Quimica 3

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Raymond Chang 
Kenneth A. Goldsby
C456q Chang, Raymond.
Química [recurso eletrônico] / Raymond Chang, Kenneth 
A. Goldsby ; [tradução: M. Pinho Produtos Digitais 
Unipessoal Lda.]; revisão técnica: Denise de Oliveira Silva, 
Vera Regina Leopoldo Constantino. - 11. ed. - Dados 
eletrônicos. - Porto Alegre : AMGH, 2013.
Editado também como hvro impresso em 2013.
ISBN 978-85-8055-256-0
1. Química. I. Goldsby, Kenneth A. II. Título.
CDU 54
Catalogação na publicação: Ana Paula M. Magnus - CRB10/2052
Raymond Chang 
Kenneth A. Goldsby
Química
I V edição
Revisão técnica:
Denise de Oliveira Silva 
Bacharel e Doutora em Química pela USP 
Pós-doutora em Química Inorgânica pela Texas A & M University 
Professora do Instituto de Química da USP
Vera Regina Leopoldo Constantino 
Bacharel e Doutora em Química pela UNESP 
Pós-doutora em Química pela Michigan State University 
Professora do Instituto de Química da USP
Versão impressa 
desta obra: 2013
Mc
Graw
Híll
Educatíon
AMGH Editora Ltda.
2013
Obra originalmente publicada sob o título Chemistry, 11 th Edition 
ISBN 0073402680 / 9780073402680
Original edition Copyright © 2012, The McGraw-Hill Companies, Inc., New York, New York 10020. All rights reserved.
Portuguese language translation copyright©2013, AMGH Editora Ltda., a Grupo A Educação S.A. company.
All rights reserved.
Gerente editorial: Arysinha Jacques Ajfonso 
Colaboraram nesta edição:
Editora: Verônica de Abreu Amaral 
Capa: VS Digital, arte sobre capa original
Foto da capa: A água é o composto mais importante da Terra. Faz parte de muitos processos químicos e de quase todos os processos 
biológicos. Ao contrário do gelo, a estrutura da água líquida ainda não foi completamente compreendida. Estudos recentes sugerem 
que as moléculas da água formam entre si anéis e cadeias com ligações fortes de hidrogênio.
Preparação de originais: Mônica Stefani
Tradução: M. Pinho - Produtos Digitais, Unipessoal, Lda.
Conferência final: Daniele DalTOglio Stangler e Danielle Teixeira
Editoração: Techbooks
Reservados todos os direitos de publicação, em língua portuguesa, à
AMGH EDITORA LTDA., uma parceria entre GRUPO A EDUCAÇÃO S.A. e McGRAW-HILL EDUCATION
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Capítulo 2 ♦ Átomos, moléculas e íons 47
Como outro exemplo, considere dois isótopos comuns de urânio com nú­
meros de massa de 235 e 238, respectivamente:
235tt 238tt92U 92U
O primeiro isótopo é usado nos reatores nucleares e em bombas atômicas, enquanto 
o segundo isótopo não tem as propriedades necessárias para estas aplicações. Com 
exceção do hidrogênio, que tem nomes diferentes para cada um dos seus isótopos, 
os isótopos dos elementos são identificados pelos seus números de massa. Assim, 
os dois isótopos anteriores são chamados urânio-235 (pronunciado “urânio duzen­
tos e trinta e cinco”) e urânio-238 (pronunciado “urânio duzentos e trinta e oito”).
As propriedades químicas de um elemento são determinadas pelos pró­
tons e elétrons nos seus átomos: os nêutrons não participam das transformações 
químicas em condições normais. Por isso, os isótopos do mesmo elemento têm 
químicas semelhantes, formando os mesmos tipos de compostos e apresentando 
reatividades semelhantes.
O Exemplo 2.1 mostra como calcular o número de prótons, nêutrons e 
elétrons usando números atômicos e números de massa.
Exemplo 2.1
Indique o número de prótons, nêutrons e elétrons em cada uma das seguintes espé­
cies: (a) nNa, (b) ??Na, (c) e (d) carbono-14.
