hidrônio. Número de hidrogênios ionizáveis Monoácidos: possuem apenas um hidrogênio ionizável. Exemplos: HNO3, HCl e HCN Diácidos: possuem dois hidrogênios ionizáveis. Exemplos: H2SO4, H2S e H2MnO4 Triácidos: possuem três hidrogênios ionizáveis. Exemplos: H3PO4 e H3BO3 Tetrácidos: possuem quatro hidrogênios ionizáveis. Exemplos: H4P7O7 A força de um ácido é medida pelo grau de ionização. Quanto maior o valor de mais forte é o ácido, pois: Grau de ionização Fortes: possuem grau de ionização superior a 50%. Moderados: possuem grau de ionização entre 5% e 50%. Fracos: possuem grau de ionização inferior a 5%. https://www.todamateria.com.br/acidos/ Grau de ionização Os ácidos podem conter ou não o elemento oxigênio na sua estrutura, sendo assim: Presença de oxigênio Hidrácidos: não apresentam átomos de oxigênio. Exemplos: HCl, HBr e HCN. Oxiácidos: O elemento oxigênio está presente na estrutura do ácido. Exemplos: HClO, H2CO3 e HNO3. Nomenclatura dos ácidos A fórmula geral de um ácido pode ser descrita como HxA, onde A representa o ânion que compõe o ácido e a nomenclatura gerada pode ser: Terminação do ânion Terminação do ácido eto Exemplo: Cloreto (Cl-) ídrico Exemplo: ácido clorídrico (HCl) ato Exemplo: clorato ico Exemplo: ácido clórico (HClO3) ito Exemplo: nitrito oso Exemplo: ácido nitroso (HNO2) Características dos ácidos As principais características dos ácidos são: • Têm sabor azedo. • Conduzem corrente elétricas, pois são soluções eletrolíticas. • Formam o gás hidrogênio quando reagem com metais, como magnésio e zinco. • Formam gás carbônico ao reagir com carbonato de cálcio. • Alteram para uma cor específica os indiciadores ácido-base (papel de tornassol azul fica vermelho). Principaisácidos Exemplos: acido clorídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4), ácido acético (CH3COOH), ácido carbônico (H2CO3) e ácido nítrico (HNO3). Embora o ácido acético seja um ácido da Química Orgânica, é importante conhecer a sua estrutura devido a sua importância. Bases Bases são compostos iônicos formados por cátions, na maioria das vezes de metais, que se dissociam em água liberando o ânion hidróxido (OH-). Classificação das bases As bases podem ser classificadas de acordo com o número de hidroxilas liberadas em solução. Número de hidroxilas Monobases: possuem apenas uma hidroxila. Exemplos: NaOH, KOH e NH4OH Dibases: possuem duas hidroxilas. Exemplos: Ca(OH)2, Fe(OH)2 e Mg(OH)2 Tribases: possuem três hidroxilas. Exemplos: Al(OH)3 e Fe(OH)3 Tetrabases: possuem quatro hidroxilas. Exemplos: Sn(OH)4 e Pb(OH)4 https://www.todamateria.com.br/bases/ As bases geralmente são substâncias iônicas e a força de uma base é medida pelo grau de dissociação. Quanto maior o valor de mais forte é a base, pois: Grau de dissociação Fortes: possuem grau de dissociação praticamente 100%. Exemplos: • Bases de metais alcalinos, como NaOH e KOH. • Bases de metais alcalino-terrosos, como Ca(OH)2 e Ba(OH)2. • Exceções: Be(OH)2 e Mg(OH)2 Fracos: possuem grau de dissociação inferior a 5%. Exemplo: NH4OH e Zn(OH)2. Solubilidade em água Solúveis: bases de metais alcalinos e amônio. Exemplos: Ca(OH)2, Ba(OH)2 e NH4OH. Pouco solúveis: bases de metais alcalinos terrosos. Exemplos: Ca(OH)2 e Ba(OH)2. Praticamente insolúveis: demais bases. Exemplos: AgOH e Al(OH)3. Nomenclatura das bases A fórmula geral de uma base pode ser descrita como , onde B representa o radical positivo que compõe a base e y é a carga que determina o número de hidroxilas. A nomenclatura para bases com carga fixa é dada por: Bases com carga fixa Metais alcalinos Hidróxido de lítio LiOH Metais alcalinos terrosos Hidróxido de magnésio Mg(OH)2 Prata Hidróxido de prata AgOH Bases com carga fixa Zinco Hidróxido de zinco Zn(OH)2 Alumínio Hidróxido de alumínio Al(OH)3 Quando a base tem carga variável a nomenclatura pode ser de duas formas: Bases com carga variável Cobre Cu+ Hidróxido de cobre I CuOH Hidróxido cuproso Cu2+ Hidróxido de cobre II Cu(OH)2 Hidróxido cúprico Ferro Fe2+ Hidróxido de ferro II Fe(OH)2 Hidróxido ferroso Fe3+ Hidróxido de ferro III Fe(OH)3 Hidróxido férrico Características das bases • A maioria das bases são insolúveis em água. • Conduzem corrente elétrica em solução aquosa. • São escorregadias. • Reagem com ácido formando sal e água como produtos. • Alteram para uma cor específica os indiciadores ácido-base (papel de tornassol vermelho fica