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QUÍMICA - INTRODUÇÃO • Propriedades Gerais, Funcionais e Específicas A Química é a ciência que estuda a constituição da matéria, sua estrutura interna, as relações entre os diversos tipos de materiais encontrados na natureza, além de determinar suas propriedades, sejam elas físicas – como, por exemplo, cor, ponto de fusão, densidade, etc. – ou químicas, que são as transformações de uma substância em outra. QUÍMICA é o ramo da ciência que estuda: A matéria; As transformações da matéria; E a energia envolvidas nessas transformações. MODELO ATÔMICO • Na Grécia antiga, os filósofos Demócrito e Leucipo acreditavam que se pegássemos um pedaço de matéria e a dividíssemos em pedaços cada vez menores, chegaríamos a uma minúscula partícula que não mais poderia ser dividida, mas que teria todas as propriedades dessa matéria. A essa partícula eles deram o nome de átomo, que significa indivisível. MODELO ATÔMICO • Aristóteles pregava que a matéria era contínua e composta por quatro elementos fundamentais: terra, água, fogo e ar (devido esse fato os alquimistas passaram séculos tentando transformar chumbo em ouro) MODELO ATÔMICO DE DALTON • Toda matéria é formada por partículas esféricas maciças, indivisíveis e indestrutíveis. (modelo de bola de bilhar) • Átomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes. • Átomos de um mesmo elemento possuem propriedades iguais e massa invariável. Nesses dois postulados Dalton afirma que a diferença entre os elementos está baseado em sua massa (A), o tamanho e propriedades. Atualmente é de conhecimento que essa diferença é pelo número atômico. • Na formação dos compostos, os átomos entram em proporções numéricas fixas 1:1, 1:2, 1:3, 2:3, 2:5, ... (lei das proporções constantes – leis ponderais de Proust) • Os átomos são as unidades das transformações químicas. Uma reação química envolve apenas combinação, separação e rearranjo de átomos. Não são: criados, destruídos, divididos ou convertidos em outras espécies de átomos. • O peso total de um composto é igual à soma dos pesos dos átomos dos elementos que o constituem. (lei da conservação de massa – Lavoisier 1774) MODELO ATÔMICO DE DALTON • De forma resumida: Toda matéria é formada por átomos, que são partículas maciças, esféricas e indivisíveis, e um átomo de um elemento se diferencia do outro somente pela mudança nos tamanhos e nas massas. Os diferentes tipos de átomos combinam-se em proporções numéricas simples e determinadas para formar os compostos e substâncias. Os diferentes compostos podem reagir entre si, por meio de um rearranjo de ligações entre seus átomos, formando os produtos (novas substâncias). Exercício (UNESP 2012): A Lei da Conservação da Massa, enunciada por Lavoisier em 1774, é uma das leis mais importantes das transformações químicas. Ela estabelece que, durante uma transformação química, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. Esta teoria pôde ser explicada, alguns anos mais tarde, pelo modelo atômico de Dalton. Entre as ideias de Dalton, a que oferece a explicação mais apropriada para a Lei da Conservação da Massa de Lavoisier é a de que: A) Os átomos não são criados, destruídos ou convertidos em outros átomos durante uma transformação química. B) Os átomos são constituídos por 3 partículas fundamentais: prótons, nêutrons e elétrons. C) Todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos de caracterização. D) Um elétron em um átomo pode ter somente certas quantidades específicas de energia. E) Toda a matéria é composta por átomos. IMPORTÂNCIA DO MODELO DE DALTON - Lei da conservação da matéria (Lavosier). ( A soma das massas dos reagentes = a soma das massas dos produtos) - Lei das proporções definidas (Proust). ( A razão entre as massas dos elementos que formam um composto é sempre a mesma) - Lei das proporções múltiplas (Dalton). ( Se dois elementos formam dois compostos diferentes, a razão entre as massas dos elementos num dos compostos é igual a um número inteiro de vezes a razão de massas dos elementos do segundo composto) 1ª evidência experimental da estrutura interna do átomo (Thomson, 1897) - MODELO ATÔMICO: THOMSON Experimento com raios catódicos: • Os raios catódicos comportavam como feixes de partículas com carga negativa. - As partículas carregadas eram sempre as mesmas independente do metal usada para o catodo → nome elétrons (e- ) – Associados aos experimentos sobre eletrólise (Faraday). - A sua massa era muito menor que a massa de qualquer átomo conhecido – massa elétron. Determinação da razão carga/massa do elétron • r : raio da trajetória circular • m : massa do elétron • v : velocidade do elétron • H : campo magnético • e : carga do elétron MODELO ATÔMICO: THOMSON - CONCLUSÃO • Na presença de um campo elétrico ou magnético, os raios catódicos eram desviados, o que sugeria que eles possuíam carga. • A natureza dos raios era a mesma, independente dos materiais do catodo. • A razão carga/massa das partículas de raios catódicos era maior que a razão carga/massa do íon H+ (menor átomo conhecido), sugerindo portanto, que o átomo era constituído por partículas ainda menores (e de carga negativa!). Este conclusão fez com que a visão do átomo de Dalton como menor partícula de matéria fosse revista. MODELO ATÔMICO J.J. THOMSON • J. J. Thomson propôs um modelo no qual os elétrons carregados negativamente estão localizados no interior de uma distribuição contínua de carga positiva. • CARACTERÍSTICAS ✔ A forma da distribuição de carga positiva é esférica com um raio da ordem de 10-10m. ✔ Os elétrons estão uniformemente distribuídos na esfera. ✔ No estado de menor energia do átomo os elétrons estão fixos nas suas posições de equilíbrio. ✔ Em átomos excitados, os elétrons vibram em torno das suas posições de equilíbrio. O Próton (o descobrimento de uma nova partícula subatômica) • No ano de 1886, o físico Eugen Goldstein modificou uma ampola de Crookes e descobriu um novo tipo de raio. Ele usou um cátodo perfurado e ao provocar uma descarga elétrica no gás observou um feixe de raios surgir vindo da direção do ânodo. Ele os denominou de raios anódicos ou raios canais. • Ele concluiu que os componentes desse feixe deveriam apresentar carga elétrica positiva. Em 1920, Ernest Rutherford propôs que essas partículas fossem chamadas de prótons. Vale ressaltar que a massa do próton é aproximadamente 1836 vezes maior que a massa do elétron. (UFMG-2006) No fim do século XIX, Thomson realizou experimentos em tubos de vidro que continham gases a baixas pressões, em que aplicava uma grande diferença de potencial. Isso provocava a emissão de raios catódicos. Esses raios, produzidos em um cátodo metálico, deslocavam-se em direção à extremidade do tubo (E). (Na figura, essa trajetória é representada pela linha tracejada X.) Nesses experimentos, Thomson observou que: I) a razão entre a carga e a massa dos raios catódicos era independente da natureza do metal constituinte do cátodo ou do gás existente no tubo; II) os raios catódicos, ao passarem entre duas placas carregadas com cargas de sinal contrário, desviavam-se na direção da placa positiva. (Na figura, esse desvio é representado pela linha tracejada Y.) Considerando-se essas observações, é CORRETO afirmar que os raios catódicos são constituídos de: a) elétrons. b) ânions. c) prótons. d) cátions. A Radioatividade e a derrubada do Modelo de Thomson Röntgen estudava raios emitidos pela ampola de Crookes. Repentinamente, notou que raios desconhecidos saíam dessa ampola, atravessavam corpos e impressionavam chapas fotográficas. Como os raios eram desconhecidos, chamou-os de RAIOS-X. Becquerel tentava relacionar fosforescência de minerais à base de urânio com os raios X. Pensou que dependiam da luz solar. Num dia nublado, guardou uma amostra de urânio numa gaveta embrulhadaem papel preto e espesso. Mesmo assim, revelou uma chapa fotográfica. Iniciam-se, portanto, os estudos relacionados à RADIOATIVIDADE. Casal Curie e a Radioatividade Pierre Curie (1859 – 1906) Marie Curie (1867 – 1934) Ernest Rutherford, Convencido por J. J. Thomson, começa a pesquisar materiais radioativos e, aos 26 anos de idade, notou que havia dois tipos de radiação: Uma positiva (alfa) e outra negativa (beta). Assim, inicia-se o processo para determinação do NOVO MODELO ATÔMICO. O casal Curie formou uma notável parceria e fez grandes descobertas, como o polônio, em homenagem à terra natal de Marie, e o rádio, de “radioatividade”, ambos de importância fundamental no grande avanço que seus estudos imprimiram ao conhecimento da estrutura da matéria. http://www.biomania.com.br/bio/conteudo.asp?cod=2748 Imagem: Nobel Foundation / domínio público. Im ag em : d es co n h ec id o / d o m ín io p ú b lic o . Im ag em : S ar an g / d o m ín io p ú b lic o . RADIOATIVIDADE • para conhecer a sua natureza, Rutherford e Kaufmann fizeram uma experiência que ajudou a identificar os tipos de emissões em elementos radioativos. • Nessa experiência foi colocado um bloco de chumbo, contendo material radioativo, dentro de um recipiente, ao qual foram adaptadas duas placas eletrizadas, submetido a vácuo. Observação Conclusão Nome das partículas Emissões que sofrem pequeno desvio em direção à placa carregada negativamente São partículas de massa elevada e de carga positiva Partículas alfa (α) Emissões que sofrem grande desvio em direção à placa carregada positivamente São partículas de massa muito pequena e de carga negativa Partículas beta (β) Emissões que não sofrem desvio em sua