Estratégia Lembre-se de que o número superior indica o número de massa, e o 
número inferior, o número atômico. O número de massa é sempre maior do que o nú­
mero atômico. (A única exceção é o |H, onde o número de massa é igual ao número 
atômico.) No caso de não ser apresentado qualquer índice, como nos itens (c) e (d), 
o número atômico pode ser deduzido a partir do símbolo ou do nome do elemento.
Para determinar o número de elétrons, lembre-se de que os átomos são eletricamente 
neutros e, por isso, o número de elétrons é igual ao número de prótons.
Resolução (a) O número atômico é 11, logo, há 11 prótons. O número de massa é 
20, portanto, o número de nêutrons é 20 — 11 = 9. O número de elétrons é igual 
ao número de prótons, ou seja, 11.
(b) O número atômico é o mesmo do item (a), ou 11. O número de massa é 22, as­
sim, o número de nêutrons é 22 — 11 = 1 1 .0 número de elétrons é 11. Repare 
que as espécies em (a) e (b) são constituídas por isótopos de sódio quimicamen- 
te semelhantes.
(c) O número atômico do O (oxigênio) é 8, por isso, existem 8 prótons. O número 
de massa é 17. Assim, existem 17 — 8 = 9 nêutrons. Existem 8 elétrons.
(d) O carbono-14 também pode ser representado por O número atômico do car­
bono é 6, por isso, existem 14 — 6 = 8 nêutrons. O número de elétrons é 6.
Exercício Quantos prótons, nêutrons e elétrons existem no isótopo de cobre:
Revisão de conceitos
(a) Qual é o número atômico de um elemento se um de seus isótopos tem 
117 nêutrons e um número de massa 195?
(b) Qual dos seguintes símbolos fornece mais informações? ou gO.
2.4 A Tabela Periódica
Mais de metade dos elementos hoje conhecidos foi descoberta entre 1800 e 1900. 
Durante este período, os químicos notaram que muitos elementos apresentam for-
Problemas semelhantes: 2.15, 2.16.
48 Química
tes semelhanças entre si. O reconhecimento da regularidade periódica nas proprie­
dades físicas e químicas e a necessidade de organizar um grande volume de infor­
mações disponíveis acerca das propriedades das substâncias elementares levaram 
ao desenvolvimento da Tabela Periódica, um quadro em que os elementos com 
propriedades físicas e químicas semelhantes estão agrupados. A Figura 2.10 mos­
tra a Tabela Periódica moderna na qual os elementos estão ordenados pelo seu nú­
mero atômico (que aparece acima do símbolo do elemento) em linhas horizontais 
chamadas períodos e em colunas verticais chamadas grupos ou famílias, de acor­
do com as semelhanças nas suas propriedades químicas. Repare que os elementos 
113 a 118 foram sintetizados recentemente e ainda não foram denominados.
Os elementos podem ser divididos em três categorias - metais, não metais 
e metaloides.* Um metal é um bom condutor de calor e eletricidade, enquanto 
um não metal é um mau condutor de calor e eletricidade. Um metaloide ou se- 
mimetal tem propriedades intermediárias entre as dos metais e dos não metais. 
A Figura 2.10 mostra que a maioria dos elementos conhecidos são metais; ape­
nas 17 elementos são não metais e 8 elementos são metaloides. Da esquerda para 
a direita ao longo de um período, as propriedades físicas e químicas dos elemen­
tos variam gradualmente de metáhcas para não metáhcas.
Muitas vezes nos referimos aos elementos de uma forma coletiva, pelo nú­
mero do seu grupo na Tabela Periódica (Grupo 1, Grupo 2, etc.).** Contudo, por
18
8A
Figura 2.10 A Tabela Periódica moderna. Os elementos estão dispostos de acordo com os números atômicos representados acima 
dos seus símbolos. Com a exceção do hidrogênio (H), os não metais aparecem na extrema direita da tabela. As duas filas de metais que 
aparecem abaixo do corpo principal da tabela estão colocadas assim por convenção, para evitar que a tabela fique muito larga. Na reali­
dade, o cério (Ce) deveria aparecer depois do lantânio (La), e o tório (Th), depois do actínio (Ac). A designação de 1 -18 foi recomendada 
pela União Internacional de QuímicaPura e Aplicada (lUPAC), mas ainda não é utilizada amplamente. Ainda não foram atribuídos nomes 
aos elementos 113-118.
