modelos atômicos e características dos átomos

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84
Neste capítulo
1. Os primeiros
modelos
atômicos.
2. O modelo de
Rutherford e
as partículas
fundamentais do
átomo.
3. A reelaboração
do modelo
atômico de
Rutherford.
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avanços tecnológicos como esse pudes-
sem estar presentes, não só na medicina,
mas também, por exemplo, na produção
industrial, um grande passo teve de ser
dado pelos cientistas: a concepção cientí-
fica do modelo atômico.
Esse tipo de conhecimento não acon-
teceu da noite para o dia. Foi uma evo-
lução que incluiu a explicação para as
relações estabelecidas entre as massas de
reagentes e produtos obtidos nas trans-
formações químicas, conhecimentos so-
bre raios X e radioatividade, de grande
aplicação na medicina, e dos raios cató-
dicos utilizados em televisores de tubo
(convencionais), que, devido a essa mes-
ma evolução, estão sendo gradativamen-
te substituídos pelos sistemas de LCD
(liquid cristal display, "tela de cristal líqui-
do") e pelos de plasma.
Neste capítulo você vai estudar como
os cientistas chegaram à concepção dos
modelos atômicos e qual é a relação des-
tes com fenômenos como radioatividade,
raios X e fluorescência e fosforescência.
Médico examina uma radiografia de tórax. A descoberta dos raios X proporcionou o diagnóstico de doenças e
lesões no corpo humano.
Os profissionais da área da saúde são
unânimes em enfatizar que a prática de
atividades esportivas é importante na
prevenção de problemas cardiovascula-
res. A caminhada é a atividade mais re-
comendada, por oferecer menos riscos ao
praticante. Esportes que exigem mais do
organismo só devem ser praticados sob
orientação médica.
Os atletas profissionais, principalmen-
te os que praticam esportes de contato
físico (futebol, basquete, boxe, etc.), pre-
cisam de um controle médico mais rígido
e estão sujeitos a contusões sérias. É co-
mum jogadores de futebol serem vítimas
de fraturas, rompimentos de ligamentos
dos joelhos, ete.
Os grandes clubes de futebol têm,
como suporte, toda uma estrutura de mé-
dicos, fisioterapeutas e nutricionistas mo-
nitorando o desgaste e os limites que cada
atleta pode atingir.
Uma forma segura de determinar a
extensão de uma fratura, por exemplo, é o
uso de equipamentos de raios X. Para que
(
1. Os primeiros modelos atômicos
Um modelo científico é uma representação da natureza, uma imagem
construída, que permite a compreensão de alguns fenômenos. Quando
adequado, permite previsões acerca dos fenômenos estudados e torna
possível compreender melhor a natureza.
Entretanto, quando um modelo não é capaz de explicar adequada-
mente determinado(s) fenômeno(s), sua reformulação torna-se necessá-
ria. Isso é claramente observado nos modelos propostos para representar
as propriedades e as caracteristicas da matéria, denominados modelos
atômicos, os quais, ao longo da história, sofreram modificações.
Primeiras ideias sobre átomos
Leucipo e Demócrito, filósofos gregos que viveram entre os séculos IV
e V a.C., criaram o conceito de átomo. Eles acreditavam que o Universo
era constituído por partículas indivisíveis - a palavra "átomo", em grego,
significa indivisível-, eternas e indestrutíveis, que estão em movimento
no vazio. Átomos de um elemento diferiam de átomos de outro elemento
na forma, no tamanho e no movimento, o que conferia propriedades ca-
racterísticas a cada elemento.
Essas ideias se chocaram com as de Aristóteles (384-322 a.C.), que
afirmava que a matéria era contínua, isto é, não formada de átomos. A
concepção de Aristóteles acabou prevalecendo por mais de 2 mil anos.
o modelo atômico de Dalton
Entre 1803 e 1808, quando John Dalton elaborou um modelo de es-
trutura da matéria que explicava os fenômenos químicos conhecidos, o
conceito de átomo já era conhecido. Tal modelo tinha como base as leis
ponderais, o comportamento dos gases em função da variação da pres-
são e da temperatura e a concepção de elemento retomada por Lavoisier.
Dalton propõs que a matéria era formada por partículas distintas, de-
nominadas átomos. Ele concebia os átomos como esferas maciças, indi-
visíveis e indestrutíveis.
Segundo Dalton a matéria era descontínua, pois entre os átomos que
a constituíam havia espaços vazios. O modelo atômico elaborado por
Oalton pode ser resumido da seguinte maneira.
• Toda a matéria é formada por átomos, partículas esféricas, maciças,
indivisíveis e indestrutíveis.
• Existe um tipo de átomo para cada elemento.
• Átomos de um mesmo elemento são iguais entre si.
• Átomos de elementos distintos diferem quanto à massa.
• Uma substãncia composta é formada por espécies químicas de di-
ferentes elementos que possuem quantidade fixa de cada um deles.
Dalton deu o nome de "átomos complexos" ou "átomos compostos"
a essas espécies.
• Em uma reação quími.ca, os átomos se mantêm em tipo e quantida-
de, apenas ocorrendo o rearranjo deles na formação de novas espé-
cies químicas.
Dalton representava os átomos com círculos que continham em seu
interior detalhes distintos para simbolizar os elementos.
Muitas substâncias que hoje são consideradas compostos eram en-
tendidas como elementos químicos, pois a tecnologia entâo conhecida
não permitia sua decomposição. É o caso, por exemplo, da alumina e da
potassa, ambas classificadas como elemento por Dalton.
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hidrogênio nitrogênio
• Ocarbono oxigênio
O CID
alumínio sódio
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chumbo fósforo
CIID 0)
potassa prata
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cobre enxofre
Representação de alguns elementos químicos
súgerida por Dalton.
Fonte de pesquisa: FILGUElRAS,Carlos Alberto L.
Duzentos anos da teoria atômica de Dalton. Química
Nova na Escola, n. 20, novo2004. Disponível em:
<http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc20/v 20a07. pdf».
Acesso em: 28 ago. 2012.
85
Exercício resolvido
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o modelo de Dalton e
as fórmulas químicas
Uma das consequências do modelo atômico de
Dalton é que cada substância composta é forma-
da por um único tipo de "átomo composto", o qual
apresenta proporção fixa entre os átomos que o com-
põem. Isso significa dizer que há uma fórmula para
cada substância.
O quadro abaixo apresenta as fórmulas, nomes e
composição propostos por Dalton para representar al-
gumas substâncias químicas compostas.
Fórmula Composição
@:) 1 átomo de hidrogênio
e 1 átomo de oxigênio
água
c.J 1 átomo de carbono
ácido carbônico
e 2 átomos de oxigênio
CIB 1 átomo de nitrogênioe 1 átomo de hidrogênio
amônia
ck 1 átomo de enxofre e3 átomos de oxigênio
ácido sulfúrico
eo 1 átomo de carbono e
óxido carbônico
1 átomo de oxigênio
8e 1 átomo de hidrogênio e1 átomo de carbono
gás olefiante
o modelo de Dalton e as relações de
massas nas transformações da matéria
o modelo atômico proposto por Dalton explicava
adequadamente as leis ponderais: Lei da Conservação
das Massas e Lei das Proporções Definidas.
Segundo Dalton, durante uma transformação quí-
mica, os átomos não se modificam, mas se rearran-
jam gerando novas espécies químicas. Observe a re-
presentação das espécies envolvidas no processo de
formação do ácido carbônico a partir da reação entre
óxido carbõnico e oxigênio - e da água - a partir da
reação entre hidrogênio e oxigênio.
a:
eo O c.J ª+ ----. ..'s.
óxido carbônico + oxigênio ----. ácido carbônico j
Representação esquemática da formação de ácido carbônico.
+ O ----.
hidrogênio + oxigênio ----. água
Representação esquemática da formação de água.
Todos os átomos presentes no sistema inicial perma-
necem no sistema final. Assim, podemos concluir que a
massa do sistema se conserva, pois, em última instância,
a massa de um corpo é a soma das massas de todos os
seus átomos constituintes.
Observe que há uma proporção entre as quantidades
de espécies envolvidas nos dois processos: a relação entre
as quantidades de óxido carbônico e oxigênio é 1 : 1, for-
mando 1 átomo composto de ácido carbônico. O mesmo
ocorre no 2º exemplo: a relação entre as quantidades de
oxigênioe hidrogênio é 1 : 1, formando 1 átomo compos-
to de água. Se há uma proporção definida entre as quanti-
dades de reagentes e produtos, então existe também uma
proporção definida entre as massas de cada reagente e de
cada produto .
1. A combustão do "gás olefiante", que produz óxido carbônico e água, pode ser representada por meio da
seguinte equação química .
18e +
Como o modelo atômico de Dalton explica a conservação de massa nessa transformação?
Solução
Pelo modelo de Dalton, os átomos presentes nas substâncias reagentes se reagrupam para formar o produto.
Portanto, todos os átomos presentes no sistema inicial permanecem no sistema final.
86
imitações e aprimoramento do modelo atômiro de Dalton -
contribuições de Berzelius
principais ideias relacionadas ao modelo atômico de Dalton foram aceitas durante
icamente todo o século XIX. Durante esse período, entretanto, o modelo foi sendo apri-
rado, pois apresentava algumas limitações relacionadas ao comportamento das substân-
- sob açâo da eletricidade (eletrólise e conduçâo elétrica dos metais), à formação de vá-
- "átomos compostos", à simbologia dos elementos.
_.esse contexto, foram muito importantes as contribuições de jóns Jacob Berzelius (1778-
8), que elaborou, entre diversos outros trabalhos, duas teorias: a Teoria eletroquímica e a
ria corpuscular; ambas aprimoraram as ideias de Dalton sem desvalorizá-Ias.
Em sua Teoria eletroquímica, publica da pela primeira vez em 1811, Berzelius considera
s átomos como dipolos elétricos, ou seja, todos os átomos teriam carga elétrica negativa
ositiva, exceto o oxigênio, que só teria carga negativa. Para ele, o comportamento dos
mos sob a ação da eletricidade dependia de qual tipo de carga preponderasse no átomo.
Em sua Teoria corpuscular, Berzelius propôs um arranjo dos "átomos compostos" de Dal-
n em diferentes ordens de complexidade: os de primeira ordem seriam formados por ato-
-os elementares (por exemplo: potássio + oxigênio = potassa; enxofre + oxigênio = ácido
_ ilíúrico); os de segunda ordem seriam formados por aqueles de primeira ordem (por
xernplo: sulfato de potassa = potassa + ácido sulfúrico) e assim por diante. Nota-se as-
_ m que a potassa, que era considerada um elemento na representação de Dalton, passa
-er "átomo composto". Isso porque Berzelius incorporou em sua teoria descobertas de
umphry Davy (1778-1829), em seus trabalhos com eletrólise, com o isolamento do ele-
ento potássio, em 1808.