trajetória e atravessam a chapa fotográfica São radiações semelhantes à luz e aos raios X Raios gama (γ) Modelo Atômico de Rutherford • Bombardeou uma fina lâmina de Au (0,0001 mm) com partículas " α " (núcleo de He2+ ) emitidas pelo Po, contido num bloco de Pb. Provido de uma abertura estreita, para dar passagem às partículas "α“ por ele emitidas. • Envolvendo a lâmina de ouro (Au), foi colocada uma tela protetora fluorescente revestida de sulfeto de zinco (ZnS). O problema do Modelo Atômico de Rutherford •Para os físicos, toda carga elétrica em movimento, como os elétrons, perde energia na forma de luz, diminuindo sua energia cinética e a consequente atração entre prótons e elétrons faria com que houvesse uma colisão entre eles, destruindo o átomo. ALGO QUE NÃO OCORRE. Portanto, o Modelo Atômico de Rutherford, mesmo explicando o que foi observado no laboratório, apresenta uma INCORREÇÃO. B y Pr o f. Le an d ro L im a + - En er gi a Pe rd id a - LU Z (CESGRANRIO - Técnico de Operação Júnior - Transpetro - 2018) O modelo atômico de Rutherford evidenciou que o átomo A) é compacto, não tendo espaços vazios. B) é formado por entidades sem carga. C) é indivisível. D) é formado por uma carga positiva incrustada por pontos de cargas negativas. E) tem a maior parte da massa numa pequena região central de carga positiva. Observando as cintilações na tela revestida de sulfeto de zinco, Rutherford verificou que muitas partículas atravessavam a lâmina de ouro sem sofrer desvio e que poucas partículas sofriam desvio. De acordo com o experimento de Rutherford, está correto o que se afirma em: A. As partículas α sofrem desvio ao colidir com os núcleos dos átomos de Au. B. As partículas α possuem carga elétrica negativa. C. Partículas α sofrem desvio ao colidir com elétrons dos átomos de Au. D. Na ilustracão, não foram indicadas as partículas α que não atravessaram a lâmina de Au. E. O tamanho do átomo é cerca de 1.000 a 10.000 vezes maior que o seu núcleo. (UNIFOR 2018) O modelo atômico de Rutherford foi fundamentado nas observações do experimento em que uma fina lâmina de ouro (0,0001 mm de espessura) foi bombardeada com partículas alfa, emitidas pelo polônio (Po) contido no interior de um bloco de chumbo (Pb), provido de uma abertura estreita, para dar passagem as partículas por ele emitidas. Envolvendo a lâmina de ouro (Au), foi colocada uma tela protetora revestida de sulfeto de zinco, conforme figura abaixo. MODELO ATÔMICO DE BOHR • Ondas As ondas são perturbações que se propagam pelo espaço sem transporte de matéria, apenas de energia. • Características das Ondas Para caracterizar as ondas usamos as seguintes grandezas: Amplitude: corresponde à altura da onda, marcada pela distância entre o ponto de equilíbrio (repouso) da onda até a crista. Note que a “crista” indica o ponto máximo da onda, enquanto o “vale”, representa a ponto mínimo. Comprimento de onda: Representado pela letra grega lambda (λ), é a distância entre dois vales ou duas cristas sucessivas. Velocidade: representado pela letra (v), a velocidade de uma onda depende do meio em que ela está se propagando. Assim, quando uma onda muda seu meio de propagação, a sua velocidade pode mudar. Frequência: representada pela letra (f), no sistema internacional a frequência é medida em hertz (Hz) e corresponde ao número de oscilações da onda em determinado intervalo de tempo. A frequência de uma onda não depende do meio de propagação, apenas da frequência da fonte que produziu a onda. Período: representado pela letra (T), o período corresponde ao tempo de um comprimento de onda. No sistema internacional, a unidade de medida do período é segundos (s). Obs: Uma onda fica caracterizada quando conhecemos o seu comprimento (λ) e a sua frequência (f). MODELO ATÔMICO DE BOHR Tipos de Ondas Quanto à natureza, há dois tipos de ondas: Ondas Mecânicas: para que haja propagação, as ondas mecânicas necessitam de um meio material, por exemplo, as ondas sonoras e as ondas em uma corda. Ondas Eletromagnéticas: nesse caso, não é necessário que haja um meio material para que a onda se propague, por exemplo, as ondas de rádio e a luz. https://www.todamateria.com.br/ondas-mecanicas/ https://www.todamateria.com.br/ondas-eletromagneticas/ MODELO ATÔMICO DE BOHR • "As ondas de radiação eletromagnética são uma junção de campo magnético com campo elétrico que se propaga no vácuo transportando energia. A luz é um exemplo de radiação eletromagnética. Esse conceito foi primeiramente estudado por James Clerk Maxwell e depois afirmado por Heinrich Hertz."Veja mais em: https://brasilescola.uol.com.br/fisi ca/radiacao-eletromagnetica.htm” https://brasilescola.uol.com.br/fisica/radiacao-eletromagnetica.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/radiacao-eletromagnetica.htm MODELO ATÔMICO DE BOHR • ESPECTRO CONTÍNUO: Espectro é o conjunto de cores obtido através da dispersão dos componentes de uma luz; ele pode ser contínuo ou descontínuo. No início do século XVII, o famoso cientista Isaac Newton fez a luz solar (luz branca) passar por um prisma, e foi decomposta nas sete cores do arco-íris, obtendo um espectro contínuo, ou seja, a passagem de uma cor para a outra é praticamente imperceptível. OBS: Nos dias atuais é de conhecimento que o espectro das ondas eletromagnéticas é muito mais amplo que o da luz visível, em regiões não perceptíveis ao olho humano como ondas de rádios, infravermelho, ultravioleta, entre outros, que não são per Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-NC http://olhando-para-o-ceu.blogspot.com/2011/09/cientista-amador-construindo-um.html https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/ MODELO ATÔMICO DE BOHR • De acordo com o modelo atômico proposto por Rutherford, os elétrons ao girarem ao redor do núcleo, com o tempo perderiam energia, e se chocariam com o mesmo. • Bohr formulou uma teoria sobre o movimento dos elétrons, fundamentado na Teoria Quântica da Radiação (1900) de Max Planck. ENERGIA QUANTIZADA E OS FÓTONS • Embora o modelo de ondas explique uma séria de aspectos do comportamento da luz, muitos fenômenos observados não pode ser esclarecidos porele. 1- a emissão da luz de objetos quentes (corpo negro); 2- a emissão de elétrons por superfícies metálicas nos quais a luz incide (efeito fotoelétrico); 3- a emissão de luz por átomos de gases eletronicamente excitados (espectro de emissão). OBJETOS QUENTES E A QUANTIZAÇÃO DE ENERGIA • Quando objetos sólidos são aquecidos, eles emitem radiação. barra de ferro e aquecermos a uma temperatura entre 800 e 900 °C, ela se tornará vermelha, atingindo temperatura entre 1100 e 1200 °C, ela se tornará amarela ao chegar a 1400°C, ela se torna branca. OBJETOS QUENTES E A QUANTIZAÇÃO DE ENERGIA • Em 1900, um físico alemão chamado Max Planck solucionou o problema ao fazer uma suposição ousada: ele sugeriu que a energia podia ser liberada ou absorvida por átomos apenas em “porções” discretas múltiplas de uma quantidade mínima (quantum –”quantidade fixa”). • Ele propôs que a energia, E, de um único quantum é igual a uma constante multiplicada pela frequência de radiação: E=h * ν h=constante de Plack (6,626x10-34 joules-segundo (J-s) • Segundo a teoria a matéria poderia emitir e absorver energia apenas em múltiplos inteiros de hv,2hv, 3hv e assim por diante. O efeito fotoelétrico https://youtu.be/USGENeYkBd4 (efeito fotoelético) https://www.youtube.com/watch?v=F2 9HSos7gx8&ab_channel=CINESINISTRO (ondas de alta energia) https://youtu.be/USGENeYkBd4 https://www.youtube.com/watch?v=F29HSos7gx8&ab_channel=CINESINISTRO https://www.youtube.com/watch?v=F29HSos7gx8&ab_channel=CINESINISTRO Fóton • Estudos de Planck e Einstein: propôs que a luz seria formada por partículas-onda, ou seja, segundo a mecânica quântica, as ondas eletromagnéticas podem mostrar algumas das propriedades características de partículas e vice-versa. ESPECTRO DESCONTÍNUO • Espectro de linhas é um espectro - de emissão ou absorção - constituído por linhas definidas, correspondendo cada uma delas a um comprimento de onda particular. Cada uma delas representando uma cor distinta. Exemplo gás neônio apresenta o brilho vermelho-alaranjado característico das luzes de “neon”, enquanto vapor de sódio emite a luz amarela, característica dos postes de iluminação públicos. • Quando a luz proveniente de tais materiais atravessam um prisma, o espectro resultante não é contínuo e sim em linhas. • https://www.youtube.com/watch?v=oae5fa-f0S0 &ab_channel=PhysicsDemos Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-SA-NC http://fisicaemclasse.blogspot.com/2015/03/a-espectroscopia-e-cor-das-estrelas-e.html https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ https://www.tabelaperiodica.org/tabela-pe riodica-com-espectros-de-emissao-atomica- dos-elementos/ https://www.tabelaperiodica.org/tabela-periodica-com-espectros-de-emissao-atomica-dos-elementos/ https://www.tabelaperiodica.org/tabela-periodica-com-espectros-de-emissao-atomica-dos-elementos/ https://www.tabelaperiodica.org/tabela-periodica-com-espectros-de-emissao-atomica-dos-elementos/ MODELO ATÔMICO: Átomo de Bohr - POSTULADOS •De acordo com o modelo atômico proposto por Rutherford, os elétrons ao girarem ao redor do núcleo, com o tempo perderiam energia, e se chocariam com o mesmo. Bohr formulou uma teoria sobre o movimento dos elétrons, da mesma maneira que Planck abordou o problema da natureza da radiação emitida por objetos quentes: ele assumiu que as leis da física vigente na época não serviam para descrever todas as características dos átomos. Além disso, adotou a ideia de Planck de que as energias são quantizadas. Modelo atômico de Bohr- Postulados • Bohr fundamentou seu modelo atômico em três postulados: 1- apenas órbitas com certos raios, correspondentes a energias específicas, são permitidas ao elétron em um átomo de hidrogênio. 