azul). Principais bases As bases são muito utilizadas em produtos de limpeza e também em processos das indústrias químicas. Exemplos: hidróxido de sódio (NaOH), hidróxido de magnésio (Mg(OH)2), hidróxido de amônio (NH4OH), hidróxido de alumínio (Al(OH)3) e hidróxido de cálcio (Ca(OH)2). Sais Sais são compostos iônicos que apresentam, no mínimo, um cátion diferente de H+ e um ânion diferente de OH-. Um sal pode ser obtido em uma reação de neutralização, que é a reação entre um ácido e uma base. A reação do ácido clorídrico com hidróxido de sódio produz cloreto de sódio e água. O sal formado é composto pelo ânion do ácido (Cl-) e pelo cátion da base (Na+). Classificação dos sais A seguir, temos as principais famílias de sais que podem ser classificadas de acordo com a solubilidade em água e alteração do pH da solução da seguinte forma: https://www.todamateria.com.br/caracteristicas-e-principais-tipos-de-sais/ Solubilidade em água dos sais mais comuns Solúveis Nitratos Exceções: Acetato de prata. Cloratos Acetatos Cloretos Exceções: Brometos Iodetos Sulfatos Exceções: Insolúveis Sulfetos Exceções: Sulfetos de metais alcalinos, alcalino-terrosos e amônio. Carbonatos Exceções: Os de metais alcalinos e amônio. Fosfatos pH Sais neutros Quando são dissolvidos em água não alteram o pH. Exemplo: NaCl. Sais ácidos Quando são dissolvidos em água fazem o pH da solução ficar menor que 7. Exemplo: NH4Cl. Sais básicos Quando são dissolvidos em água fazem o pH da solução ficar maior que 7. Exemplo: CH3COONa. Além das famílias de sais que vimos anteriormente, existem outros tipos de sais, conforme a tabela a seguir. Outros tipos de sais Hidrogeno-sais Exemplo: NaHCO3 Hidroxi-sais Exemplo: Al(OH)2Cl Sais duplos Exemplo: KNaSO4 Sais hidratados Exemplo: CuSO4 . 5 H2O Sais complexos Exemplo: [Cu(NH3)4]SO4 Nomenclatura dos sais De maneira geral, a nomenclatura de um sal segue a seguinte ordem: Nome do ânion Nome de cátion Nome do sal Cl- Cloreto Fe3+ Ferro III FeCl3 Cloreto de ferro III Sulfato Na+ Sódio Na2SO4 Sulfato de sódio Nitrito K+ Potássio KNO2 Nitrito de potássio Br- Brometo Ca2+ Cálcio CaBr2 Brometo de cálcio Características dos sais • São compostos iônicos. • São sólidos e cristalinos. • Sofrem ebulição em temperaturas altas. • Conduzem corrente elétrica em solução. • Têm sabor salgado. Principais sais Exemplos: nitrato de potássio (KNO3), hipoclorito de sódio (NaClO), fluoreto de sódio (NaF), carbonato de sódio (Na2CO3) e sulfato de cálcio (CaSO4). Óxidos Óxidos são compostos binários (iônicos ou moleculares), que têm dois elementos. Possuem oxigênio na sua composição, sendo ele o seu elemento mais eletronegativo. A fórmula geral de um óxido é , onde C é o cátion e sua carga y se transforma em índice no óxido formando o composto: Classificação dos óxidos De acordo com as ligações químicas Iônicos Combinação do oxigênio com metais. Exemplo: ZnO. Moleculares Combinação do oxigênio com elementos não metálicos. Exemplo: SO2. De acordo com as propriedades Básicos Em solução aquosa alteram o pH para maior que 7. Exemplo: Li2O ( e demais metais alcalinos e alcalinos terrosos). Ácidos Em solução aquosa reagem com a água e formam ácidos. Exemplos: CO2, SO3 e NO2. https://www.todamateria.com.br/oxidos/ De acordo com as propriedades Neutros Alguns óxidos que não reagem com a água. Exemplo: CO. Peróxidos Em solução aquosa reagem com a água ou ácidos diluídos e formam água oxigenada H2O2. Exemplo: Na2O2. Anfóteros Podem se comportar como ácidos ou bases. Exemplo: ZnO. Nomenclatura dos óxidos De maneira geral, a nomenclatura de um óxido segue a seguinte ordem: Nome de acordo com tipo de óxido Óxidos iônicos Exemplos de óxidos com carga fixa: CaO - Óxido de cálcio Al2O3 - Óxido de alumínio Exemplos de óxidos com carga varável: FeO - Óxido de ferro II Fe2O3 - Óxido de ferro III Óxidos moleculares Exemplos: CO - Monóxido de carbono N2O5 - Pentóxido de dinitrogênio Características dos óxidos • São substâncias binárias. • São formados pela ligação do oxigênio com outros elementos, exceto o flúor. • Óxidos metálicos, ao reagir com ácidos, formam sal e água. • Óxidos não metálicos, ao reagir com bases, formam sal e água. Principais óxidos Exemplos: óxido de cálcio (CaO), óxido de manganês (MnO2), óxido de estanho (SnO2), óxido de ferro III (Fe2O3) e óxido de alumínio (Al2CO3).
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