Quanto à simbologia, Berzelius adotou um sistema de letras e números para representar os
atamos" e "átomos compostos", que é utilizado até hoje, com pequenas alterações para re-
resentar elementos e compostos (veja a simbologia atual na Tabela Periódica da página 115).
Além disso, Berzelius recalculou as massas atômicas de vários compostos, especialmente
queles formados por oxigênio. Com isso, a proporção dos átomos nas substâncias foi re-
alculada e as fórmulas foram modificadas. A fórmula de Berzelius para a água, por exern-
10, era H20. A representação atual é H20. Já para Dalton, os átomos de hidrogênio e de
oxigênio se combinavam na proporção de 1 : 1 e não de 2 : 1, como a que conhecemos hoje
e que foi indica da nos trabalhos de Berzelius.
Raios catêdicos
o físico inglês William Crookes (1832-1919) desenvolveu um
aparato que ficou conhecido como ampola de Crookes. Dentro
dessa ampola havia gás sob pressão muito baixa, constituindo uma
atmosfera rarefeita.
O equipamento funcionava da seguinte maneira: nas extremida-
des da ampola eram soldados fiosde metal, os quais estavam ligados
a uma fonte de alta tensão. A placa metálica conectada ao polo nega-
tivo da fonte foi denominada cátodo. Aquela conectada ao positivo
foi chamada de ânodo.
Quando Crookes aplicava alta tensão ao gás rarefeito contido na
ampola, ele podia observar a formação de raios provenientes do cá-
todo. Eles receberam o nome de raios catódicos e produziam uma
fluorescência quando se chocavam contra a parede de vidro da am-
pola. Esses raios, invisíveis, eram detectados ao colidirem com o
material fluorescente (sulfeto de zinco) que recobria a parede da
ampola. Vejaa foto ao lado.
Ampola de Crookes.
Sentido do movimento dos raios catódicos:
do cátodo 8 para o ânodo (D.
87
Investigações sobre os raios catódicos
Por meio de uma série de experimentos e variações no uso da ampola
desenvolvida por Crookes, Eugen Goldstein (1850-1930) e joseph John
Thomson (1856-1940), além do próprio Crookes, forneceram explicações
para a natureza dos raios catódicos.
Os experimentos evidenciaram que os raios catódicos eram carregados
negativamente. Quando eletrodos (placas carregadas com cargas opostas)
eram introduzidos na região da ampola pela qual passavam os raios cató-
dicos, esses raios sofriam desvio no sentido do polo positivo.
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Esquema da ampola
de Crookes. Os raios
catódicos desviam-
-se em direção
ao pala positivo.
Cores-fantasia.
Fonte de pesquisa:
KOTZ, John C.:
TRElcHEL,Paul
M. Chemistry and
chemical reactivity.
3. ed. Saunder
College Publishing,
1996. p. 64.
Ao analisar o desvio dos raios catódicos em função da tensão elétrica
aplicada nos eletrodos, Thomson percebeu que esses raios negativos eram
sempre os mesmos independentemente do gás contido no tubo ou do me-
tal que constituía os eletrodos. Isso significava que esse raio sempre era
atraído para o polo positivo e que sua massa não se alterava.
O cientista concluiu que os raios catódicos eram formados por um feixe
de partículas idênticas de carga negativa, as quais estavam presentes em
toda a matéria e, portanto, no átomo.
O nome dado a essas partículas foi elétron. Quem atribuiu esse nome
não foi Thomson, mas sim George Johnstone Stoney (1826-1911), em
1897, que havia sugerido a existência de partículas de carga negativa nos
átomos. Thomson confirmou a existência dessas partículas e ainda con-
clui com seus trabalhos que a massa dos elétrons deveria ser muito menor
do que a dos átomos. Posteriormente, foi descoberto que o elétron possui
massa aproximadamente 1840 vezes menor do que a do átomo de hidro-
gênio (átomo de menor massa que se conhece).
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+ ânodo
Saiba mais
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Condutibilidade elétrica
dos materiais
No circuito elétrico mostrado ao lado, a
lâmpada permanece apagada quando não
há conexão entre o condutor e a fonte de
energia.
Se a conexão for feita por um fio metá-
lico, contudo, a lâmpada se acenderá. Isso
acontece porque o fio fecha o circuito e es-
tabelece a conexão entre a lâmpada e a fon-
te de energia.
Outros materiais, como a borracha, o
plástico e a madeira, não possibilitam a pas-
sagem de eletricidade. Por essa razão, para
que não levemos um choque, a parte externa
dos interruptores é feita de plástico.
A lâmpada do circuito acende
quando as extremidades dos fios
são conectadas a um metal.
88
Saiba mais
Aplicações dos tubos
de raios catódicos
A televisão revolucionou a co-
municação do século passado.
Os aparelhos de TV de tubo, que
dominaram o mercado por cerca
de 50 anos, atualmente estão sen-
do substituídos pelos sistemas de
LCO, plasma ou LED.
Nos aparelhos antigos, ain-
da muito usados, a formação da
imagem ocorre devido a um tubo
de raios catódicos acoplado à
tela, como mostrado a seguir.
tela recoberta de
material fosforescente
filamento de
aquecimento
ânodo
(cilindro oco)
placa de deflexâo
vertical
placa de deflexâo
horizontal
Esquema em cores-fantasia de tubo de
televisão.
Fonte de pesquisa: Tubo de raios
catódicos, n. 10. Instituto de Física da
UFRGS-RS. Disponível em: -chttp.z/www
tecnologiacomciencia.ufrgs.br/banners/
tubos-raios-catodicos-l0.pdf>. Acesso em:
14 fev. 2013.
Quando submetidos à alta ten-
são, os elétrons provenientes do
cátodo dirigem-se para o ânodo,
que apresenta a forma de um ci-
lindro oco e que permite a pas-
sagem de um feixe de elétrons.
O impacto desse feixe sobre uma
tela coberta de material fosfores-cente resulta em emissão de luz,
que observamos como imagem. O
feixe forma imagens ao percorrer
cada uma das pequenas unidades
(pixels) dessa tela.
O brilho responsável pela ima-
gem que observamos na tela
depende da tensão elétrica apli-
cada, que controla a intensidade
do feixe de elétrons emitidos pelo
cátodo. A cor da imagem depen-
de de qual material fosforescen-
te está sendo excitado, se o azul.
o verde ou o vermelho. A combi-
nação dessas três cores compõe a
cor de cada um dos pixels.
modelo atômico de Thomson
- mo os corpos são eletricamente neutros, a descoberta dos elétrons (de
.:: negativa) levou Thomson a propor a existência de carga positiva no
o. Ele elaborou um modelo de átomo constituído por uma esfera ma-
de carga elétrica positiva, que continha "corpúsculos" de carga negati-
elétrons) nela dispersos.1 Esse modelo ficou conhecido por modelo do
de passasí (nome que não foi dado por Thomson).
: gundo Thomson, o número de elétrons no átomo deveria ser suficien-
")3Ja anular a carga positiva da esfera IAssim, se um átomo perdesse um
_ mais elétrons, ficaria carregado positivamente! pois haveria uma carga
" positiva superior à negativa, transformando-se em um átomo positiva-
me carregado. Caso o átomo ganhasse um ou mais elétrons, ficaria nega-
-amente carregado. Thomson denominou esses átomos, respectivamente,
"eletropositivos'' e "elerronegativos".
Atualmente, dá-se o nome de íons aos átomos que ficam positiva ou ne-
_ nvamente carregados.
Íons com carga elétrica positiva são denominados cátions, e com carga
'trica negativa, ãnions.
Comparação entre o modelo de Thomson
e o de Dalton
Embora em ambos os modelos os átomos sejam esféricos, o de Dalton,
esmo com as contribuições de Berzelius, não admitia a possibilidade de o
orno ser divisível. Já o de Thomson assumia a natureza elétrica do átomo,
_ cluindo que poderiam ser removidas ou acrescentadas partículas (elé-
'Tons), ou seja, considerava o átomo "divisível".
Como já foi dito, o ganho ou a perda de elétrons provocaria um dese-
uilíbrio de cargas, originando íons. Esse desequilíbrio justificaria os fenô-
menos elétricos não explicados satisfatoriamente pelo modelo de Dalton,
Ao admitir que a massa dos elétrons era muito menor que a do átomo
orno um todo, no entanto, as ideias de Dalton sobre as massas dos átomos
oram mantidas.
Observe, então, uma característica muito importante do desenvolvimen-
o científico: assim como o modelo de Thomson incorpora novas ideias ao
de Dalton, sem descartar completamente as antigas, a comunidade cientí-
fica aceita o princípio de que, para que haja avanços, nem sempre é neces-
sário jogar fora ideias anteriores. Ao contrário, elas são fundamentais para
a evolução do conhecimento humano .
• Química tem história
Eletromagnetismo e condutibilidade elétrica
Joseph John Thomson nasceu em uma cidade pró-
xima a Manchester (Inglaterra), em 1856, e faleceu em
Cambridge, em 1940, naquele mesmo país.
Assumiu o cargo de pesquisador no laboratório
de Cavendish em 1880, onde trabalhou por 42 anos,
transformando-o em um dos mais importantes centros
científicos da Europa.
Thomson fez pesquisas sobre eletromagnetismo
que foram fundamentais para o desenvolvimento da
eletricidade, da eletrônica, da química e de outras
ciências.
Fonte de pesquisa: ATKJNs,Peter; jONES,Loretta. Princípiosde química:
questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre:
Bookman, 2001. p. 47.
região dotada de carga positiva (fundo cinza)
Esquema de modelo atômico proposto por
Thomson. Cores-fantasia.
Fonte de pesquisa: The discovery of the electron.
Disponível em: <http://chemed.chem.purdue.edu/
genchemlhislory/raisin.hlmb. Acesso em:
14 fev. 2013.
Thomson no laboratório de Cavendish, em 1909.
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90
ATENÇÃO: não escreva no livro.
Responda a todas as questões no caderno.
Quais são os pressupostos do modelo atômico pro-
posto por Dalton?
Por que o modelo de Dalton é capaz de explicar as
relações entre massas nas transformações?
Descreva o modelo de átomo proposto por Joseph
Thomson.
° que são íons? Explique.
Cite as semelhanças e as diferenças entre o modelo
atômico de Thomson e o de Dalton.
De acordo com o modelo de Thomson, o que deve
acontecer com a massa de um átomo quando este
ganha ou perde elétrons? Explique.
Durante seus experimentos com raios catódicos,
Thomson observou que eles eram atraídos para o
polo positivo, quando submetidos a um campo elé-
trico. Como essa observação foi explicada por ele?
Analise as representações contidas nos balões 1 e 2
e indique, em cada caso, quantas substâncias (sim-
ples ou compostas) estão presentes.
balão I balão II
Com base nas fórmulas das seguintes substâncias
com símbolos atuais, classifique-as como simples
ou compostas.
a) Cloreto de zi nco: ZnCe2
b) Iodo: 12
c) Glicose: C6H1206
d) Metal magnésio: Mg
Hidrogênio reage com nitrogênio formando amônia.