2- um elétron em tal órbita encontra-se em um estado de energia “permitido”. Um elétron em um estado de energia permitido não erradia energia e, portanto, não espirala em direção ao núcleo. 3- a energia é emitida ou absorvida pelo elétron apenas quando o elétron muda de um estado de energia permitido para o outro. Essa energia é emitida ou absorvida na forma de um fóton com energia dada por E=hv MODELO ATÔMICO: Átomo de Bohr - POSTULADOS •Fornecendo energia (elétrica, térmica, ....) a um átomo, um ou mais elétrons absorvem e saltam para níveis mais afastados do núcleo. Ao voltarem as suas órbitas originais, devolvem a energia recebida em forma de luz (fenômeno observado, tomando como exemplo, uma barra de ferro aquecida ao rubro). •Os elétrons podem saltar de um nível para outro mais externo, desde que absorvam uma quantidade definida de energia (quantum de energia) •- Ao voltar ao nível mais interno, o elétron emite um quantum de energia, na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação eletromagnética Modelo de Bohr https://www.youtube.com/watch?v=4jyfi28i928&a b_channel=MostafaEl-Sayed https://www.youtube.com/watch?v=4jyfi28i928&ab_channel=MostafaEl-Sayed https://www.youtube.com/watch?v=4jyfi28i928&ab_channel=MostafaEl-Sayed MODELO ATÔMICO – NÍVEIS DE ENERGIA • Cada órbita é denominada de estado estácionário e pode ser designada por letras K, L, M, N, O, P,Q. K= 2 elétrons L= 8 elétrons M= 18 elétrons N= 32 elétrons O= 32 elétrons P= 18 elétrons Q= 2 elétrons (alguns autores já consideram 8elétrons) Elétrons de Valência - Configurações Estáveis • Elétrons de Valência • São aqueles que ocupam a camada eletrônica mais externa. • Configurações Eletrônicas Estáveis • As camadas eletrônicas mais externas estão completamente preenchidas. Elétron de valência do sódio Limitações do modelo atômico de Bohr • Borh também evitou responder o porquê de o elétrons de carga negativa, não se chocar com o núcleo de carga positiva, simplesmente considerando que tal fato não aconteceria. Há também o problema na descrição do elétron como uma pequena partícula que cincunda o núcleo. • A importância do modelo atômico de Bohr é que ele introduz duas ideias centrai que foram incorporadas ao modelo atômico atual. 1- os elétrons são encontrados apenas em certos níveis discretos de energia, descritos por número quânticos. 2- há energia envolvida na transição de um elétron de um nível para o outro. exercício Qual o número máximo de elétrons que podem estar presentes no nível quântico principal, n = 3? A) 8 B) 18 C) 32 D) 2 E) 28 exercício No ano de 1913, três manuscritos de autoria do físico dinamarquês Niels Bohr iriam estabelecer as sementes para a descrição quantitativa da estrutura eletrônica de átomos e moléculas. Esses trabalhos pioneiros de Bohr iriam impactar a química em diversos aspectos fundamentais, tais como: a estrutura eletrônica dos elementos e sua relação com o conceito de valência; a relação entre periodicidade e configuração eletrônica; e os princípios básicos da espectroscopia. Ao contrário da maioria dos físicos da época, Niels Bohr interessou-se em problemas mais diretamente relacionados com química. As ideias de Bohr foram fundamentais para descrever a tabela periódica dos elementos químicos em função da configuração eletrônica dos átomos. O legado histórico de Bohr é visível até hoje e seu modelo planetário do átomo, embora totalmente superado, ainda é utilizado rotineiramente em livros-textos de química como uma introdução a uma visão física da estrutura dos átomos. Essa lembrança histórica e a contribuição à descrição atômica dos elementos químicos fazem parte do legado do Niels Bohr à química. J. M. Riveros (editorial). O legado de Niels Bohr. In: Química Nova, v. 36, n.º 7, 2013, p. 931-932 (com adaptações). Quanto ao postulado para o átomo de hidrogênio apresentado pelo modelo teórico para a estrutura eletrônica de átomos proposto por Bohr, que se baseia no modelo planetário introduzido por Rutherford, assinale a alternativa correta. (A) Nas órbitas estacionárias, o elétron possui níveis de energia diferenciados, realizando movimento ao ganhar ou perder energia. (B) O elétrongira ao redor do núcleo em órbitas (níveis de energia) elípticas de raios variados, denominadas de órbitas cinemáticas. (C) Para o elétron saltar para um nível mais externo, ocorre a absorção de energia em quantidade suficiente para promover esse salto. Ao retornar a seu estado fundamental, o elétron libera a energia absorvida na forma de fótons. (D) Um elétron se move em uma órbita ao redor do núcleo sob influência da atração de cargas entre o elétron e o núcleo, emitindo energia enquanto permanece na mesma órbita. (E) A passagem do elétron de uma órbita estacionária para outra é quanticamente proibida, mesmo quando ocorre absorção ou emissão de energia. Modelo atômico atual • Louis de Broglie: “A todo elétron em movimento está associada uma onda característica (princípio da dualidade)” • Como a hipótese de Broglie é aplicável a todo tipo de matéria, todo e qualquer objeto de massa m e velocidade v originaria uma onda de matéria característica. Modelo Atômico Atual • Ora, se um elétron se comporta como onda, como é possível especificar a posição de uma onda em dado instante? Podemos determinar seu comprimento de onda, sua energia, e mesmo a sua amplitude, porém não há possibilidade de dizer exatamente onde está o elétron. • Além disso, considerando-se o elétron uma partícula, esta é tão pequena que, se tentássemos determinar sua posição e velocidade num determinado instante, os próprios instrumentos de medição iriam alterar essas determinações. Assim, Heisenberg enunciou o chamado princípio da Incerteza: • “Não é possível determinar a posição e a velocidade de um elétron, simultaneamente, num mesmo instante”. Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-SA-NC https://www.biografiacortade.com/werner-heisenberg/ https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ MODELO ATÔMICO DE SOMMERFELD • Arnold. J. W. Sommerfeld, em 1916, interpretou espectros com múltiplas linhas justapostas e segundo ele, as camadas enunciadas por Bohr (K, L, M, N...) eram constituídas por subcamadas, de órbitas elípticas e de diferentes momentos angulares, conforme exibe a figura a seguir. • As órbitas elípticas de Sommerfeld indicaram um segundo número quântico, denominado número quântico secundário (l). Este número quântico secundário, definido pela equação l = n – 1 descreveria as subcamadas de energia e por consequência, seu momento angular. Para a camada M (n=3) teremos para o valor do número quântico secundário l = 2. Conforme se observa na figura acima, teremos para a camada M três órbitas possíveis (0, 1 e 2), sendo a órbita de maior valor a mais arredondada e onde o elétron possuirá o maior nível de energia. EXERCÍCIO (UECE - 2016) Na visão de Sommerfeld, o átomo é A) uma esfera maciça, indivisível, homogênea e indestrutível. B) uma esfera de carga positiva que possui elétrons de carga negativa nela incrustados. C) constituído por camadas eletrônicas contendo órbita circular e órbitas elípticas. D) constituído por núcleo e eletrosfera, em que todos os elétrons estão em órbitas circulares. O QUE CADA MODELO ATÔMICO NÃO PREVÊ Dalton Thomson Rutherford Bohr Sommerfeld Natureza eletrônica; Cargas; Elétrons; Prótons; Camadas de energia (órbitas); Nêutrons; Órbita específica para cada elétron; Subníveis de energia. Prótons; Camadas de energia (órbitas); Nêutrons; Órbita específica para cada elétron; Subníveis de energia Nêutrons; Órbita específica para cada elétron; Subníveis de energia. Subníveis de energia. • ÁTOMO NO TEMPO https://apps.univesp.br/evolucao-do-mo delo-atomico/ https://apps.univesp.br/evolucao-do-modelo-atomico/ https://apps.univesp.br/evolucao-do-modelo-atomico/ MODELO ATÔMICO ATUAL • Erwin Schrödinger: devido à impossibilidade de calcular a posição exata de um elétron na atmosfera, desenvolveu uma equação de ondas, que permitia determinar a probabilidade de encontrarmos o elétron numa dada região do espaço, denominada de orbital. • Schrödinger propôs que cada elétrons em um átomo tem um conjunto de quatro números quânticos que determinam sua energia e formato da sua nuvem eletrônica: Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-SA Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-SA Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY http://physics.stackexchange.com/questions/93603/what-is-the-reason-for-the-electrons-in-a-given-subshell-to-orient-in-certain-pr https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ http://www.fiquipedia.es/home/recursos/orbitales https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ https://ecampusontario.pressbooks.pub/prechemmods/chapter/modern-atomic-theory/ https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ Conceitos Fundamentais • Cada átomo é composto por: • Núcleo = prótons e nêutrons. • Elétrons, que circundam o núcleo. • Elétrons e prótons são carregados eletricamente. • Elétrons tem carga negativa; prótons tem carga positiva; nêutrons não tem carga. • A magnitude da carga do próton e do elétron é 1,602 x 10-19C. • As massas são muito pequenas: • Prótons e nêutrons possuem massas