* N. de T.: Em português é comum designar os metaloides por semimetais.
** N. de T.: Segundo as recomendações recentes da lUPAC (União Internacional de Química Pura e 
Aplicada), os grupos são numerados de 1 a 18. Esta recomendação é geralmente seguida no Brasil, 
sendo utilizada nesta tradução.
A distribuição dos eiementos na Terra e nos sistemas vivos
A maioria dos elementos ocorre de forma natural. Como eles se distribuem na Terra e quais são essenciais para os seres 
vivos?
A crosta terrestre estende-se desde a superfície a uma 
profundidade de cerca de 40 km. Devido a dificuldades técni­
cas, os cientistas não têm conseguido estudar a parte interior 
da Terra com a mesma facilidade da crosta. Apesar disso, crê- 
-se que há um núcleo sólido constituído essencialmente por 
ferro no centro da Terra. À volta deste núcleo há uma camada 
chamada manto, que consiste em um fluido quente contendo 
ferro, carbono, silício e enxofre.
Dos 83 elementos que se encontram na natureza, 12 
constituem 99,7% em massa da crosta terrestre. Eles são, por 
ordem decrescente de abundância natural, o oxigênio (O), 
o silício (Si), o alumínio (Al), o ferro (Fe), o cálcio (Ca), o 
magnésio (Mg), o sódio (Na), o potássio (K), o titânio (Ti), o 
hidrogênio (H), o fósforo (P) e o manganês (Mn). Na discus­
são da abundância natural dos elementos, devemos ter presente 
que (1) os elementos não estão uniformemente distribuídos na 
crosta terrestre e (2) a maior parte dos elementos ocorre em 
formas combinadas. Estes fatos constituem a base para a maior 
parte dos métodos de obtenção dos elementos puros a partir 
dos seus compostos, como veremos em capítulos posteriores.
O quadro anexo apresenta uma lista dos elementos es­
senciais no corpo humano. De especial interesse são os ele- 
mentos-traço, como o ferro (Fe), o cobre (Cu), o zinco (Zn), 
o iodo (I) e o cobalto (Co), que em conjunto perfazem cerca 
de 0,1% da massa do corpo. Estes elementos são necessários 
para funções biológicas, como o crescimento, o transporte de 
oxigênio para o metabolismo e a defesa contra as doenças. Há 
um equilíbrio delicado nas quantidades destes elementos no 
nosso corpo, já que, se por um longo período de tempo eles es­
tiverem em excesso ou em deficiência, podem levar a doenças 
graves, atraso mental ou mesmo à morte.
Manto
2900 km 3480 km 
Estrutura do interior da Terra.
Elementos essenciais no corpo humano
Elemento Porcentagem em massa* Elemento Porcentagem em massa*
Oxigênio 65 Sódio 0,1
Carbono 18 Magnésio 0,05
Hidrogênio 10 Ferro < 0,05
Nitrogênio 3 Cobalto < 0 ,05
Cálcio 1,6 Cobre < 0,05
Fósforo 1,2 Zinco < 0,05
Potássio 0,2 Iodo < 0,05
Enxofre 0,2 Selênio < 0,01
Cloro 0,2 Flúor < 0,01
* A porcentagem em massa indica a massa do elemento em gramas em uma amostra de 100 g.
(a) Abundância natural dos 
elementos em porcentagem 
em massa. Por exemplo, a 
abundância do oxigênio é 
45,5%. Isto significa que em 
uma amostra de 100 g da 
crosta terrestre há, em média,
45,5 g do elemento oxigênio.