A equação química que representa essa transforma-
ção com símbolos atuais é apresentada abaixo .
Dentre as alternativas a seguir, qual delas represen-
ta a citada transformação?
c) eco + o -
Nota: o e O representam átomos.
Utilize as ideias de Dalton para representar a rea-
ção entre gás acetileno (C2H2) e gás oxigênio (°2),
formando água no estado gasoso (H20) e gás carbô-
nico (C02). Desenhe o sistema inicial e o sistema fi-
nal. Lembre-se de que os átomos dos reagentes são
os mesmos dos produtos, ou seja, eles apenas se
rearranjam. Adote C = 0; H = -; ° = O.
° ar não poluído é formado, aproximadamente, por
78% em volume de nitrogênio (N2), 21% em volume de
oxigênio (°2), 0,7% em volume de argônio (Ar), além
de dióxido de carbono (C02) e vapor de água (H20).
Algumas das substâncias que podem estar presentes,
como contaminantes, no ar de uma cidade poluída
são: monóxido de carbono (CO), dióxido de enxofre
(5°2), ozônio (03) e dióxido de nitrogênio (N02).
a) ° monóxido de carbono é formado pela queima
incompleta de combustíveis fósseis, como gaso-
lina, óleo diesel, etc. A presença dessa substância
gasosa no ar inalado compromete a capacidade
de transporte de oxigênio, uma vez que o CO se
liga mais fortemente à hemoglobina do sangue
do que o próprio 02'
Quando o metano gasoso (formado por um áto-
mo de carbono e quatro de hidrogênio) presente
no gás natural se combina com o oxigênio gaso-
so (02) numa combustão incompleta, formam-
-se monóxido de carbono gasoso (CO) e vapor de
água (H20).
A reação que ocorre pode ser equacionada por:
Indique os reagentes e os produtos dessa reação.
b) ° ozônio (03) é um gás reativo que causa irrita-
ção nos olhos. Pode ser formado pela reação de
óxidos de nitrogênio (como N02 gasoso) e o ox -
gênio do ar (°2), segundo a equação:
Quantos átomos e quantos elementos estão re
presentados nessa equação?
c) A ch uva ácida pode ser formada pela reação =
dióxido de enxofre gasoso (502) com água (H2C
formando ácido sulfuroso (H2S03). Equacione ::
reação acima, usando a simbologia utilizada p
Berzelius.
modelo de Rutherford e as
partículas fundamentais do átomo
escoberta da radioatividade pode ser considerada de importância vital para a evolução do
ento científico do final do século XIX. Radioatividade é a emissão espontânea de radia-
nvisível e de alta energia pela matéria. Há vários tipos de radiação, porém os mais comuns
, radiação alfa (a), a beta (B) e a gama (-y).
experimento de Rutherford
Grande parte dos experimentos que culminaram com o estabelecimento de um novo modelo
..;.omo foi conduzida pelo neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937), enquanto estudava
nõmeno da radioatividade, juntamente com seus colaboradores Johannes Wilhem Geiger
2-1945) e Ernest Marsden (1889-1970).
utherford e seus colaboradores bombardearam com partículas a, provenientes de material ra-
tivo, uma fina folha de ouro. As partículas que atravessavam a lâmina metálica eram de tec-
em um anteparo fluorescente apropriado para essa finalidade. Veja a representação abaixo.
átomosde ouro ----,.lâmina de ouro ------,
partículas alfa
fonte de
partículas alfa
detectar de
partículas
Fontes de pesquisa:
KOTZ,john C; TRE1CHEL,
Paul M. Chemistry and
chemical reactivity.
3. ed. Saunder College
Publishing, 1996.
p. 68-69; Royal Society
of Chemistry. Disponível
em: -chttp.z/wwwrsc.
orglchemsocltimeline/
pages/1911.html>.
Acesso em: 14 fev. 2013.
Esquema simplificado, em cores-fantasia, do experimento realizado por Rutherford, Geiger e Marsden. No detalhe, a
--ajetória das partículas.
Já naquela época, sabia-se que a radiação a era constituída por partículas
e carga elétric.a positiva capazes de atravessar lâminas metálicas muito fi-
nas. Rutherford observou que 99% das partículas atravessavam a lâmina sem
sofrer desvios. Um por cento das partículas sofria grandes desvios e apenas
uma em cada 10 mil colidia com a lâmina e voltava, sem atravessá-Ia. As
poucas partículas a desviadas ou que não conseguiam atravessar a folha de
ouro eram aquelas que passavam muito próximo do núcleo dos átomos que
compunham a lâmina de ouro ou as que se chocavam com ele.
Rutherford concluiu que a maioria das partículas que conseguia atraves-
sar a lâmina passava, em grande parte, por espaços vazios.
Segundo Rutherford, o átomo seria constituído por duas regiões: uma
central, chamada núcleo, e uma periférica, denominada eletrosfera.
O núcleo seria maciço, formado por partículas de carga positiva, deno-
minadas prótons, e concentraria quase toda a massa do átomo.
Na eletrosfera, região de volume muito maior do que o do núcleo, esta-
riam os elétrons, movimentando-se ao redor do núcleo. Como a região não
oferecia resistência à passagem de partículas de carga positiva, não se obser-
vavam desvios. O núcleo é cerca de 100 mil vezes menor que o átomo.
Para explicar os valores das massas dos átomos, Rutherford propôs a exis-
tência de partículas neutras no núcleo, com massa muito próxima àquela
dos prótons. Não lhe foi possível, contudo, comprovar a existência delas.
Em 1932, os nêutrons foram detectados por James Chadwick, na Univer-
sidade de Cambridge, Inglaterra.
ao
cc
elétrons ª
~nÚcleo
\
Representação fora de escala e em cores-
-fantasia do modelo atômico de Rutherford.
Fontes de pesquisa: KOTZ,John C; TRE1CHEL,
Paul M. Chemistry and chemical reactivity. 3. ed.
Saunder College Publishing, 1996. p. 71. (Na
imagem de Kotz os elétrons não são mostrados).
Enciclopaedia Britannica. Disponível em: -chup.z/
W\VW. britannica.comlEBcheckedltopicl514 229/
Emest-Rutherford-Baron-Rutherford-of-
Nelsonl2 78481/U niversit y-of -Manchester>.
Acesso em: 14 fev. 2013.
91
D Próton, nêutron e elétron
As partículas subatômicas são descritas por suas características. Assim, o
próton, representado pelo símbolo p+ ou p, o nêutron, representado pelo
símbolo n, e o elétron, representado pelo símbolo e- ou e, são caracteriza-
dos por sua carga relativa, por sua carga (C), por sua massa relativa e por
sua massa, expressa em quilograma (kg).
Este quadro ilustra as características das três partículas subatômicas.
Próton Nêutron Elétron
Símbolo p+ ou p n e- ou e
Carga relativa (assumindo a do
+1 O -1próton como referência)
Carga (C) 1,602 x 10-19 O -1,602 X 10-19
Massa relativa (assumindo a do
1 1,0014 0,00054próton como referência)
Massa (kg) 1,672 x 10-27 1,675 X 10-27 9.109 X 10-31
Fonte de pesquisa: LIDE, David R. CRC handbook of Chemistry and Physics. Internet version
(87th edíuon). CRC-Press. Taylor and Francis Group. Florida: Boca Raton, 2007.
A unidade de massa relativa (u) corresponde, aproximadamente, à massa
de um átomo de hidrogênio (H) - o átomo mais leve dentre os conhecidos.
A massa do elétron é 1836 vezes menor que a dos prótons e dos nêu-
trons. Pode ser considerada, portanto, desprezível. A massa dos pró tons e a
dos nêutrons são muito próximas e podem ser consideradas iguais.
D Os íons e o modelo de Rutherford
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Segundo o modelo de Rutherford, átomos possuem em sua eletrosfera
uma quantidade de elétrons igual à quantidade de prótons do núcleo. Des-
sa forma, um átomo de magnésio (Mg) possui 12 prótons e 12 elétrons. Já o
átomo de flúor (F) possui nove prótons e nove elétrons.
A formação de íons em processos químicos é consequência da perda ou
do ganho de elétrons por determinado átomo ou molécula.
Quando uma espécie neutra perde elétrons, transforma-se em íon posi-
tivo ou cátion. Por exemplo, o cátion magnésio, representado como Mg2+,
possui 12 pró tons em seu núcleo e dez elétrons em sua eletrosfera.
Quando uma espécie neutra recebe elétrons, transforma-se em íon negati-
vo ou ânion. O ânion F- (fluoreto), por exemplo, possui nove prótons em seu
núcleo e dez elétrons em sua eletrosfera.
Observe que a carga do íon é representada no canto superior direito do
símbolo do elemento químico. O número 1 pode ser omitido. O fluoreto
pode ser representado por F1- ou F-.
Em todas essas transformações, os núcleos dos átomos permanecem
inalterados (o número de prótons e o número de nêutrons não se alteram).
A formação de íons envolve perda ou ganho de partículas das eletrosferas
dos átomos, e não do núcleo.
Saiba mais
o modelo de Rutherford e as
transformações da matéria
As transformações químicas e
os fenômenos físicos estudados até
agora se caracterizam pela conser-
vação da massa e dos elementos. O
modelo atômico de Dalton assimi-
lou essa informação ao considerar
o átomo indestrutível e indivisível.
No modelo sugerido por Ruther-
ford, o átomo é formado pelas par-
tículas fundamentais: prótons e
elétrons. As reações químicas e as
transformações físicas geralmente
apresentam conservação das mas-
sas e dos elementos, sendo enten-
didas como processos em que os
núcleos atômicos permanecem in-
tactos. Nesses casos, ocorrem alte-
rações somente na eletrosfera.
Com o estudo da radioativida-
de, os cientistas constataram que
os átomos não eram indestrutíveis.
Nas transformações radioativas,
previstas pelo modelo de Ruther-
ford, ocorrem a transmutação de
elementos e até mesmo a forma-
ção de elementos desconhecidos
na natureza.
9 elétrons }
9 pró tons átomo F
Representações
10 elétrons } _ fora de escala e e
9 prótons IOnF- cores-fantasia de
I I ânion: íon com carga negativa átomos e íons de___________________ _ --', magnésio e flúor.
12 elétrons }
12 prótons átomo Mg
10 elétrons }. 2+
12 prótons ion Mg
cátion: íon com carga positiva
92
Número atômico
Em 1913, Henry Moseley 0887-1915), um assistente
e Rutherford, desenvolveu um método experimental
ue possibilitou a determinação da carga nuclear dos
á omos. O experimento consistia na análise da interação
os raios X com os átomos da amostra.
Moseley percebeu que os átomos de um mesmo
elemento apresentavam sempre a mesma carga nuclear.
Sendo assim, átomos de elementos distintos possui-
narn, necessariamente, cargas nucleares diferentes.
É muito importante você saber que a carga nuclear
está diretamente relacionada com a quantidade de
prótons do núcleo do átomo, pois cada próton apresen-
.a carga relativa + 1 (veja quadro da página anterior).