quase iguais e que valem respectivamente 1,673 x 10-27kg e 1,675 x 10-27kg. • Elétrons tem massa igual a 9,1095 x 10-31kg. • Cada elemento é caracterizado: • Pelo seu número atômico → número de prótons dentro do núcleo. • Pela seu número de massa→ soma do número de prótons e do número de nêutrons dentro do núcleo. Conceitos fundamentais • Número de massa Número de massa (A) é a soma do número de prótons (Z) e do número de nêutrons (N) existentes no núcleo de um átomo. A = Z + N Representação: ou Exemplo: Um átomo neutro tem 19 prótons e 21 neutrôns, portanto: Z=19 N=21 A=Z+N= 19+21=40 Representação Elemento químico • Elemento químico: é o conjunto de átomos que apresentam o mesmo número atômico (Z) (mesma identidade química) Podemos ter átomos neutros ou os íons (cátion e ânion) Exercício Preencha as lacunas do seguinte quadro, supondo que cada coluna representa um átomo neutro: Considerando o quadro acima, assinale a afirmação FALSA. A) Rutênio tem 44 prótons e polônio tem 125 nêutrons. B) Polônio tem 84 prótons e rádio tem 88 elétrons. C) Rádio tem 138 nêutrons e rutênio tem número de massa 145. D) Ouro tem número de massa 197 e lutécio tem número de massa 175. Elemento químico • ÍONS: Um íon é formado quando um átomo (eletricamente neutro) perde ou recebe elétrons. • ÂNION: Quando um átomo recebe elétrons, ele adquire uma carga negativa, ou seja, se torna um íon negativo. Esse íon recebe o nome de ânion. • CÁTION: Quando o átomo perde elétrons, ele adquire carga positiva, ou seja, torna-se um íon positivo. Esse íon recebe o nome de cátion. SEMELHANÇA QUÍMICA • Isótopos: são átomos que apresentam o mesmo número atômico (Z) e que apresenta diferentes números de neutrôns, resultando assim diferentes número de massa (A). Obs: as propriedades químicas são semelhantes; e as propriedades físicas que dependem da massa são diferentes. Prótio deutério trítio • Isóbaros: são átomos que apresentam diferentes números atômicos (Z) e mesmo número de massa (A). • Isótonos: são átomos que apresentam diferentes número atômicos (Z), diferentes números de massa, e o mesmo número de nêutrons (N). N=A-Z N=26-12=14 N=28-14=14 SEMELHANÇA QUÍMICA • Isoeletrônicos São átomos e íons que possuem o mesmo número de elétrons. Um átomo pode ser isoeletrônico de vários íons de elementos químicos diferentes. Como vocês justificariam que esses átomos são isoeletrônicos??? Exercício são formas de representação para os isótopos do elemento químico hidrogênio. Esses átomos pertencem ao mesmo elemento químico porque possuem a) mesmo número de nêutrons. b) mesmo número de prótons. c) diferentes números de massa. d) diferentes números de prótons. e) diferentes números de nêutrons. Exercício • Um átomo neutro do elemento químico genérico A,ao perder 2 elétrons forma um cátion bivalente, contendo 36 elétrons. O número atômico deste átomo A é A) 36 B) 42 C) 34 D) 40 E) 38 exercício São dados três átomos: A, B e C. O átomo A tem massa (4x-2) e é isóbaro de B, que possui (2x) prótons. O átomo B é isótopo de C, que possui massa de (3x+3) e 7 nêutrons. Sabendo que o átomo A possui a mesma quantidade de nêutrons que C, qual é a alternativa correta? A) O átomo A possui número atômico 7. B) O número de nêutrons do átomo B é 2. C) A soma da massa dos três átomos é 109. D) O átomo A possui massa de 16. E) A soma dos prótons dos três átomos é 9. exercício Assinale a alternativa que apresenta um par de espécies químicas isoeletrônicas, ou seja, que têm o mesmo número total de elétrons. A) O2– e Xe. B) Ca2+ e O2–. C) K+ e Ar. D) Ca2+ e Ne. E) Na+ e K+. Diagrama de distribuição eletrônica Distribuição eletrônica 26 Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 ✔Ordem crescente de energia. ✔Último elétron distribuído, sexto elétron no 3d, é o mais energético, chamado de elétron diferencial. 26 Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 ✔Ordem geométrica ou ordem de distância -> fica claro a camada de valência. • Camada de valência que é a última camada a receber elétrons. A camada de valência sempre é a camada mais energética, pois é a camada mais externa (mais longe do núcleo do átomo) que recebe elétrons. • Subnível mais energético é o último subnível a receber elétron. CUIDADO! Nem sempre o subnível mais energético estará na camada de valência. Diferenças das distribuição eletrônica teórica e experimental Nome do elemento Distribuição eletrônica teórica Distribuição eletrônica prática Cromo Cr: [Ar] 4s2 3d4 Cr: [Ar] 4s1 3d5 Cobre Cu: [Ar] 4s2 3d9 Cu: [Ar] 4s1 3d10 Nióbio Nb: [Kr] 5s2 4d3 Nb: [Kr] 5s1 4d4 Rutênio Ru: [Kr] 5s2 4d6 Ru: [Kr] 5s1 4d7 Ródio Rh: [Kr] 5s2 4d7 Rh: [Kr] 5s1 4d8 Paládio Pd: [Kr] 5s2 4d8 Pd: [Kr] 5s0 4d10 Ouro Au: [Xe] 6s2 4f14 5d9 Au: [Xe] 6s1 4f14 5d10 Platina Pt: [Xe] 6s2 4f14 5d8 Pt: [Xe] 6s1 4f14 5d9 Exercício É fácil se tornar uma presa de preconceitos. Todos “sabem” que metais alcalinos “querem” perder um elétron para formar cátions. De fato, isso não é verdadeiro: são necessários 502 kJ para remover o elétron 3s de um mol de átomos de sódio livres, ou seja, na forma de átomos isolados. Entretanto, 53 kJ de energia é liberada quando mais um elétron é adicionado a um mol de átomos de sódio. Em outras palavras, o sódio, na realidade, iria preferir ter um conjunto completo de elétrons 3s em vez de ter o orbital 3s vazio. O motivo pelo qual isso normalmente não acontece é porque o sódio está, em geral, combinado com um elemento que tem uma afinidade eletrônica maior; por isso, ele “sai perdendo” na competição pelos elétrons de valência. Qual a distribuição eletrônica abaixo corresponde a do átomo de sódio (11Na)? a) 1s2 2s2 2p6 3s2 b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 c) 1s2 2s2 2p6 3s1 d) 1s2 2s2 2p6 3s1 3p6 Exercício (UFF - Técnico em Química - UFF - 2018) Considere as afirmações a seguir. I. Na configuração eletrônica de um elemento cujo número atômico é 26 existem cinco elétrons no subnível “d”. II. Na configuração eletrônica do elemento químico de número atômico 21 existem três níveis de energia. III. O elemento químico de número atômico 30 tem dois elétrons na camada de valência. IV. Um elemento químico que tem número atômico 35 finaliza sua distribuição eletrônica em 4p5. Das afirmativas acima, estão corretas apenas: A) I e II. B) II e III. C) III e IV. D) I e IV. E) II e IV. Exercício A distribuição de elétrons em um átomo neutro pode ser feita pelo diagrama dos níveis de energia. Linus Pauling, Prêmio Nobel de Química e da Paz, imaginou um diagrama simplificado, para fazer as distribuições eletrônicas, em ordem crescente de energia, e representá-las pelas configurações eletrônicas de todos os elementos químicos da Tabela Periódica. Utilizando-se do diagrama de Linus Pauling, os conhecimentos sobre o modelo atômico de níveis e subníveis de energia e considerando-se o elemento químico rênio, é correto afirmar: A) Os elétrons de maior energia são representados pela configuração eletrônica 4f14. B) O íon Re2+ é representado pela configuração eletrônica abreviada [Xe]6s25d54f12. C) A representação dos elétrons mais externos do rênio tem a configuração eletrônica 6s2. D) Os metais do grupo 7 do rênio recebem elétrons e adquirem estrutura atômica do gás nobre radônio, Rn. NÚMEROS QUÂNTICOS • PRINCÍPIO DE EXCLUSÃO DE PAULI: Cada elétron é identificado por quatro número quânticos. Número Quântico principal • Número quântico principal (n): está associado à energia de um elétron e indica em qual nível de energia está o elétron(camada eletrônica) N = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,... k L M N O P Q Quanto mais elevado o valor de n, maior a energia da camada e mais distante no núcleo Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-NC https://apps.univesp.br/evolucao-do-modelo-atomico/ https://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/ Número Quântico secundário • Número Quântico Secundário ou azimutal (l) Cada nível energético é constituído de um ou mais subníveis, os quais são representados pelo número quântico secundário, que está associado ao formato geral da nuvem eletrônica. Como os números quânticos n e l estão relacionados, os valores do número quântico l serão números inteiros começando por 0(zero) e indo até um máximo de (n-1) l= 0, 1, 2, 3, ... (n-1) Para os átomos conhecidos, teremos: l= 0, 1, 2, 3 s p d f (tipo de subnível) Subnível s p d F Nº máximo de elétrons 2 6 10 14 Número quântico magnético • Está associado à região de máxima probabilidade de se encontrar o elétron, denominada orbital. • Cada orbital comporta no máximo 2 elétrons e é, representado graficamente por □ ou O. Os orbitais estão relacionados com os subníveis. Por esse motivo, os valores de m variam de –l ou + l . • Cada tipo de orbital apresenta um formato característico e uma orientação espacial determinada. Como pode o átomo ter 2 elétron em um mesmo orbital? Número quântico spin • O elétron está em movimento em torno do núcleo, e esse movimento cria um campo magnético, mas também há um movimento de rotação do elétron em torno de seu próprio eixo, spin, que também gera um campo magnético imediatamente próximo do elétron. • A interação desses dois campo podem ocorrer de duas formas e cada uma está associada a um estado de energia que são diferenciados pelo número quântico de spin (ms ou s) 1- Os dois campos magnéticos podem se orientar no mesmo sentido (paralelos). 2- Os dois campos magnéticos podem se orientar em sentidos opostos (antiparalelos). Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-SA http://physics.stackexchange.com/questions/308875/which-direction-do-electrons-orbit-around-near-the-nucleus-differ-in-aligned-mag https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/ NÚMERO QUÂNTICO SPIN • Se em um mesmo orbital, dois elétrons que possuam spins iguais, paralelos ou antiparalelos, haverá uma repulsão magnética, que aliada a repulsão elétrica não permitirá que os dois fiquem no mesmo orbital. • Entretanto se os dois elétrons possuírem spins diferentes, um paralelo e o outro antiparalelo, haverá uma atração magnética (que compensará a repulsão elétrica natural entre duas cargas de mesmo sinal) e os dois elétrons ficarão (estabilizarão) no mesmo orbital. Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-NC-ND Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY http://www3.gobiernodecanarias.org/medusa/ecoblog/mramrodp/2017/02/12/interaccion-electromagnetica/ https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ https://fisicailustrada.blogspot.com/2017/02/campo-eletrico.html https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/ “Se você acha que entendeu alguma coisa sobre mecânica quântica, então é porque vocênão entendeu nada.” — Richard Feynman If you think you understand quantum mechanics, you don't understand quantum mechanics. citado em "Armageddon now: the end of the world A to Z " - Página 337, Jim Willis, Barbara Willis - Visible Ink Press, 2005, ISBN 0780809238, 9780780809239 - 450 páginas Fonte: https://citacoes.in/citacoes/105869-richard-feynman-se-voce-acha-que-entendeu-alguma-coisa-sobre-mecan/ TABELA PERIÓDICA • Mendeleyev (1869): em ordem de número de massa (A) . • Moseley (1913) em ordem de número atômico (Z). Proposta utilizada atualmente. Tabela periódica • Sete linhas horizontais, chamadas de período. Os elementos que ocupam o mesmo período, normalmente, apresentam propriedades químicas e físicas com valores que variam de um mínimo a um máximo ou vice versa. • As 18 colunas verticais são denominadas de grupos ou famílias. Os elementos que ocupam um mesmo grupo, normalmente, apresentam propriedades químicas semelhantes As famílias são designadas pelas letras A e B e denominadas subgrupos; o grupo é indicado por algarismo romano de I a VIII. Hoje a IUPAC recomenda que seja numeradas de 1 a 18; IA ou 1 = metais alcalinos (árabes): que ocorrem nas cinzas de plantas marinhas. IIA ou 2= metais alcalinos terrosos: semelhante aos alcalinos, mas que ocorrem na terra. VIA ou 16= calcogênios (grego): geradores de cal (oxigênio e cálcio forma a cal: CaO). VIIA ou 17= halogênios: geradores de sais marinhos VIIA ou 18= Gases Nobres: porque dificilmente se combinam com outros elementos químicos. https://www.pravaler.com.br/wp-content/uploads/2021/11/tabela-periodica1-1.jpg https://www.pravaler.com.br/wp-content/uploads/2021/11/tabela-periodica1-1.jpg Tabela periódica III. Diferenciação dos três tipos de elementos através do último subnível Elementos representativos: podem terminar em subnível s (1A ou 2A) ou do tipo p ( 3 A a 8 A), ambos pertencentes ao último nível de cada átomo. Exemplos: 12 Mg 18 Ar Tabela periódica III. Diferenciação dos três tipos de elementos através do último subnível Elementos de transição: o último é do tipo d, pertencente ao penúltimo nível. Exemplo: 23 V Elementos de transição interna ( lantanídeos e actinídios): o último subnível é do tipo f e pertence ao antepenúltimo nível. Exemplo: 62 Sm 94 Pu https://upload.wikimedia.org/wikipedia/comm ons/f/fb/S%C3%A9ries_Qu%C3%ADmicas.png https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fb/S%C3%A9ries_Qu%C3%ADmicas.png https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fb/S%C3%A9ries_Qu%C3%ADmicas.png https://www.todamateria.com.br/familias-d a-tabela-periodica/ https://www.todamateria.com.br/familias-da-tabela-periodica/ https://www.todamateria.com.br/familias-da-tabela-periodica/ exercício Na tabela periódica, Magnésio e Cálcio pertencem à mesma família de elementos químicos. Esse parentesco permite afirmar que os dois elementos (Mg e Ca) apresentam em comum: a) Pertencerem a família dos metais alcalinos terrosos. b) Pertencerem a família dos metais alcalinos. c) Possuírem o mesmo número de massa. d) Possuírem o mesmo número atômico. Configuração eletrônica e tabela periódica • o elementos representativos: configuração eletrônica terminada em subnível s ou p; • o elementos de transição: configuração eletrônica terminada em subnível d; • e o elementos de transição interna: configuração eletrônica terminada em subnível f. Configuração eletrônica e tabela periódica Configuração eletrônica e tabela periódica Configuração eletrônica e tabela periódica • ELEMENTOS REPRESENTATIVOS: Período: corresponde à camada de valência; Família: corresponde à soma dos elétrons da camada de valência. EXEMPLO (RESOLVER) 11 Na 8 O Configuração eletrônica e tabela periódica • ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO: Período: corresponde à camada de valência; Grupo: corresponde à soma dos elétrons da camada de valência e do subnível mais energético. EXEMPLO (RESOLVER) 26 Fe 22 Ti Configuração eletrônica e tabela periódica • ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO INTERNA: São os elementos da série dos lantanídios (terras raras) e actinídios. Período: corresponde à camada de valência; Família//Grupo: todo elemento terminado em subnível f pertence à família 3B ou grupo 3. SE FOR DA SÉRIE DOS LANTANÍDEO: Se Z<80 ou se terminar em 4f SE FOR DA SÉRIE DOS ACTINÍDIOS: Se Z>80 ou se terminar em 5f EXEMPLO (RESOLVER) 58 Ce 92 U Exercício (UEL/COPS - Técnico em laboratório/Química - UEL - 2015) Sobre o período que contém os elementos que preenchem as camadas com os elétrons na tabela periódica, assinale a alternativa correta. a) O 2º período possui 8 elementos, vai de Li (Z = 3) até Ne (Z = 11), com elétrons em 2s e 3p. b) O 3º período possui 8 elementos, vai de Na (Z = 10) até Ar (Z = 22), com elétrons em 1s e 2p. c) O 4º período possui 18 elementos, vai de K (Z = 19) até Kr (Z = 36), com elétrons em 4s, 3d e 4p. d) O 5º período possui 16 elementos, vai de Rb (Z = 35) até Xe (Z = 47), com elétrons em 5s, 4d e 4p. e) O 6º período possui 28 elementos, vai de Cs (Z = 56) até Rn (Z = 84), com o último subnível 7d preenchido. Exercício (UEL/COPS - Técnico em laboratório/Química - UEL - 2015) Sobre o período que contém os elementos que preenchem as camadas com os elétrons na tabela periódica, assinale a alternativa correta. a) O 2º período possui 8 elementos, vai de Li (Z = 3) até Ne (Z = 11), com elétrons em 2s e 3p. b) O 3º período possui 8 elementos, vai de Na (Z = 10) até Ar (Z = 22), com elétrons em 1s e 2p. c) O 4º período possui 18 elementos, vai de K (Z = 19) até Kr (Z = 36), com elétrons em 4s, 3d e 4p. d) O 5º período possui 16 elementos, vai de Rb (Z = 35) até Xe (Z = 47), com elétrons em 5s, 4d e 4p. e) O 6º período possui 28 elementos, vai de Cs (Z = 56) até Rn (Z = 84), com o último subnível 7d preenchido. Classificação dos elementos Outra maneira de classificar os elementos é agrupá-los segundo suas propriedades físicas e químicas em: • Hidrogênio • Metais • Ametais • Gases Nobres METAIS • Os metais constituem a maior parte dos elementos da Tabela Periódica, representando dois terços deles, o que resulta em um total de 87. Alguns exemplos são a prata, ouro, cobre, zinco, ferro, alumínio, platina, sódio, potássio, entre outros. • Todos os elementos pertencentes a esse grupo possuem as seguintes propriedades principais: - Brilho metálico; - São sólidos, com exceção do mercúrio, que é líquido em temperatura ambiente; - Conduzem corrente elétrica; - Conduzem calor; - São maleáveis, formando lâminas; - São dúcteis, formando fios; - Têm a tendência de perder elétrons e formar cátions. AMETAIS • São 11 elementos (carbono (C), nitrogênio (N), fósforo (P), oxigênio (O), enxofre (S) (está na imagem abaixo), selênio (Se), flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), iodo (I) e astato (At)) que possuem propriedades opostas às dos metais: - Não possuem brilho; - Não conduzem eletricidade; - Não conduzem calor; - Fragmentam-se; - Têm a tendência de ganhar elétrons e formar ânions. Esta Foto de Autor Desconhecido está licenciado em CC BY-NC-ND http://www.outreach-c2tn.com/2019/09/uma-tabela-de-cromos-iv.html https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ HIDROGÊNIO • O hidrogênio é diferente de qualquer outro elemento químico, pois não se enquadra em nenhum dos grupos mencionados. Por isso, em algumas tabelas, ele aparece na parte central acima. Na maioria das Tabelas Periódicas, ele vem na família 1 (família dos metais alcalinos), porque ele possui apenas um elétron em sua camada de valência, mas as suas propriedades não são semelhantes aos membros dessa família. exercício (CESGRANRIO - Técnico em Regulação de Petróleo e Derivados - ANP - 2016) Considere que um determinado elemento químico possui átomos com a seguinte configuração eletrônica: [Kr]4d15s2 A localização desse elemento químico na tabela periódica dos elementos e a sua classificação são,respectivamente, a) 5º período e ametal. b) 5º período e metal. c) 5º período e semimetal. d) 4º período e ametal. e) 4º período e metal. exercício (CESGRANRIO - Técnico em Regulação de Petróleo e Derivados - ANP - 2016) Considere que um determinado elemento químico possui átomos com a seguinte configuração eletrônica: [Kr]4d15s2 A localização desse elemento químico na tabela periódica dos elementos e a sua classificação são, respectivamente, a) 5º período e ametal. b) 5º período