(b) A abundância dos ele­
mentos no corpo humano em 
porcentagem em massa.
Oxigênio
65%
Todos os 
outros 1,2% 
Fósforo 1,2% 
Cálcio 1,6% 
Nitrogênio 3%
Hidrogênio 10%
(b)
50 Química
Discutiremos a natureza das ligações 
químicas nos Capítulos 9 e 10.
1 18 
h ] 2 13 1415 1 6 1 7 P
_ n [n Io I f
__________ g _
I I I I I I I I I ~ Br
Elementos que existem na forma de mo­
léculas diatômicas.
conveniência, alguns grupos de elementos têm um nome especial. Os elementos do 
Grupo 1 (Li, Na, K, Rb, Cs e Fr) são chamados de metais alcalinos, e os elementos 
do Grupo 2 (Be, Mg, Ca, Sr, Ba e Ra), de metais alcalino-terrosos. Os elementos 
do Grupo \1 (F, Cl, Br, l e At) são conhecidos como halogênios, e os elementos do 
Grupo 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn), como gases nobres, ou gases raros.
A Tabela Periódica é uma ferramenta útil que relaciona as propriedades 
dos elementos de forma sistemática e ajuda a fazer previsões sobre o compor­
tamento químico. Analisaremos esta pedra angular da química no Capítulo 8.
O texto Química em Ação na página 49 descreve a distribuição dos ele­
mentos na Terra e no corpo humano.
Revisão de conceitos
Observe a Tabela Periódica. Você acha que as propriedades químicas se alteram 
mais acentuadamente ao longo de um período ou para baixo em um grupo?
2.5 Moléculas e íons
De todos os elementos, apenas os gases nobres do Grupo 18 da Tabela Periódica 
(He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn) existem na natureza como átomos isolados. Por isso, 
são chamados gases monoatômicos (que significa um átomo único). A maior 
parte da matéria é composta por moléculas ou íons formados por átomos.
Moléculas
Uma molécula é um agregado de, pelo menos, dois átomos, ligados deforma 
precisa por forças químicas (também chamadas ligações químicas). Uma molé­
cula pode conter átomos do mesmo elemento ou átomos de dois ou mais elemen­
tos unidos em uma razão fixa, de acordo com a lei das proporções definidas ex­
posta na Seção 2.1. Assim, uma molécula não é necessariamente um composto, 
o qual, por definição, é constituído por dois ou mais elementos (ver Seção 1.4). 
O hidrogênio gasoso, por exemplo, é um elemento puro, mas consiste em molé­
culas feitas com dois átomos de H cada. A água, por outro lado, é um composto 
molecular que contém hidrogênio e oxigênio na proporção de dois átomos de H 
e um átomo de O. Tal como os átomos, as moléculas são eletricamente neutras.
A molécula de hidrogênio, simboüzada como H2, é denominada molécula 
diatômica porque contém apenas dois átomos. Outros elementos que existem 
normalmente na forma de moléculas diatômicas são o nitrogênio (N2) e o oxigê­
nio (O2), tal como os elementos do Grupo 17 - o flúor (F2), o cloro (CI2), o bro- 
mo (Br2) e o iodo (I2). Claro que uma molécula diatômica pode conter átomos 
de elementos diferentes. Exemplos disso são o cloreto de hidrogênio (HCl) e o 
monóxido de carbono (CO).
A grande maioria das moléculas contém mais do que dois átomos. Podem 
ser átomos do mesmo elemento, como no ozônio (O3), que é constituído por 
três átomos de oxigênio, ou podem ser combinações de dois ou mais elementos 
diferentes. As moléculas que contêm mais do que dois átomos são chamadas 
moléculas poliatômicas, como o ozônio, a água (H2O) e a amônia (NH3).
íons
Um íon é um átomo ou grupo de átomos que tem uma carga positiva ou negati­
va. O número de prótons com carga positiva no núcleo de um átomo mantém-se 
o mesmo durante as transformações químicas normais (chamadas reações quí­
micas), mas poderá ganhar ou perder elétrons de carga negativa. A perda de um