Por isso, cada elemento químico é caracterizado em
unção da quantidade de prótons que contém.
O número de prótons de um átomo é chamado
número atômico e é representado pela letra Z.
É o número atômico que identifica um elemento quí-
mico: átomos de mesmo número atômico são de um
mesmo elemento químico.
Número de massa
Para descrever o núcleo de um átomo, é preciso co-
nhecer a quantidade de prótons e nêutrons que o cons-
ituem. A massa relativa de um átomo pode ser calcula-
da com base nas massas relativas de prótons e nêutrons
que, como já mostramos, são próximas a 1,0. Esse valor
é aproximado, pois as massas de prótons e nêutrons não
são exatamente iguais.
O número de massa (A) de um átomo corresponde
a soma do número de prótons com o número de nêu-
trons do átomo (n).
A=Z+n
Assim, por exemplo, se determinado átomo de potás-
sio (K) apresenta número de massa 39, isso querdizer
que seu núcleo apresenta 20 nêutrons, pois o número
atômico do potássio é 19.
prótons
Representação fora de escala e em cores-fantasia do átomo de nitrogênio.
que apresenta A = 14 e Z = 7. Logo. esse átomo conta com sete nêutrons.
Fontedepesquisa:EnciclopaediaBritannica.Disponívelem:-chupz/www
britannica.comlE&hecked/topid514229/Ernest-Rutherford-Baron-Rutherford-
of- elson/278481/University-of-Manchester>.Acessoem:14fev 2013.
Representação de espécies químicas
A lupac - lnternational Union of Pure and Apllied
Chemistry (União Internacional de Química Pura e
Aplicada) - recomenda que o número de massa e o
número atômico sejam representados antes do sím-
bolo do elemento, em corpos sobrescrito e subscrito,
respectivamente. A carga relativa do íon (ou número
de carga) deve ser indicada no canto superior direito,
logo depois do símbolo. Caso se trate de átomo neu-
tro, suprime-se o zero. Veja um exemplo dessa repre-
sentação a seguir:
Assim, a notação ~;ce indica que um átomo
de cloro tem 17 prótons e 20 nêutrons no núcleo
(A = 17+ 20 = 37), e 17 elétrons na eletrosfera.
Algumas vezes, entretanto, o número atômico é omi-
tido da representação, pois cada elemento é definido
pela carga nuclear de seus átomos. Logo, o símbolo do
elemento corresponde a uma única quantidade de pró-
tons no núcleo, que pode ser conhecida consultando a
Tabela Periódica.
A tabela a seguir apresenta exemplos de representa-
ções de íons.
íon 27Af.3+ 81Br 85Rb+ 80Se 2 58Ni 2+
- -
Prótons 13 35 37 34 28
Elétrons 10 36 36 36 26
~ -
Nêutrons 14 46 48 46 30-
Fontedepesquisa:LIDE, David R.CRC handbooh of Chemistry and Physics.
Internetversion(87thedinon). CRC-Press.TaylorandFrancisGroup.
Florida:BocaRaton,2007.
Vamos ver o que se pode fazer quando esses dados
são conhecidos.
O número de elétrons é obtido pela análise da carga
do íon. Observando o 27At3+, você percebe que há três
elétrons a menos que prótons. Logo, são 10 elétrons.
Trata-se, portanto, de um cátion de alumínio.
Como nos ânions a quantidade de elétrons excede o
número de prótons, conclui-se que 81Br- e 80Se2- são
ânions.
Para obter o número de nêutrons em um átomo, sub-
trai-se o número atômico do número de massa.
n=A-Z
Os íons 81Br-, 85Rb+ e 80Se2- apresentam o mesmo
número de elétrons. Tais íons são chamados de isoe-
letrônicos.
Na natureza também ocorrem átomos de elementos
distintos com o mesmo número de massa, como 40Ar
e 40Ca. Esses átomos são denominados isóbaros.
93
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94
Isótopos
É muito comum encontrarmos átomos de um mesmo elemento com
números de massa diferentes. Quando isso acontece, significa que os nú-
cleos apresentam a mesma quantidade de prótons, mas diferem quan-
to à quantidade de nêutrons. Esses átomos são chamados isótopos. São,
portanto, átomos que possuem o mesmo número atômico, mas diferem
quanto ao número de massa. São exemplos de isótopos:
35ce e 37ce
A maioria dos elementos tem isótopos que são encontrados na natureza
em proporção fixa. A tabela a seguir dá alguns exemplos.
Abundância relativa de alguns isótopos naturais*
Isótopo Abundância Isótopo Abundância Isótopo Abundânciarelativa relativa relativa
lH 99.99% 19F 100% 54Fe 5.8%
2H 0.01% 23Na 100% 56Fe 91.7%
IOS 19.9% 24Mg 79.0% 57Fe 2.1%
l1S 80.1% 25Mg 10.0% 107Ag 51.8%
12C 98.9% 26Mg 11.0% 109Ag 48.2%
13C 1.1% 31p 100% 1271 100%
160 99.76% 35ce 75.8% 235U 0.7%
170 0.04% 37ce 24.2% 238U 99.3%
180 0.20%
• ota:Isótoposcomocorrênciamuitobaixaforamsuprimidos databela.
Fontedepesquisa:LIDE. OavidR.CRC handbook Df Chemistry and Physics. Internetversion
(87thedition). CRC-Press.TaylorandFrancisGroup.Florida:BocaRaton,2007.
Somente os isótopos do hidrogênio possuem nomes específicos. O isóto-
po mais comum, o IH, é o prótio, enquanto os isótopos 2H e 3H são conhe-
cidos, respectivamente, por deutério (2D) e trítio eT). O prótio não tem
nêutron (seu núcleo contém apenas um próton); o deutério tem um próton
e um nêutron, e o trítio apresenta um próton e dois nêutrons. Na nature-
za, o prótio é o isótopo do hidrogênio mais abundante, e o trítio, o isótopo
mais raro (na natureza são encontrados apenas traços desse isótopo).
Elemento, substância simples
e substância composta
No capítulo anterior, com o estudo das reações de decomposição, foi pos-
sível conceituar substância simples e substância composta em nível macros-
cópico, considerando-se a possibilidade de uma substância poder ou não ser
decomposta em outras. Agora, esse conceito pode ser reelaborado em razão da
constituição atômica das substâncias, ou seja, em nível mícroscópico. Nesse
novo contexto, considera-se que substâncias simples são aquelas constituídas
por átomos de um único elemento químico e que substâncias compostas
são aquelas constituídas por átomos de dois ou mais elementos químicos.
Assim, para classificar uma substância como simples ou composta, basta
analisar sua fórmula, desde que esta seja conhecida. São exemplos de subs-
tâncias simples o oxigênio, o nitrogênio, o cloro e o enxofre, representados,
respectivamente, por O2, N2, ct2 e S8' A água (H20), o cloreto de sódio
(NaCe) e o dióxido de carbono (C02) são substâncias compostas.
Saiba mais
Massa atômica
A Tabela Periódica (ver pagr-
na 115) apresenta um valor de mas-
sa atômica para cada elemento.
A massa atômica do cloro (ce) é
de 35.5.
O cloreto de hidrogênio (HCe)
apresenta 1.0 g do elemento H para
cada 35.5 g do elemento ce. Portan-
to. o ce é 35.5 vezes mais pesado
que o H. Como o átomo de H tem
massa 1.0 u. pode-se dizer que a
massa atômica do ce é 35.5 u.
O "u" é uma unidade de mas-
sa conhecida por "unidade unifi-
cada de massa atômica" e corres-
ponde a 1.66 X 10-27 kg. aproxi-
madamente.
A questão é que' o conceito de
massa atômica se refere ao ele-
mento. A análise da composição
elementar de uma substância en-
volve um número enorme de áto-
mos. de modo que o valor 35.5 u
corresponde à média das massas
dos átomos de cloro presentes.
Segundo a tabela de abundân-
cia relativa de alguns isótopos na-
turais (ao lado). uma amostra que
contém átomos de cloro apresen-
ta 75.8% de 35ce e 24.2% de 37Ce.
A média ponderada entre as mas-
sas dos isótopos de cloro. que
leva em conta sua abundância re-
lativa. resulta na massa atômica.
mce= 0.758 X 35 u + 0.242 X 37 u
mce= 35.5 u
Saiba mais
Enriquecimento isotópico
A expressão "enriquecimento
de urânio". que frequentemente
aparece na mídia. refere-se a uma
purificação isotópica do urânio.
por meio da qual se obtém maior
quantidade relativa do isótopo
235Uem uma amostra.
O urânio natural contém aproxi-
madamente 0.7% do isótopo 235U.
apropriado para o processo de fis-
são nuclear em usinas.
ATE çlo: uren no livro.
Responda a todas as que tõ s no caderno.
do necessário, consulte a Tabela Periódica da
: 'la 115 para responder às questões.
escreva o experimento realizado por Rutherford e
3S observações feitas por ele em relação ao compor-
tamento das partículas o.
Dadas as afirmações abaixo. copie-as em seu cader-
o fazendo as alterações necessárias nas que esti-
erem inadequadas em relação ao modelo atômico
de Rutherford.
a) Esse modelo baseia-se em experimentos com
eletrólise de soluções de sais de ouro.
b) Ele apresenta a matéria como constituída por
elétrons em contato direto com os prótons.
c) O modelo foi elaborado a partir de experimentos
em que uma fina lâmina de ouro era bombardea-
da com partículas o.
Compare os isótopos 12Ce 14Cem termos de suas par-
tículas fundamentais (número de prótons. nêutrons e
elétrons). Por que dizemos que são isótopos entre si?
Identifique e corrija em seu caderno uma inadequa-
ção conceitual da frase abaixo.
"O elétron não tem massa."
Cite as principais diferenças entre os modelos atô-
micos de Dalton. Thomson e Rutherford.
Qual é a diferença entre átomos e íons? Como são
denominados os íons positivos e os negativos?
O que ocorrerá se um próton for incorporado ao isó-
topo de sódio 23Na?
O que ocorrerá se dois elétronsforem incorporados
ao isótopo de telúrio (128Te)?
Escreva em seu caderno se as frases são verdadei-
ras ou falsas. Caso estejam incorretas. reescreva-as
em seu caderno de forma correta e coerente. Justifi-
que sua resposta.
a) A espécie 238U6+ possui 119 prótons. 119 nêu-
trons e 125 elétrons.
b) Oátomo de Fe, ao incorporar dois prótons. forma
o cátion Fe2+.
Copie a tabela a seguir em seu caderno e encontre
os valores que a completam.