e metal. c) 5º período e semimetal. d) 4º período e ametal. e) 4º período e metal. exercício (CESGRANRIO - Técnico Químico - LIQUIGÁS - 2018) Dada a lista de elementos: silício, alumínio, rubídio, radônio e escândio, constata-se que há nessa lista a) dois metais, um semimetal e dois não metais b) dois metais, um semimetal e dois gases c) dois elementos representativos, dois metais de transição externa e um lantanídeo d) três metais, um semimetal e um gás e) três elementos representativos e dois elementos de transição externa exercício (CESGRANRIO - Técnico Químico - LIQUIGÁS - 2018) Dada a lista de elementos: silício, alumínio, rubídio, radônio e escândio, constata-se que há nessa lista a) dois metais, um semimetal e dois não metais b) dois metais, um semimetal e dois gases c) dois elementos representativos, dois metais de transição externa e um lantanídeo d) três metais, um semimetal e um gás e) três elementos representativos e dois elementos de transição externa Propriedades periódicas • RAIO ATÔMICO: é definido como a meia distância entre dois centros de átomos vizinhos. Variação ao longo da família ou grupo: aumenta devido aumento do nível energético (número de camadas) Variação ao longo de um mesmo período: aumento do número de prótons aumenta atração sobre os elétrons fazendo com que a nuvem eletrônica diminua e consequentemente o raio atômico. Propriedades periódicas • RAIO DO ÍON: Raio do cátion: o raio do cátion sempre será menor que o raio do átomo que lhe deu origem. Raio do ânion: o raio do ânion sempre será maior que o raio do átomo que lhe deu origem. A carga nuclear efetiva (número atômico efetivo - Zef) Zef = Z – S Onde, Z = número atômico S = número total de elétrons dos níveis internos EXEMPLO: 13 Al e 13 Al3+ Exercício No que se refere aos raios de átomos e de íons, assinale a opção que apresenta a comparação INCORRETA. A) raio do Na+ < raio do Na B) raio do F– < raio do Mg2+ C) raio do Mg2+ < raio do O2- D) raio do F– < raio do O2– Exercício No que se refere aos raios de átomos e de íons, assinale a opção que apresenta a comparação INCORRETA. A) raio do Na+ < raio do Na B) raio do F– < raio do Mg2+ C) raio do Mg2+ < raio do O2- D) raio do F– < raio do O2– Energia ou potencial de ionização • Pode ser definido como a energia necessária para retirar 1 elétron de um átomo isolado no estado gasoso. Quanto menor o raio maior a atração do núcleo sobre o elétron, com isso fica mais difícil retirar o elétron do átomo. Pode-se relacionar raio e energia de ionização (inversamente proporcional): • Ao longo de uma família, o raio atômico aumenta de cima para baixo, logo, a energia de ionização aumenta de baixo para cima em uma mesma família. • Ao longo de um mesmo período, o raio atômico aumenta da direita para a esquerda, logo, a energia de ionização aumenta da esquerda para a direita. Exercício Energia de Ionização é a energia mínima necessária para se arrancar um elétron de um átomo que se encontra no estado fundamental, gasoso e isolado. As tabelas abaixo apresentam o raio atômico e a primeira energia de ionização de alguns elementos da Tabela Periódica: A explicação para o fato de a primeira energia de ionização do elemento sódio ser menor do que a do elemento fósforo é: a) O raio do sódio é menor que o raio do fósforo. b) A carga nuclear do sódio é menor que a do fósforo. c) O sódio possui 11 elétrons e o fósforo possui 15 elétrons. d) Há mais partículas positivas no núcleo do sódio que no do fósforo. Exercício Energia de Ionização é a energia mínima necessária para se arrancar um elétron de um átomo que se encontra no estado fundamental, gasoso e isolado. As tabelas abaixo apresentam o raio atômico e a primeira energia de ionização de alguns elementos da Tabela Periódica: A explicação para o fato de a primeira energia de ionização do elemento sódio ser menor do que a do elemento fósforo é: a) O raio do sódio é menor que o raio do fósforo. b) A carga nuclear do sódio é menor que a do fósforo. c) O sódio possui 11 elétrons e o fósforo possui 15 elétrons. d) Há mais partículas positivas no núcleo do sódio que no do fósforo. Exercício • Energia de ionização é a energia máxima necessária para remover um elétron do estado excitado de um átomo isolado, uma molécula ou um íon no estado gasoso. ( )certo ( )errado Afinidade eletrônica ou eletroafinidade • é a energia liberada quando se adiciona um elétron ao átomo isolado no estado gasoso. • Quanto menor o raio atômico mais próximo o núcleo está do elétron recebido (na camada de valência) e maior é a atração exercida. Nesse caso a afinidade eletrônica é maior. • Quanto maior o raio atômico mais distante o núcleo está do elétron recebido (na camada de valência) e menor será a atração exercida, logo, menor será a afinidade eletrônica. Afinidade eletrônica ou eletroafinidade • Existem exceções: Para facilitar, lembre-se desse pares: C e N; F e Cl; B e Al; e Si e P. Eletronegatividade • ELETRONEGATIVDADE: é a força com que um átomo atrai elétrons no instante da ligação com outro átomo F > O > N > Cl > Br > I > S > C > P > H > Metais Eletropositividade ou caráter metálico • Inverso da eletronegatividade. É a capacidade de um átomo em doar (perder) elétrons para outro átomo de elemento químico diferente, durante a formação de uma substância composta PONTOS DE FUSÃO E EBULIÇÃO Podemos dizer que pontos de fusão e de ebulição são as temperaturas em que os materiais mudam de fase de agregação. Ponto de fusão é medido durante a mudança da fase sólida para a fase líquida Ponto de ebulição é medido durante a mudança da fase líquida para a fase gasosa. Ponto de fusão e ebulição • As temperaturas de fusão e de ebulição dos elementos são funções periódicas de seus números atômicos (exceto o hidrogênio): ✔ Em uma mesma família, que esteja localizada à esquerda da tabela periódica (próxima a família 1), os pontos de fusão e de ebulição aumentam de baixo para cima. ✔ Em uma mesma família, que esteja localizada à direita da tabela periódica (próxima a família 18) os pontos de fusão e de ebulição aumentam de cima para baixo. ✔ Em um mesmo período, os pontos de fusão e de , ebulição aumentam das extremidades para o centro da tabela. Obs1: atenção metal com maior ponto de fusão Tungstênio(3422°C). Elemento com maior ponto de fusão Carbono(3550°C). Obs2: Observe que os elementos de maior ponto de fusão e de ebulição são aqueles localizados próximo ao “W” DENSIDADE • Densidade aumenta de cima para baixo com o aumento da massa. • Densidade aumenta da extremidade para o centro devido volume molar dos átomos diminuir. VOLUME “ATÔMICO” (molar) • Em uma família, o volume atômico aumenta de cima para baixo. • Em um período o volume atômico aumenta do centro para as extremidades da tabela. REATIVIDADE QUÍMICA • A reatividade de um elemento químico está associada à sua maior ou menor facilidade em ganhar ou perder elétrons. Assim, os elementos mais reativos serão tantos os metais que perdem elétrons com maior facilidade, quanto os ametais que ganham elétrons com maior facilidade. • Pela figura podemos observar que: • a) entre os metais, o mais reativo é o frâncio (Fr) • b) entre os ametais, o mais reativo é o flúor (F). • Propriedade Aperiódicas: Os valores desta propriedade variam à medida que o número atômicoaumenta, mas não obedecem à posição na Tabela, ou seja, não se repetem em períodos regulares. Exemplos de propriedades aperiódicas: calor específico, índice de refração, dureza e massa atômica. É válido ressaltar que a massa atômica sempre aumenta de acordo com o número atômico do elemento, e não diz respeito à posição deste elemento na Tabela. LIGAÇÕES QUÍMICAS Classificam-se em: •ligações intramoleculares: -ocorrem entre os átomos para formar “moléculas”; -responsáveis pelas propriedades químicas dos compostos; -são elas: iônica, covalente e metálica. •ligações (ou forças) intermoleculares: -ocorrem entre as “moléculas”; -responsáveis pelas propriedades físicas dos compostos; -são elas: íon-dipolo; dipolo-dipolo, dipolo-induzido e ligação de hidrogênio. Regra do Octeto ❖ Descrição: O átomo adquire estabilidade ao completar oito elétrons camada de valência, imitando os gases nobres. Configuração Geral: ns2 np6 ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ Obs. Esta regra só é válida para os elementos representativos. Regra do Dueto ❖ Descrição: O átomo adquire estabilidade ao completar a camada de valência com dois elétrons, imitando o gás nobre – He, Configuração Geral: ns2 ↑ ↓ Obs. Esta regra só é válida para os elementos representativos: H, Li, B e Be. REGRA DO OCTETO: “numa ligação química um átomo tende a ficar com oito elétrons na última camada (config.eletrônica se- melhante a de um gás nobre)”. FNa + [Na]+[ F ]- LIGAÇÃO IÔNICA +F F F LIGAÇÃO COVALENTEF LIGAÇÃO IÔNICALIGAÇÃO COVALENTE LIGAÇÃO IÔNICA LIGAÇÃO IÔNICA :(eletrovalente ou heteropolar) ❖Definição: elétrons são transferidos de um átomo para outro dando origem a íons de cargas contrárias que se atraem. Exemplo: formação do cloreto de sódio – NaCl. Na (Z = 11) → 1s2 2s2, 2p6 3s1 Cl ( Z = 17) → 1s2 2s2, 2p6 3s2, 3p5 Cloro Sódio Ligação Iônica 🡪A energia requerida para a formação de ligações iônicas é fornecida pela atração coulômbica entre os íons de cargas opostas num retículo cristalino. Estes íons formam-se pela transferência de elétrons dos átomos de um elemento para os átomos de outros elementos. Ligação Iônica: É o resultado da atração eletrostática de íons com cargas opostas. Ex: NaCℓ = cloreto de sódio AgCℓ = cloreto de prata MgO = óxido