Partículas por átomo
Partícula A Símboloz
Prótons Elétrons Nêutrons
A \\\\\ 83 83 126 \\\\\ \\\\\\\\\\\\\
D \\\\\ 55 54 \\\\\\\\\\\\\ 133 \\\\\\\\\\\\\
E 16 \\\\\\\\\\\\\ 18 16 \\\\\ \\\\\\\\\\\\\
G \\\\\ 56 54 \\\\\\\\\\\\\ 137 \\\\\\\\\\\\\
J 55 \\\\\\\\\\\\\ 55 82 \\\\\ \\\\\~\\\\\
a) Represente cada uma das espécies descritas uti-
lizando o símbolo do elemento. Indique o núme-
ro de massa e a carga de cada um deles.
b) Quais são isótopos? Justifique cada caso.
2 "Um dos isótopos do sódio usado para detectar coá-
gulo sanguíneo pode ser representado como 2{1Na ou
24Na. mas não como 11Na." Justifique a afirmativa e.
em seguida. dê o que se pede nos itens abaixo.
a) Número de prótons e de nêutrons do isótopo.
b) Número de elétrons em um átomo de 24Na.
c) Número de elétrons e prótons no íon Na".
2 De modo simplificado. pode-se dizer que o modelo
atômico prevê a existência de três partículas: pró-
tons. nêutrons e elétrons. as quais não estão distri-
buídas ao acaso. Essas partículas interagem entre si
e essa interação produz um conjunto organizado de-
nominado átomo.
Das afirmações a seguir. quais são verdadeiras em rela-
ção ao átomo? Corrija a(s) alternativa(s) falsa(s).
a) Prótons e nêutrons são encontrados no núcleo.
que é a parte do átomo que apresenta carga elé-
trica positiva e na qual se concentra praticamen-
te toda a sua massa.
b) O átomo eletricamente neutro possui o mesmo
número de elétrons e de prótons. Se o número
de elétrons for maior. forma-se um ânion. Se esse
número for menor. tem-se um cátion.
c) O número atômico (Z) informa o número de pró-
tons de um átomo.
d) O núcleo de qualquer átomo sempre conta com o
mesmo número de prótons e de nêutrons.
2 Represente cada espécie descrita utilizando o sím-
bolo adequado e indicando o respectivo número de
massa (A) e carga.
a) Cátion de carga 3+ que apresenta 21 e- e 28 n.
b) Ânion isoeletrônico do argônio e que apresenta
17p+e20n.
c) Átomo que apresenta A = 31 e 16 n.
d) Íon que apresenta 56 p", 54 e- e 81 n.
e) Átomo neutro. isoeletrônico do Te2-. e que pos-
sui 75 n.
f) Íon do átomo de prata. com 46 e- e A = 108.
2 Por meio de alimentos. como frutas. vegetais. ovos.
leite e derivados. o organismo humano recebe vá-
rios íons essenciais ao seu bom funcionamento. Es-
ses íons desempenham papéis específicos.
Ca2+: formação de ossos e dentes.
K+. Na", ce-. Mg2+: funcionamento dos nervos e
músculos.
• Fe2+: formação de glóbulos vermelhos.
I-: funcionamento da glândula tireoide.
Co2+.Zn2+. Cu2+. Mg2+: atuação das enzi mas.
Com relação a esses íons. responda:
a) Qual é o número atômico e de elétrons do íon
iodeto?
b) Quais íons são isoeletrônicos entre si?
9S
3. A reelaboração do modelo atômico
de Rutherford
o modelo atômico proposto por Rutherford - em que o átomo é consti-
tuido por um núcleo denso e uma eletrosfera, na qual se movimentam os elé-
trons - permitia a compreensão de uma série de fenômenos que não eram ex-
plicados pelos modelos anteriores. A descrição de átomo de Rutherford cons-
titui a base para se entender os modelos atômicos mais modernos.
Esse modelo, no entanto, não era capaz de elucidar uma questão im-
portante: como os elétrons, dotados de carga negativa, podiam movimen-
tar-se em tomo de um núcleo positivo sem perder energia e colidir com
ele? Na época já se sabia que cargas de sinais opostos se atraem.
O estudo da luz forneceu mais alguns subsídios para o início de uma
nova teoria e para o aperfeiçoamento do modelo atômico.
O espectro eletromagnético
o arco-íris resulta da decomposição da luz solar que incide em gotículas
de água suspensas na atmosfera.
A luz branca, ao atravessar um prisma, decompõe-se num espectro que
apresenta as cores do arco-íris.
vermelho
alaranjado
luz /"É~ê~:::======lamarelo
branca ~í verde
~ / azul
anil
violetaprisma
Representação da decomposição da luz branca. ao atravessar um prisma.
Fonte de pesquisa: KOTZo John C; TREICHEloPaul M Chemistry and chemical reactlvity. 3. ed. Saunder
College Publishing, 1996. p. 324
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Espectro luminoso visível é a imagem observada na decomposição da
luz, formada por regiôes com cores que se sucedem.
A decomposição da luz solar produz uma variedade de radiaçôes, deno-
minadas radiações eletromagnéticas.
Além da luz visível, outras radiaçôes também são eletromagnéticas, como
as ondas de rádio, as micro-ondas, os raios infravermelhos, a radiação ultra-
violeta, os raios X e os raios gama ('Y), todas elas invisíveis aos nossos olhos.
o: aumento da frequência Iu)
10' 10', ,1012 1010, ,
<- se~ ~ >o o :::J ~"§ "§
ondas de
rádio
10-2 10° I lb2 10. 106
aumento do comprimento _
----__ de onda (x) -
10' x ün)
--- --,
----- .•...•...
400 600500
aumento do comprimento _
de onda (~) em nm •
700
96
Radiações eletromagnéticas
A energia radiante emitida pelo
Sol propaga-se pelo espaço na for-
ma de ondas eletromagnéticas.
Essas radiações são ordenadas
segundo o seu espectro eletro-
magnético. Como qualquer tipo
de onda, as radiações eletromag-
néticas apresentam comprimento
(X. - lê-se "lambda") e frequência
(v - lê-se "ni"),
Comprimento de onda (X.)
É a distância entre duas cristas
vizinhas de uma onda.
comprimento de onda
10: -I .
pu/\/VV\J
comprimento de onda
H
rAAAAAAAA
V V V Vl) V V V \
Frequência (v)
Número de ondas em um deter-
minado período de tempo.
No vácuo, essas ondas se pro-
pagam na velocidade da luz (c),
em que:
Quanto maior a frequência de
uma radiação, maior a sua energia.
Representação
do espectro
eletromagnético:
apenas uma
pequena parte dele
sensibiliza a visão
humana.
Fonte de pesqUIsa.
KOTZ. john c.;
TRElCHEloPaul
M. Chemlstry and
chemlCal reactlvity.
3. ed. Saunder
College Publíshíng,
1996. p 315.
pedros atômicos
Cenas substâncias, quando aquecidas na chama de um bico de Bunsen,
terem coloraçâo à chama. A cor observada é característica do elemento
- nte na substância aquecida.
Em 1856, o cientista Robert Bunsen (1811-1899) e seu colaborador, Gus-
. Kirchhoff (1824-1887), decidiram investigar o espectro das chamas.
Em seus estudos, eles utilizaram um conjunto de lentes para selecio-
~ r um feixe de luz emitido pelo elemento aquecido, fazê-lo atravessar um
nsma e observar uma série de linhas coloridas luminosas separadas por
ziões escuras.
Essas linhas constituíam o espectro de emissão de determinado elernen-
. Cada elemento apresentava um espectro descontínuo característico,assim
::enominado por apresentar linhas luminosas intercaladas por regiõessem luz.
Quando um tubo contendo hidrogênio a baixas pressões é submetido a
'tas temperaturas ou a uma descarga elétrica, há emissão de radiação ele-
rromagnétíca. No momento em que o feixe de luz dessa radiação atravessa
m prísma, observa-se um espectro descontínuo.
Obtenção do espectro de emissão do hidrogênio: formação de linhas descontínuas e de
cores diferentes. Representação em cores-fantasia.
Fonte de pesquisa: Korz.john C; TREICHEL, Paul M. Chemistry and chemical reactivity. 3. ed. Saunder
College Publishing, 1996. p. 325.
Se outro elemento gasoso é colocado no interíor do tubo, obtém-se um
espectro diferente. Não há dois elementos químicos com o mesmo espec-
tro de emissão.
Para explicar as características dos espectros atômicos, o físico Niels
Bohr (1885-1962) propôs, em 1913, um modelo para o comportamento
dos elétrons no átomo, que procurou esclarecer por que estes se mantêm
na eletrosfera sem se dirígir para o núcleo e colidir com ele.
Bohr sugeriu que uma teoria sobre a luz, proposta por Max Planck (1858--1947), poderia ser aplicada ao átomo. Segundo Planck, toda a energia do
elétron é quantizada, ou seja, os elétrons absorvem ou emitem quantida-
des fixas de energia na forma de pequenos pacotes denominados quanta.
As diferentes colorações
das chamas dependem
da substância aquecida:
sais de bário (esquerda),
de lítio (centro) e de
cobre (direita).
Química tem história
Niels Bohr
Natural da Dinamarca, Niels
Bohr viaja para a Inglaterra, em
1911, para desenvolver seu pós-
-doutorado com J. J. Thomson.
Bohr muda-se no ano seguinte
para Manchester, integrando-se à
equipe de Rutherford.
Em 1913, ele publica sua teoria
atômica, fundamentada no prin-
cípio da quantização da energia
proposto por Planck.
Por esse trabalho, Bohr recebe,
em 1922, o prêmio Nobel da Física.
Em 1920, ele retorna à Dina-
marca para dirigir o Instituto de
Física Teórica de Copenhague.
Com o início da Segunda Guer-
ra Mundial, Bohr é obrigado a re-
fugiar-se nos Estados Unidos, onde
atuou no Projeto Manhattan - que
levaria à construção da bomba atô-
mica.
Em 1944, ele abandona o pro-
jeto e passa a defender a utiliza-
ção pacífica da energia nuclear.
Bohr retorna à Dinamarca no
ano seguinte e atua como diretor
do Instituto de Física de Copenha-
gue até sua morte, em 1962.
Bohr em Copenhague (Dinamarca), na
década de 1920.
97
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o::;;:
o modelo atômico de Rutherford-Bohr
As ideias de Niels Bohr, que tiveram o apoio de Rutherford, resultaram
em um aprimoramento do modelo para a estrutura do átomo, cujos princí-
pios fundamentais são resumidos a seguir.
• Os elétrons ocupam determinados níveis de energia ou camadas
eletrônicas.
• O elétron não pode ter energia zero, ou seja, estar parado no átomo.
• Em cada camada, o elétron possui energia constante: quanto mais pró-
ximo do núcleo, menor a energia do elétron com relação ao núcleo, e,
quanto mais distante dele, maior a sua energia.
• Para passar de um nível de menor energia para um de maior, o elétron ab-
sorve uma quantidade apropriada de energia. Ao fazer o caminho inverso
(do nível de maior para o de menor energia), ele libera energia. A quanti-
dade que é absorvida ou liberada por um elétron corresponde exatamen-
te à diferença entre um nível de energia e outro. Como existem apenas
algumas órbitas possíveis, há somente alguns valores de energia - por
isso a denominação energia quantizada.
-n=1
-n=3 -n=3
••-n=2
"§.,
c.,
-n=2.•
"§.,
c.,
e-
~n=l
a) Cada órbita corresponde a um nível
de energia. Quanto mais afastadas do
núcleo, mais energia têm as órbitas.
b) Quando o elétron recebe energia, ele
salta do primeiro nível a um nível
superior, distanciando-se do núcleo.
-n=3
-n=1
c) Quando o elétron salta de um nível até outro
mais próximo ao núcleo, ele libera energia. Essa
liberação pode ocorrer na forma de luz.
Modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio. Representação fora de escala e em cores-fantasia.
Fonte de pesquisa: Enciclopaedia Brítannica Disponível em: <http://www.britannica.comlEBchecked/
lOpic/41549/atom?overlay=lrue&:assemblyld=155372>. Acesso em: 14 fev.2013.
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Q.
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o modelo de Bohr e os espectros dos elementos
o modelo de Bohr explicavaos espectros descontínuos dos elementos. Para
ele, os elétrons que recebiam energia (proveniente do aquecimento ou de des-
cargaselétricas)passavam para níveis de maior energia. Quando eles se encon-
travam nesses níveis, dizia-se que o átomo estava eletronicamente excitado.
Aoretomarem ao estado de menor energia, denominado estado fundamental,
acontecia a emissão de energia que pode ocorrer sob a forma de luz.
Segundo Bohr, cada linha luminosa separada do espectro do hidrogênio
indicava a energia liberada quando o elétron passava de um nível mais ex-
terno para outro mais próximo ao núcleo.
Ao considerar o átomo de hidrogênio composto de um núcleo que con-
tenha um único próton, em tomo do qual havia um único elétron, Bohr
calculou todas. as linhas do espectro desse elemento, observando que os
valores encontrados coincidiam com os obtidos experimentalmente no es-
pectro descontínuo do hidrogênio.
98
Por que alguns objetos
emitem luz no escuro?
Quando a água tônica é exposta à
radiação UV-A("luz negra"), observa-se a
emissão de fluorescência azulada.
Alguns tipos de interruptores
de luz, brinquedos, pulseiras e co-
lares distribuídos em festas pare-
cem brilhar como se tivessem luz
própria.
Trata-se do fenômeno da lu-
minescência, que é visualmente
atraente e desperta a curiosidade
de pessoas de todas as idades. Na
verdade, o que acontece é um pro-
cesso de excitação eletrônica, se-
guido da emissão de luz na faixa
do espectro visível.
A excitação eletrônica é pro-
movida por uma fonte de energia
externa. Ao retornar ao estado fun-
damental, pode ocorrer a emissão
de luz na forma de fluorescência
ou fosforescência.
De maneira simplificada, pode-
-se dizer que a diferença entre o
fenômeno de fluorescência e o de
fosforescência reside no tempo de
emissão de luz.
Na fluorescência, a emissão
de luz cessa quando a fonte de
energia é desligada. Na fosfores-
cência, essa emissão pode durar
horas (é o que acontece com o in-
terruptor de luz no qual a luz visí-
vel possui energia suficiente para
promover a excitação eletrônica).
istribuição eletrônica em camadas
ou níveis de energia
hr propôs que os elétrons se situam em níveis de energia, ou camadas
.rõnicas - 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7 -, as quais também poderiam ser represen-
pelas letras maiúsculas K, L, M, N, 0, P e Q. A camada 1 (ou K) era a
próxima do núcleo e de menor energia, e a 7 (ou Q), a mais distante
~e maior energia.
A forma como os elétrons estão distribuídos ao redor do núcleo, em ca-
das ou níveis de energia, é denominada distribuição eletrônica.
A figura a seguir mostra a distribuição eletrônica para os átomos de hí-
- gênio, hélio e lítio.
Isótopos de hidrogênio, hélio e lítio
hélio - 4hid rogênio - 1
elétron
lítio-6
=epresentação fora de escala. e em cores-fantasia. de isótopos de hidrogênio. hélio e lítio.
Para cada elemento, as camadas (níveis) apresentam diferentes valores de
energia de acordo com o número atômico e o número de elétrons presentes. É
por isso que átomos de diferentes elementos apresentam espectros distintos.
A tabela a seguir ilustra a distribuição eletrônica em níveis de energia de
átomos neutros e íons de alguns elementos.
K L M N
lH 1
2He 2
I 3U 2 1
6C 2 4
uNa 2 8 1
llNa+ 2 8
12Mg 2 8 2
12Mg2+ 2 8
lSP 2 8 5
17Ct 2 8 7
17Cf- 2 8 8
Para fazer
Você deve ter observado que a distribuição eletrônica de átomos e íons
segue algumas regras. Junto com um colega, analise os dados fornecidos na
tabela acima e registrem as principais ideias sobre as regras de distribuição
eletrônica. Para ajudá-los no raciocínio. procurem responder às questões.
a) Que dados são necessários para efetuar a distribuição?
b) A distribuição se inicia da camada mais externa ou da mais interna?
c) Existe um número máximo de elétrons em cada camada?
Química e Biologia
a:s
A biolurninescência e o
modelo de Rutherford-Bohr
O processo de emissão de luz
dos vaga-lumes é denominado bio-
luminescência. que nada mais é
do que uma emissão de luz visível
por organismos vivos.
A bioluminescência também é
observada em outras espécies de
insetos. de algas, de peixes. de bac-
térias e de fungos.
Em todo o mundo existem apro-
ximadamente 2 mil espécies de
vaga-lumes. das quais cerca de qui-
nhentas podem ser encontradas no
Brasil. o país com maior diversida-
de desses insetos.
Assim como na luminescência,
a bioluminescência é resultado de
um processo de excitação eletrô-
nica. cuja fonte de excitação pro-
vém de uma reação química que
ocorre no organismo vivo.
De forma simplificada, pode-
mos dizer que no organismo do
vaga-lume existe uma substância
responsável pela emissão de luz.
denominada genericamente luci-
ferina. Na presença de ATP (tri-
fosfato de adenosina) e da enzima
luciferase. a luciferina reage com
oxigênio. A reação libera energia
suficientepara formar o produto
- oxiluciferina - no estado ele-
tronicamente excitado. que emite
luz ao retornar ao estado funda-
mental (estado de menor energia).
99
Critérios para prever a distribuição eletrônica
Devem ser considerados alguns critérios para que se possa fazer a dis-
tribuição dos elétrons nas eletrosferas de átomos e íons dos elementos que
constituem a grande maioria das substâncias conhecidas. Esses critérios es-
tão descritos a seguir.
Cada camada eletrônica ou nível de energia comporta um número máxi-
mo de elétrons, apresentados na tabela abaixo.
Camada eletrônica K L M N O p Q
Nº máximo de elétrons 2 8 18 32 32 18 8
Antes de efetuar a distribuição eletrônica, é preciso conhecer o núme-
ro de elétrons. Para tanto, devemos consultar a Tabela Periódica e verificar
o número atômico, que corresponde ao número de prótons presentes no
núcleo do átomo. Quando o átomo é neutro, o número de elétrons é igual
ao número atômico. No caso de íons, é preciso verificar também a carga de-
les. Observe que os íons Na+ e Mg2+ são isoeletrõnicos, isto é, apresentam
o mesmo número de elétrons, ou seja, dez.
Os elétrons ocupam primeiramente as camadas eletrônicas mais
próximas do núcleo, que correspondem aos níveis de menor energia.
Quando uma camada estiver preenchida, eles passam a ocupar a seguinte.
Verifique na tabela da página anterior as distribuições eletrônicas dos áto-
mos de H, He, Li, Na, Mg, P e ct e dos íons Na+, Mg2+ e ct-.
A última camada eletrônica de um átomo comporta, no máximo, oito
elétrons. Assim, se a última camada contiver um número de elétrons su-
perior a oito e inferior a 18, devem-se deixar oito nessa e passar os demais
para as seguintes.
rm Camadas eletrônicas
Elemento K l M N
19K 2 8 8 1
20Ca 2 8 8 2
Se a última camada contiver entre 18 e 32 elétrons, devem-se deixar 18
nessa camada e passar os demais para as seguintes.
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Camadas eletrônicas
Elemento K L M N O P
3SSr 2 8 18 8 2 -
56Ba 2 8 18 18 8 2
Exercício resolvido
28. Considere três elementos: 19X,30 Y e 3SZ,
a) Quais são os nomes dos elementos X. Y e Z?
b) Faça a distribuição eletrônica dos átomos de tais elementos.
c) Dê o número de elétrons e sua distribuição nos íons X+. y2+. Z-.
Solução
a) 19X(elemento potássio - K); 30 Y (elemento zinco - Zn): 3SZ (ele-
mento bromo - Br).
b) 19X:2 - 8 - 8 - 1;30 Y:2 - 8 - 18 - 2; 3SZ: 2 - 8 - 18 - 7.
c) X+: 2 - 8 - 8 (total de 18 elétrons); y2+: 2 - 8 -18 (total de 28
elétrons); r: 2 - 8 -18 - 8 (total de 36 elétrons).
100
Saiba mais
A regra para distribuição
eletrônica é válida para todos
os átomos?
A regra para a distribuição ele-
trônica em camadas. apesar de ser
válida para os átomos e íons que
formam a grande maioria das subs-
tâncias conhecidas atualmente.
não consegue prever a distribuição
de elétrons em todas as espécies
químicas. O átomo de ferro (26Fe)é
um desses exemplos.
De acordo com esses critérios.
sua distribuição seria:
2-8-8-8
De fato. se o átomo de ferro pos-
suísse essa configuração eletrônica.
a substância simples formada por
esse átomo teria propriedades de
um gás nobre (baixa reatividade), o
que não ocorre.
Lembre-se de que esses crité-
rios são baseados em um modelo
científico que busca explicar como
esses elétrons estão distribuídos
nos átomos.
A configuração eletrônica acei-
ta atualmente para o átomo de
ferro é 2 - 8 - 14 - 2.
Determinação do número
de elétrons dos íons
A carga elétrica de um íon cor-
responde ao balanço entre as car-
gas positivas (prótons: p") e as
negativas (elétrons: e-).
Cátions resultam da perda de
elétron(s) do átomo neutro.
Na Na+
11 p" 11 p"
11 e- 10 e-
Carga O 1+
Mg Mg2+
12 p" 12 p"
12 e- 10 e-
Carga O 2+
Ânions resultam do ganho de
elétrons do átomo neutro.
ce ce-
17 p " 17 p "
17 e- 18 e-
Carga O 1-
o modelo proposto por Rutherford não explicava
uma questão fundamental. Que questão era essa?
Defina espectro luminoso visível.
Quais são as características do modelo proposto
por Bohr e por que ele é denominado modelo de
Rutherford-Bohr?
Como Bohr interpretou as linhas luminosas sepa-
radas do espectro de hidrogênio (espectro des-
contínuo)?