de magnésio KBr = brometo de potássio LiH = hidreto de lítio MgCℓ 2 = cloreto de magnésio AℓF 3 = fluoreto de lítio Aℓ 2 S 3 = sulfeto de alumínio Ligação Iônica Como identificar? • geralmente ocorre entre: bastante eletropositivos bastante eletronegativos tendem a formar cátions tendem a formar ânions METAIS + AMETAIS EXCEÇÃO: METAIS + “H” Metais: Eletropositivos Perdem elétrons Viram Cátions(+) Ametais: Eletronegativos Ganham elétrons Viram Ânions(-) Aℓ Aℓ+3 + 3e- → O + 2e- O-2 → Generalizando agora... Determinação das Fórmulas Iônicas Aℓ x x x Aℓ x x x Aℓ2O3 Aℓ+3 O-2 O O O Fórmula-íon Fórmula de Lewis ou Eletrônica fórmula geral de um composto iônico: A x + B y -+ → AyBX y – x + Fórmula Geral de um Composto Iônico C A C A Cátion Ânion C AFórmula Iônica: A fórmula iônica representa a menor proporção no retículo cristalino! Perdem elétrons Ganham elétrons Átomos neutros Será o índice do ânion y x Será o índice do cátion As substâncias iônicas não são moléculas! São agregados iônicos! Característica s dos compostos iônicos • não conduzem corrente elétrica no estado sólido; os íons, ao se ligarem, neutralizam suas cargas e impedem que a corrente elétrica flua; • conduzem corrente quando fundidos ou em solução aquosa; ao acontecer o processo de fusão ou solvatação (com a adição da água), os íons separam-se, permitindo a passagem da corrente elétrica; • são sólidos à temperatura ambiente; por causa da força de atração entre os cátions e os ânions; • possuem altos pontos de fusão e de ebulição; para romper as ligações iônicas, é necessário adicionar muita energia. Por isso, os pontos de fusão e de ebulição são altos. ATENÇÃO • as substâncias iônicas são duras, mas quebradiças quando submetidas a impactos; • como a ligação iônica envolve a formação de íons de cargas opostas, as propriedades das substâncias iônicas dependem dessa atração dos cátions pelos ânions; • a separação dos compostos iônicos em seus íons constituintes recebe o nome de dissociação iônica; • para ocorrer a dissociação iônica, adiciona-se água geralmente (é a solvatação); • em solução aquosa, os compostos iônicos passam a conduzir a corrente elétrica. https://www.youtube.com/watch?v=5X1zLQ_zGK8&ab_channel=MauricioMonteiro https://www.youtube.com/watch?v=5X1zLQ_zGK8&ab_channel=MauricioMonteiro Solvatação do Sal de Cozinha Solvatação do NaCl a parte negativa (δ-) da água fica voltada para o cátion (Na+); e a positiva (δ+) volta-se para o ânion (Cl-); ✔a disposição do retículo cristalino do NaCl é cúbica; ✔cada cátion (Na+) está rodeado por 6 ânions (Cl-) e vice-versa. Os íons fora do plano foram ocultados para simplificar a visualização! Cl- Cl- -Cl -Cl Cl- Cl- Im ag em :E ya l B ai re y/ Pu b lic D o m ai n Im ag em :T ax m an /P u b lic D o m ai n Ligação covalente • A ligação covalente ocorre quando os átomos ligados possuem tendência de ganhar elétrons. Não há transferência de elétrons de um átomo para outro, e sim um compartilhamento de elétrons entre eles. • A ligação covalente ocorre entre: Hidrogênio – Hidrogênio Hidrogênio – não-metal Não metal – não-metal Obs: os semi-metais também podem ser incluídos. Ligação covalente • Ligação covalente normal: Ocorre entre dois átomos que compartilham pares de elétrons. Os átomos participantes da ligação devem contribuir com um elétron cada, para a formação de cada par eletrônico. Assim a molécula de hidrogênio (H 2 ), cuja distribuição eletrônica é: 1 H – 1s1 Falta um elétron para cada átomo de hidrogênio para ficar com a camada K completa (dois elétrons). Os dois átomos de hidrogênio se unem formando um par eletrônico comum a eles (compartilhamento). Desta forma, cada átomo de hidrogênio adquire a estrutura do gás nobre Hélio (He). H x ● H LIGAÇÃO COVALENTE • A media que os dois átomos se aproxima irá aparecer uma força de atração do núcleo de um átomo pelo elétron do outro átomo e vice-versa. A força de atração entre os dois átomos aumentará até uma valor máximo (energia potencial mínima) na distância de ligação ( comprimento da ligação). Se continuar aproximando os dois átomos, essa força de atração será substituída por uma força de repulsiva resultante da repulsão elétrica entre os dois núcleos positivos. • Na distância da ligação, os dois elétrons são igualmente compartilhados entre os dois átomos de hidrogênio, ou seja, ambos os núcleos atraem igualmente os elétrons. Essa atração constitui a ligação covalente. Ligação covalente Quando o par compartilhado é representado por um traço ( ― ), temos a chamada fórmula estrutural. H ― H (fórmula estrutural) H 2 (fórmula molecular) Procedendo da mesma forma, veremos mais alguns exemplos: 1 º)Cl 2 (fórmula molecular do gás cloro) 17 Cl 1s2 2s2 sp6 3s2 3p5 → ganha 1e- 2º)HCl (fórmula molecular do cloreto de hidrogênio) 3º) H 2 O (fórmula mulecular da água) Ligação covalente • Quando encontramos um único par de elétrons compartilhado entre dois elementos, a ligação é denominada simples. Exemplos: H 2 , Cl 2 , Br 2 • Para dois pares de elétrons compartilhados entre dois elementos, a ligação é denominada de dupla. Exemplo: O 2 • Finalmente, para três pares de elétrons compartilhados entre dois elementos, a ligação é denominada de tripla. Exemplo: N 2 Ligação covalente • Observação: Convencionou-se representar a ligação dativa por uma seta orientada do átomo que “cede” o par de e- para o átomo que o“recebe”; porém, modernamente, o uso da seta indicando a ligação dativa tende a ser substituído por um traço de covalente normal. Ligação covalente • Ligação coordenada (dativa). Na ligação covalente normal, o par de elétrons compartilhado é proveniente um de cada átomo. Mas, para explicar certas estruturas da substância, foi necessário admitir a formação de pares de elétrons proveniente de um só átomo; assim, temos a chamada ligação covalente dativa ou ligação coordenada. Exemplo: SO 2 , H 2 SO 4 . Representação das estruturas de Lewis • 1- some os elétrons de valência de todos os átomos considerando a carga total; • 2- escreva os símbolos dos átomos, mostrando como estão ligados entre si e ligue-os por meio de uma ligação simples (uma linha, representando dois elétrons); • 3- complete os octetos em torno de todos os átomos ligados ao átomo central; • 4- coloque todos os elétrons suficientes para que o átomo central tenha um octeto, tente fazer ligações múltiplas. Carga formal • 1- todos os elétrons não compartilhados (não ligantes) são atribuídos ao átomo em que eles são encontrados. • 2- para qualquer ligação – simples, dupla ou triplas – metade dos elétrons é atribuída a cada átomo na ligação. Carga formal = V - (L + ½ S) V = quantidade de elétrons de valência do átomo livre; L = quantidade de elétrons presentes nos pares isolados (não ligantes) do átomo na estrutura; S = quantidade de elétrons compartilhados pelo átomo na estrutura. Carga formal e a estrutura de Lewis alternativa • 1- a estrutura de Lewis dominante costuma ser aquela emque os átomos têm cargas formais mais próximas de zero. • 2- a estrutura de Lewis em que há qualquer carga negativa nos átomos mais eletronegativos é geralmente mais dominante que aquela com cargas negativas nos átomos menos eletronegativos EXCEÇÕES À REGRA DO OCTETO • 1-moléculas e íons poliatômicos que contêm número ímpar de elétrons; • 2-moléculas e íons poliatômicos em que um átomo tem menos de oito elétrons de valência(um octeto); • 3- moléculas e íons poliatômicos em que um átomo tem mais de oito elétrons de valência (um octeto) Anomalia no octeto • Atualmente, os químicos têm conhecimento da existência de muitas moléculas que não obedecem à regra do octeto. Berílio e boro aparecem em algumas moléculas com o octeto incompleto. Apesar de pertencerem a famílias que tendem a formar cátions em ligações iônicas, esses dois elementos fazem ligação covalente. O primeiro é encontrado com 4 elétrons na camada de valência, e o segundo, com 6. Três exceções ainda mais interessantes à regra do octeto são compostos NO, NO 2 e CIO 2 em cujas moléculas aparecem átomos com número ímpar de elétrons na camada de valência. Esses três compostos apresentam alta tendência a reagir quimicamente, transformando-se em compostos mais estáveis. Ligação covalente • Anomalias do octeto a) BeF 2 b) BF 3 c) NO d) Ocorrem casos em que se verificam camadas de valência expandidas, ou seja, apresentam mais de oito elétrons, por exemplo. PCl 5 SF 4 SF 6 GEOMETRIA MOLECULAR • As moléculas formadas por ligações covalentes podem apresentar de dois a milhares de átomos. • Os átomos se alinham formando formas geométricas em relação aos núcleos dos átomos. • TEORIA DA REPULSÃO DOS PARES ELETRÔNICOS DA CAMADA DE VALÊNCIA (RPECV OU VSEPR, do inglês Valence Shell Electron Pair Repulsion foi formulada pelos químicos Ronald J. Gillespie (1924- ) e Ronald D. Nyholm (1917 – 1971) em 1957.). GEOMETRIA MOLECULAR • Os pares eletrônicos ao redor de um átomo central – participantes ou não de ligações covalentes – devem estar dispostos de modo a garantir a menor repulsão possível. • Existem formas simples para as moléculas tipo AB 2 e AB 3 . GEOMETRIA MOLECULAR • Existem cinco geometrias fundamentais para a forma molecular: GEOMETRIA MOLECULAR Nomes e formas de moléculas simples e seus ângulos de ligação. Princípios de química- questionando a vida moderna e o meio ambiente – Atkins & Jones MODELO REPULSÃO DOS PARES ELETRÔNICOS DA CAMADA DE VALÊNCIA Para se determinar a forma de uma molécula, fazemos a distinção entre pares de elétrons não-ligantes (aqueles fora de uma ligação) e pares ligantes (aqueles encontrados