Segundo o modelo de Rutherford-Bohr, para um
elétron do átomo de hidrogênio passar do primei-
ro para o terceiro nível de energia, ele deve absor-
ver ou liberar energia? E quando passa do nível 3
para o I?
Um átomo neutro apresenta número atômico (Z)
igual a 37. Em relação a esse átomo:
a) represente a distribuição eletrônica em camadas;
b) dê o nome e o símbolo do elemento químico que
representa esse átomo.
Quando a luz proveniente de uma lâmpada de neô-
nio é dispersa através de um prisma, obtém-se um
espectro descontínuo, o qual apresenta diferentes
linhas descontínuas. Explique, em termos gerais,
como se produz uma linha do espectro.
A figura abaixo reproduz o espectro de um elemento
químico no estado gasoso.
550 600
(nrn)
a) Indique se esse espectro é contínuo ou descon-
tínuo.
b) Descreva como esse espectro pode ser obtido.
650400 450 500 700
Planck foi o primeiro cientista a postular que a ener-
gia da radiação eletromagnética (E) é proporcional
à sua frequência (u): E = h . u, sendo a constante
de proporcionalidade h (6,63 X 10-34 ) . s) deno-
minada constante de Planck. Determine a energia
de fótons cuja freqüência da radiação é igual a
5,5 X 1014 ç1.
A frequência (u) de uma onda eletromagnética é
dada pela expressão u = ~' sendo v a velocidade
em que a onda se propaga no espaço e À. o com-
primento de onda. As ondas eletromagnéticas se
propagam no vácuo (e no ar) à velocidade da luz,
representada pela letra c (3 X 108 m/s).
750
ATENÇÃO: não escreva no livro.
Responda a todas as questões no caderno.
a) Se um elétron efetua uma transição eletrônica,
cuja diferença de energia é igual a 2,2 eV, deter-
mine a frequência e o comprimento de onda da
radiação emitida.
Dados:h= 6,63 x 10-34). s;leV= 1,6 X 10-19)
b) As cores que podem ser percebidas pelo sistema
visual humano correspondem a uma pequena fai-
xa de frequências do espectro eletromagnético,
representada no esquema abaixo.
luz visível
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'" uo '-'- E~ '"'ou
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'"o.s:
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'".:::
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-ondas de rádio-
I
600 nm
I
400 nm
I
500 nm
I
700 nm
Representação do espectro eletromagnético.
A radiação emitida como resultado dessa transi-
ção eletrônica pode ser percebida pelo olho hu-
mano? Justifique. Dado: 1 nm = 1 X 10-9 m.
c) O esquema também mostra que as cores observadas
estão associadas aos comprimentos de onda
das radiações. Caso a radiação emitida por essa
transição eletrônica ocorra na faixa do visível, qual
será a coloração observada pelo olho humano?
Observe, nas fotografias abaixo, a coloração da cha-
ma quando átomos de diferentes elementos quími-
cos são vaporizados em um bico de Bunsen. Como se
explica a diferença de coloração emitida por átomos
de diferentes elementos químicos?
As chamas adquirem colorações verde ou amarela durante a
vaporização de íons sódio e cobre. respectivamente.
101
102
Teste de chama: transição eletrônica
Ob"e "
Observar e interpretar um fenômeno com a utilização de modelos atômicos.
M
pedaços de fio de níquel-cromo (encontrados também em resistências elétricas) de 10 cm
de comprimento, fixados em cabos de madeira
pinça de madeira
cristais de sulfato de cobre(II), cloreto de cálcio e cloreto de sódio.
4 vidros de relógio
fonte de calor que tenha chama azul (bico de Bunsen, chama de fogão ou de lamparina
a álcool gel)
fósforos
esponja de aço
béquer com ácido clorídrico diluído
Equipamentos de segurança: Avental de algodão
com mangas compridas e óculos de segurança.
ATENÇÃO!
Manter os cabelos presos.
Materiais utilizados nesta atividade.
Pr ent
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\I)
o
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Limpe cuidadosamente o fio de níquel-cromo com uma espon-
ja de aço e água corrente e, em seguida, prenda-o no cabo de
madeira.
2 Acenda o bico deBunsen seguindo as orientações de seu professor.
Em seguida, introduza o fio no béquer com ácido clorídrico diluí-
do. Depois disso, encoste-o em um dos sais e coloque-o na cha-
ma. Observe e anote .
Esses procedimentos devem ser repetidos para os demais sais.
•• Resíduos: Os sólidos que
não foram utilizados podem
ser guardados em potes
rotulados e usados em futuros
experimentos. Limpe com
cuidado o fio de níquel-cromo
antes de guardá-lo. A esponja de
aço pode ser jogada no lixo.
An "see discuta
1. Por que é necessário limpar o fio com a esponja de aço e lavá-lo na água antes de passá-lo pelo áci-
do a cada troca de substância?
2 Faça uma lista das cores das chamas, relacionando-as com as substâncias analisadas.
3. Utilize o modelo atômico de Rutherford-Bohr para explicar a observação de cores nos sais
expostos a aquecimento.
Você já observou o uso de lâmpadas amarelas - diferentes das residenciais - na iluminação públi-
ca? Com base nas observações deste experimento, qual pode ser o elemento químico no
interior da lâmpada?
5 Explique a coloração dos fogos de artifício.
necessário, consulte a Tabela Periódica da pá-
.:.:.s para responder às questões.
::: sidere o experimento da lâmina de ouro realizado
_ -:r Rutherford para resolver as questões a seguir.
_ Descreva os resultados que deveriam ser observa-
dos nessa experiência se houvesse uma distribuição
omogênea das cargas positivas e negativas no áto-
mo. como sugeria o modelo atômico de Thomson.
- A seguir estão descritos alguns dos resultados
observados. Descreva a interpretação dada por
Rutherford para cada um deles.
I. A maior parte das partículas a atravessava a lâ-
mina sem sofrer desvios.
11. Pequena parte das partículas a (1 em 10000)
não atravessava a lâmina e voltava.
11. Algumas partículas a sofriam desvios de traje-
tória ao atravessar a lâmina.
Copie a tabela a seguir em seu caderno e complete-a.
Símbolo 1271- \\\\\\\\\ \\\\\\\\\ \\\\\\\\\ 69Ga3+
Pr6tons \\\\\\\\\ 37 18 \\\\\\\\\ \\\\\\\\\
Nêutrons \\\\\\\\\ 41 22 16 \\\\\\\\\
Elétrons \\\\\\\\\ \\\\\\\\\ \~\\\\\ 18 \\\\\\\\\
Carga total \\\\\\\\\ 1+ O 2- \\\\\\\\\
Qual das alternativas a seguir apresenta. nessa or-
dem. um elemento. uma substância simples. uma
substância composta e um íon?
a) H2• Ne. HI. Na + d) Ar. 03, 502> ce-
b) 50. NO. H+. Ne e) W. N2>58. 1-
c) W. H2• H20. H
Dentre as espécies representadas abaixo:
a) identifique quais são isótopos entre si. Depois. re-
presente esses isótopos com os símbolos quími-
cos a que correspondem. Justifique sua escolha.
~6A ~§D- i~E iiR- ~~X2+ ~gz
b) identifique as espécies isoeletrônicas. Represen-
te-as com os símbolos químicos adequados.
Registre. em seu caderno. o número de prótons.
nêutrons e elétrons presentes em cada espécie re-
presentada a seguir.
a) 106Pd4+ b)'1195n c) 1225b3-
Considere os íons representados a seguir: l;~A - e
~~C4+. E correto afirmar que:
a) o ânion A possui 74 nêutrons.
b) o ânion A possui número de massa igual a 126.
c) o cátion C possui 22 elétrons.
d) o cátion C possui 48 prótons.
e) o cátion C possui 30 nêutrons.
ATEJlçiO: não esana no Uvro_
Responda a todas as questões no caderno.
46. [... ] O modelo atômico de Dalton pode ser con-
siderado o primeiro modelo científico. Embora
alguns elementos químicos considerados por Dal-
ton [... ] sejam, na verdade, compostos, seu mo-
delo é compatível com leis empíricas conhecidas
na época, como as de Lavoisier e de Proust. A Lei
de Proust diz essencialmente que, em uma reação
química, seja ela qual for, as massas dos elemen-
tos envolvidos guardam entre si uma relação fixa.
Claro está que esta lei não determina por si só a
razão entre as massas dos átomos que formam os
compostos, a menos que se conheça a relação en-
tre os números de átomos no composto. Esta lei
vale para todos os compostos, quaisquer que se-
jam seus estados físicos. [...]
CARUSQ, Francisco; OGURI, Vitor. A eterna busca do indivislvel: do átomo
filosófico aos quarks e léptons. Disponível em: chupz/scíelo.br/pdf/qn/
v20n3/4954.pdb. Acesso em: 16 abr. 2013.
Com base nos símbolos utilizados por Dalton:
ao
m
O 0 O 0 ª
oxigênio hidrogênio alumínio cobre
EB· CD CID 8
enxofre nitrogênio sódio chumbo
0 • CIIDfósforo carbono potássio
a) equacione a reação entre hidrogênio (H2) e oxi-
gênio (02) para formar a água (H20) usando os
símbolos de Dalton e os atuais.
b) qual simbologia você acha mais prática para re-
presentar uma reação química?
47. O alumínio não é encontrado na forma metálica na
natureza. Geralmente está na forma de óxido de
alumínio em um mineral chamado bauxita. A trans-
formação do óxido de alumínio (Ae203) em alumínio
metálico (Ae) se dá por eletrólise e é responsável
pelo alto custo de produção desse metal.
O gráfico a seguir mostra uma relação entre a mas-
sa do alumínio metálico (em t) e o volume por ele
ocupado (em m3).
Relação entre a massa do alumínio em toneladas e
seu volume em metros cúbicos
m(t)
6
4
0,5 1,0 1,5
103
104
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'"V1.3
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o::E
a) Determine a massa aproximada de alumínio me-
tálico correspondente a 1,5 m3 desse material.
b) Calcule a densidade aproximada do alumínio me-
tálico.
c) Qual é o volume aproximado de alumínio metáli-
co correspondente a 50 t desse mate ria l?
d) Em cada 510 g de óxido de alumínio há 270 g
de alumínio. Determine a porcentagem em massa de
alumínio e de oxigênio no óxido.
e) Indique o número de nêutrons de um átomo de
alumínio que tem número atômico 13 e número
de massa 27.
f) Quantas camadas eletrônicas apresenta um áto-
mo neutro de alumínio (13M)?
g) Qual é o número de elétrons do Ae3+?
h) Em determinada reação. 510 g de óxido de alumínio
reagem com 1095 g de ácido clorídrico formando
cloreto de alumínio e 270 g de água. Qual é a massa
do cloreto de alumínio formado nessa reação?
O Qual é a massa de ácido clorídrico necessária
para reagir com 2040 g de alumínio metálico?
O níquel (NO foi descoberto em 1751 pelo mineralo-
gista sueco Axel Fredrik Cronstedt. É encontrado na
forma de Ni2+ em minerais como niclita. pentlandita.
pirrolita e garnierita. Na forma metálica (Ni) é pra-
teado. maleável e dúctil (pode ser transformado em
fios). Tem densidade de 8.9 g cm-3. temperatura de
fusão de 1450 °C e temperatura de ebulição 2840 °C
(sob pressão de 1 atrn). Seu número atômico é 28.
O níquel é obtido e aplicado em revestimento de
peças metálicas (niquelação) por eletrólise de uma
mistura em água de uma substância desse metal -
cloreto de níquel(II).
a) Qualo estado físico do níquel metálico a 2000 °C?
b) Qual é o número de elétrons do 28Ni2+?
c) A eletrólise de 130 g de cloreto de níquel(II).
num processo de niquelação. forma 71 g de cloro.
Qual é a massa de níquel metálico obtida?
d) Qual é a porcentagem em massa de níquel metá-
lico no cloreto de níquel(II)?
e) Sabendo que um dos isótopos do 28Ni apresenta
30 nêutrons. determine seu número de massa.
f) Qual é a massa de 400 cm3 de níquel metálico?
g) Qual é o volume ocupado por 267 g de níquel me-
tálico?
•
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O carvão mineral é um combustível encontrado no
subsolo, rico em carbono. Acredita-se que ele tenha
se formado no período carbonífero da Era Paleozoica
pelo soterramento de florestas. A madeira dessas flo-
restas. submetida a alta pressão por milhões de anos
e em condições anaeróbias. teria dado origem ao car-
vão. o qual forneceu praticamente todo o combustível
que viabilizou a Revolução Industrial no século XIX.
Depois do petróleo. o carvão é responsável por.
aproximadamente. 6% da energia consumida no
Brasil. sendo o combustível mais usado no plane-
ta. Costuma se apresentar contaminado com enxo-
fre. na forma de sulfeto de ferro. Por essa razão. sua
queima produz dióxido de enxofre. que é um dos
responsáveis pela formação de chuva ácida.
Um dos tipos de carvão mais ricos em carbono é o
antracito (cerca de 90% de carbono). O carvão bra-
sileiro apresenta. aproximadamente. 60% em mas-
sa de carbono e 2,5% em massa de enxofre.
a) Na queima completado carbono. essa substância
reage com o oxigênio formando dióxido de carbo-
no. Se nessa reação 12 toneladas de carbono pro-
duzem 44 toneladas de dióxido de carbono. de-
termine a massa de oxigênio consumida.
b) A mistura de carvão e água é um sistema homo-
gêneo? Por quê?
c) Qual é a distribuição eletrônica do 6C?
d) Qual é a massa aproximada de carbono presente
em 20 toneladas de antracito?
e) É possível estimar a idade de uma amostra de
carvão pelo teor de carbono-14 (14C) que ela
apresenta. Determine o número de nêutrons pre-
sentes no carbono-14.
f) Por que o carvão é classificado como um com-
bustível não renovável?
50. I
Consumo mundial de energia por fonte
Histórico
120+--------;--------------l
2 100t---------:---_=_
CD
'" 80 +-------:---"'
~
.~ 60
C1
40
20
carvão
gás
natural
1990 20042010 2020 2030
Fonte de pesquisa: ElA, 2006.
Disponível em: -cwww.cni.org.br/». Acesso em: 20 out. 2009.
• Nota: BTU: Unidade térmica britânica. Equivale a 252,2 calorias.
O gráfico acima relaciona as reservas mundiais (e
BTU) dos três principais combustíveis convenci -
nais: carvão. gás natural e petróleo. Com base r_
gráfico. responda às seguintes perguntas.
a) Qual era o combustível mais consumido no mu -
do em 1990?
b) Qual é o consumo aproximado de petróleo. er-
BTU. previsto para 2020?
c) Como se indica o consumo aproximado de petr -
leo previsto para 2020 em calorias?
ra muitas pessoas, a palavra "radioa-
e" é sinônimo de doença e morte.
ra parcialmente verdade, isso so-
e acontece em eventos extremos. Na
ca, a radioatividade tem sido utiliza-
m benefício da humanidade: geração
energia elétrica, controle de processos
striais, na agricultura e na medicina,
ce tem ajudado a curar doenças. Paciente submetida a tratamento por radiação (radioterapia).
_-o aplicação da radioatividade na área de saúde foi corporados a moléculas que os levem até o órgão a ser
ssível a partir de estudos iniciados por Marie Curie tratado. Por terem uma aplicação medicinal, são subme-
êmio Nobel em 1903 e 1911) que, juntamente com tidos a processos de produção controlados e passam a
...•marido Pierre Curie (que com ela dividiu o Nobel ser chamados de radiofarmacos.
1903), lançaram as bases da radioquímica e da ra- Para uso em diagnóstico, a principal característi-
análise ao utilizarem a detecção da radioatividade ca dos radioisótopos é emitir radiação eletromagnética
ora indicar onde estava o material de interesse. [... ] [... ] com energia apropriada para ultrapassar o tecido
' ...] outros pesquisadores seguiram estudando o fenó- do corpo e ser detectada por equipamentos específicos.
eno da radioatividade, como o físico e químico Emest [... ]
therford (Nobel de 1908), que realizou a transmuta- Para utilização no tratamento do câncer, os radioisó-
-o de elementos, produzindo oxigênio a partir da reação topos devem emitir partículas alfa ou beta ". Elas pos-
e partículas alfa com átomos de nitrogênio. Esta mesma suem grande energia e são capazes de provocar danos
reação foi utilizada por lrene Curie (filha de Marie) e seu irreversíveis às células tumorais, levando-as à morte.
marido, Frédéric Joliot (Nobel de 1935) para produzir o Todavia, há de ser considerado que essas partículas tam-
_rimeiro radioisótopo artificial, o fósforo-30. Ainda neste bérn podem atingir células saudáveis, daí a necessidade
campo, o físico Emest Lawrence (Nobel de 1939) desen- de que os radioisótopos estejam ligados a moléculas que
'olveu o cíclotron, um sistema capaz de acelerar partícu- possam se concentrar principalmente na superfície ou
ias, como íons de hidrogênio, deutério e alfa, permitindo no interior das células tumorais. [... ]
a criação de novos radioisótopos artificiais. Outro im- Ipen - No Brasil, as atividades com radioisótopos
portante trabalho foi realizado pelo químico George de começaram em 1949, com a criação do Laboratório de
Hevesy (Nobel de 1943), que utilizou radioisótopos para Isótopos da Faculdade de Medicina da USp, dirigido
estudar o metabolismo de plantas e animais, lançando os pelo casal Tedd e Verônica Eston. Já o primeiro reator
fundamentos para as aplicaçôes médicas dos radioisóto- nuclear para produção de radioisótopos da América La-
poso Por fim, a descoberta da fissão do urânio - fenome- tina foi inaugurado, em 1958, no Instituto de Pesquisas
no elucidado pelo químico Otto Hahn (Nobel de 1944) -, Energéticas e Nucleares, em São Paulo (Ipen/SP), e está
que permitiu a construção dos reatores nucleares, respon- em funcionamento até hoje. [... ]
sáveis pela produção de energia elétrica e radioisótopos. O aumento do número de instalaçôes reflete a forte
Atualmente são conhecidos mais de três mil radioi- demanda pelo uso de materiais radioativos na área de
sótopos produzidos em cíclotrons ou reatores. Destes, saúde. [... ]
cerca de 30 são rotineiramente utilizados em medicina, MARQUES, F.L. N. A radioatividade que salva vidas. CRQ (Conselho
d Regional de Química). Disponível em: <http://wwwcrq4.org.br/tanto para o iagnóstico quanto para tratamento de al- default.php1p=informativo_mat.php&id=98l> Acesso em: 30 jan. 2013.
gumas doenças, principalmente o câncer. Em ambos os
casos, os radioisótopos normalmente precisam ser in-
loatividade
edicina
• A radiação beta é constituída por partículas de carga elétrica negativa e
possui maior poder de penetração em tecidos do que a radiação alfa.
1. Que características um radioisótopo deve apresentar para ser utilizado em diagnósticos? As mesmas caracte-
rísticas são necessárias para um radioisótopo utilizado no tratamento de câncer?
2. Como o desenvolvimento de modelos atômicos contribuiu para o desenvolvimento da sociedade?
3. No texto, explica-se como a radioatividade foi usada para beneficiar o ser humano. De quais outros usos da
radioatividade você já ouviu falar? Analise se esses usos beneficiam ou prejudicam o ser humano.
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Vestibular e Enem
Considerando-se essas observações, é correto afir-
mar que os raios catódicos são constituídos de:
a) elétrons. c) prótons.
b) ânions. d) cátions.
54. (UEl-PR) Quantos prótons há na espécie química
60Ni2+?
a) 2 b) 28 c) 30 d) 32 e) 60
55. (Fuvest-SP) Na obra O poço do Visconde, de Montei-
ro lobato, há o segui nte diá logo entre o Visconde de
Sabugosa e a boneca Emília:
- Senhora Emília, explique-me o que é hi-
drocarboneto.
A atrapalhadeira não se atrapalhou e respondeu:
- São misturinhas de uma coisa chamada
hidrogênio com outra coisa chamada carbono.
Os carocinhos de um se ligam aos carocinhos de
outro.
Nesse trecho, a personagem Emília usa o vocabulário
informal que a caracteriza. Buscando-se uma termi-
nologia mais adequada ao vocabulário utilizado em
Química, devem-se substituir as expressões "rnisturi-
nhas", "coisa" e "carocinhos", respectivamente, por:
a) compostos, elemento, átomos.
b) misturas, substância, moléculas.
c) substâncias compostas, molécula, íons.
d) misturas, substância, átomos.
e) compostos, íon, moléculas.
56. (UFPB) Rutherford idealizou um modelo atômic
com duas regiões distintas. Esse modelo pode se
comparado a um estádio de futebol com a bola rr
centro: a proporção entre o tamanho do estádio e-
relação à bola é comparável ao tamanho do átorr
em relação ao núcleo (figura).
ATENÇÃO: todas as questões foram reproduzidas das provas originais
==========::= ;:;de:..:;quefazem parte. Responda a todas elas no caderno.
Quando necessário, consulte a Tabela Periódica da pá-
gina 115 para responder às questões.
51. (UFF-RJ) A tabela seguinte fornece o número de
prótons e o número de nêutrons existentes no nú-
cleo de vá rios átomos.
Átomos Nº-de prótons N!!de nêutrons
A 34 45
B 35 44
C 33 42
O 34 44
Considerando os dados desta tabela, o átomo isó-
topo de A e o átomo que tem o mesmo número de
massa do átomo A são, respectivamente,
a) O e B c) B e C e) C e B
b)CeO d)BeO
52. (UFSM-RS) Analise a tabela.
Espécie N2de N2de N2de
genérica nêutrons prótrons elétrons
X 20 17 17
Y 17 17 18
Z 78 79 78
W 18 18 18
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