entre dois átomos). Definimos o arranjo eletrônico pelas posições no espaço 3D de TODOS os pares de elétrons (ligantes ou não ligantes). Os elétrons assumem um arranjo no espaço para minimizar a repulsão e-- e-. Modelo RPENV REGRA 1: as regiões de altas concentrações de elétrons (ligações e pares isolados do átomo central) se repelem e, para reduzir essa repulsão, elas tendem a se afastar o máximo possível, mantendo a mesma distancia do átomo central. REGRA 2: Não existe distinção entre ligações simples ou múltiplas: uma ligação múltipla é tratada como uma só região de alta concentração de elétrons. REGRA 3: Todas as regiões de densidade eletrônica elevada, pares de elétrons isolados e ligantes, são incluídas na descrição do arranjo de elétrons. Todavia, somente as posições de átomos são consideradas quando descrevemos a forma de uma molécula. REGRA 4: A repulsão é exercida na ordem par isolado-par isolado > par isolado-átomo > átomo – átomo USANDO O MODELO RPENV Etapa 1: determine quantos átomos e pares de elétrons e pares isolados estão presentes no átomo central escrevendo a estrutura de Lewis da molécula; Etapa 2: identifique o arranjo de elétrons, incluindo pares isolados e átomos e tratando uma ligação múltipla como se fosse uma ligação simples; Etapa 3: Localize os átomos e identifique a forma molecular. A forma molecular descreve apenas as posições dos átomos e não os pares isolados. Etapa 4: permita que a molécula se distorça até que os pares isolados fiquem o mais distantes possível um dos outros e dos pares ligantes. A repulsão age na seguinte forma: Par isolado-par isolado > par isolado-átomo > átomo-átomo Moléculas diatômicas • Sempre lineares O 2 Cl 2 H 2 N 2 Para moléculas com mais de 2 átomos Princípios de química- questionando a vida moderna e o meio ambiente – Atkins & Jones Exercícios de fixação: Mostre as ligações (estrutura de Lewis) e Determine a forma geométrica das espécies químicas abaixo: A. SCℓ 2 B. BF 3 C. HI D. O 3 E. PH 3 F. CO 2 G. P 4 H. SiH 4 I. NH 3 J. NH 4 + POLARIDADE DAS LIGAÇÕES • Definição: acúmulo de cargas elétricas em regiões distintas da ligação – pólos. • Ligações iônicas: são fortemente polarizadas, cada íon define um pólo da ligação. + _ Polaridade das Ligações • Ligações covalentes: é função da diferença de eletronegatividade entre os átomos da ligação. • Classificação: • - Apolar: formadas por átomos de eletronegatividades iguais, a nuvem não se deforma. • - Polar: formadas por átomos de eletronegatividade diferentes, a nuvem se deforma. 1) Ligação Covalente Apolar: Ocorre entre átomos iguais. Dessa forma, os átomos possuem mesma eletronegatividade e atraem, consequentemente, o par eletrônico compartilhado com a mesma intensidade. Ex.: H2, O2, N2 H H O par eletrônico é equidistante aos dois núcleos 2) Ligação Covalente Polar: Ocorre entre átomos diferentes. Dessa forma, o átomo que possui maior eletronegatividade atrai o par eletrônico compartilhado com maior intensidade. Ex.: HCl. O par eletrônico fica mais próximo do cloro pois este átomo atrai mais fortemente os elétrons da ligação covalente (porque é mais eletronegativo). H Cl δ+ δ - A ligação forma um dipolo elétrico Obs. Quanto maior a diferença de eletronegatividade entre os átomos maior a polarização. F > O > N = Cl > Br > I = S = C > P = H > metais A cada ligação covalente polar corresponde um dipolo elétrico. Serão tantos dipolos, quantas forem as ligaçõespolares. • Para moléculas diatômicas em que não há diferença de eletronegatividade: MOLECULA APOLAR POLARIDADE DAS MOLÉCULAS • Para moléculas diatômicas em que há diferença de eletronegatividade: MOLECULA POLAR POLARIDADE DAS MOLÉCULAS • Pode –se determinar a polaridade de uma molécula através do vetor momento dipolar resultante Determinação da polaridade em moléculas maiores EXERCÍCIO COMPARAÇÃO MOLECULAR ENTRE GASES, LÍQUIDOS E SÓLIDOS • Comparação de energias cinéticas e energias de atrações em estados da matéria. Gás -> energias cinéticas >> energia de atração Líquido -> energias cinéticas comparáveis a energias de atração Sólido -> energias de atração >> energias cinéticas FORÇAS INTERMOLECULARES • Pontos de fusão e ebulição de substâncias, as quais as partículas são mantidas unidas por ligações químicas, tendem a ser mais elevados que os das substâncias em que as partículas são mantidas unidas por forças intermoleculares. Forças intermoleculares • As forças intermoleculares são forças de atração que ocorrem entre as moléculas eletronicamente neutras (intermoleculares), mantendo-as unidas, e são bem definidas, e são bem mais fracas, quando comparadas às forças intramoleculares(ligação iônica, covalente e metálica), encontradas entre íons e átomos, que formam a substância. Essas forças atuam principalmente no estado sólido e líquido das substâncias e são denominadas forças de dispersão, de atrações dipolo-dipolo (forças de van der Waals) e ligações de hidrogênio. • Todas as interações intermolecular são de caráter eletrostático, envolvendo atrações entre espécies com cargas positivas e negativas, assim como as ligações iônicas. LIGAÇÕES INTERMOLECULARES • DEFINIÇÃO: ligações entre as moléculas de substâncias no estado sólido ou líquido. • Tipos de ligações intermoleculares: • 1) Ligação Dipolo – Dipolo: ocorrem entre as moléculas polares. • 2) Ligação de Hidrogênio: ocorrem entre moléculas fortemente polarizadas, quando o H se encontra ligado aos átomos de F, O e N. • 3) Ligação Dipolo Induzido – Dipolo Induzido: ocorrem entre as moléculas apolares. • 4) Ligação Dipolo – Dipolo Induzido: ocorrem entre as moléculas polares e moléculas apolares. • https://www.youtube.com/watch?v=zDVDoWpdrxg&ab_channel=AlisonHollier • https://www.youtube.com/watch?v=x8PpLlKI2yo&ab_channel=NucleusBiology https://www.youtube.com/watch?v=zDVDoWpdrxg&ab_channel=AlisonHollier https://www.youtube.com/watch?v=x8PpLlKI2yo&ab_channel=NucleusBiology Forças de dispersão de London = Forças de van der Waals • São as forças intermoleculares mais fracas e existem entre todos os tipos de moléculas, seja iônica ou covalente-polar ou não polar. Quanto mais elétrons uma molécula tem, mais fortes são as forças de dispersão de Londres. Interações dipolo-dipolo: • Ocorrem quando a parte parcialmente carregada positivamente (+) de uma molécula interage com a parte parcialmente carregada negativamente (-) da molécula vizinha. Podem ser do tipo íon-dipolo quando uma das espécies do dipolo for um íon. • É necessário haver íons parcialmente carregados – por exemplo, o caso de ligações covalentes polares, como cloreto de hidrogênio H – Cl. Pontes de hidrogênio • É tipo especial de interação dipolo-dipolo que ocorre especificamente entre um átomo de hidrogênio ligado a um átomo de oxigênio, nitrogênio ou flúor. • A extremidade parcialmente positiva do hidrogênio é atraída para a extremidade parcialmente negativa do oxigênio, nitrogênio ou flúor de outra molécula. • A ligação de hidrogênio é uma força relativamente forte de atração entre moléculas, e é necessária energia considerável para quebrar as ligações de hidrogênio. Isso explica os pontos de ebulição excepcionalmente altos e os pontos de fusão de compostos como a água. Forças Intermolecul ares e as Propriedades PF e PE • Dois fatores influem nos PF e PE: • 1) Ligações intermolecular: quanto maior a intensidade das forças de ligação, maiores os PF e PE da substância. • Ordem crescente da intensidade de interação: • Dipolo induzido < dipolo – dipolo < ligação de H • 2) O tamanho das moléculas: quanto maior o tamanho das moléculas, maiores o PF e PE da substância. Forças Intermoleculares e as Propriedades PF e PE ❖ Exemplos: PE Tamanho da molécula 100 0 - 100 H2O H2S H2Se H2Te PE Tamanho da molécula CH4 SeH4 GeH4 SnH4 Ligação metálica • É a força que mantém unidos os átomos e cátions dos metais. • Teoria do “mar de elétrons” ou teoria da “nuvem eletrônica” • A principal característica dos metais é a eletropositividade (tendência de doar elétrons), assim os elétrons da camada de valência saem facilmente do átomo e ficam “passeando” pelo metal, o átomo que perde elétrons se transforma num cátion, que, em seguida, pode recapturar esses elétrons, voltando a ser átomo neutros e cátions, imersos num “mar de elétrons livres” que estariam funcionando como ligação metálica, mantendo uidos os átomos e cátions de metais. Metais • Propriedades dos metais I) Brilho metálico: o brilho será tanto mais intenso quanto mais polida for a superfície metálica, assim os metais refletem muito bem a luz. II) Densidade elevada: os metais são geralmente muito densos, isto resulta das estruturas compactas devido à grande intensidade de força de união entre átomos e cátions (ligação metálica), o que faz com que em igualdade de massa com qualquer outro material, os metais ocupem menor volume. III) Ponto de fusão e ebulição elevado: os metais apresentam elevadas temperaturas de fusão e ebulição, isto acontece porque a ligação metálica é muito forte. Metais • Propriedades dos metais IV. Condutividade térmica e elétrica elevadas: Os metais são bons condutores de calor e eletricidade pelo fato de possuírem elétrons livres. V. Resistência à tração: os metais resistem às forças de alongamento de suas superfícies, o que ocorre também como consequência da força de ligação metálica. VI. Maleabilidade: Maior ou menor grau de capacidade de um material resistir a choques ou pressão. VII. Ductilidade: capacidade do material se deformar plasticamente até a sua ruptura.
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