Cw1 - Química e Ciência dos Materiais

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ESTRUTURA ATÔMICA
Aula 1
O ÁTOMO
O átomo
Olá, estudante! Nesta videoaula serão abordados os conceitos relacionados à unidade
básica da matéria, ou seja, o átomo. Assim, será possível compreender qual é a sua
constituição fundamental, como está organizado no espaço, o motivo pelo qual há uma
variedade de tipos atômicos e como a energia está a ele associada.
Tais conceitos e definições relacionados ao átomo e distribuições energéticas são essenciais
para o desenvolvimento científico e tecnológico, aplicado em todas as áreas do
conhecimento, pelo fato de que tudo que possui massa e ocupa um lugar no espaço é
constituído por átomos. Assim, conhecê-lo e entender as possíveis relações que possam ter
na constituição da matéria é fundamental para o desenvolvimento de sua prática pessoal.
Prepare-se, pois, para esta jornada de conhecimento! Vamos lá!
Ponto de Partida
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Olá, estudante! Boas-vindas à disciplina de Química e Ciência dos Materiais, a qual tem por
objetivo abordar os conceitos relacionados ao estudo de materiais, conhecendo suas
principais propriedades, características e aplicações voltadas ao desenvolvimento de
projetos de engenharia. Mas por que a Química é importante para análise dos materiais? A
Química estuda a unidade básica da matéria, o átomo, e suas relações para a formação de
moléculas, substâncias e materiais. Por essa razão, ela é tão importantes para a área.
Logo, nesta primeira aula, investigaremos o átomo, estudando sua composição, ordenação
no espaço e distribuição energética. Do mesmo modo, exploraremos os conceitos
fundamentais para compreensão da constituição e formação dos materiais, bem como a
análise das propriedades mecânicas devido aos tipos de átomos e ligação entre eles.
Como aplicação de tais conceitos, imagine que você atua como trainee em uma grande
empresa de desenvolvimento tecnológico de sua cidade, empresa essa que tem ganhado
espaço no mercado nacional devido a seus projetos inovadores, considerando o melhor
custo-benefício, propondo utilização de novos materiais.
Você foi solicitado para compor a equipe em um novo projeto que visava desenvolver um
produto altamente resistente, mas que pudesse ser moldado facilmente a uma aplicação
específica. Na primeira etapa, você ficou responsável por realizar um estudo sobre a
estrutura da matéria, descrevendo a composição fundamental do átomo através do modelo
atômico e apresentando a camada de valência de alguns elementos químicos através de sua
distribuição energética. Os elementos escolhidos para esse estudo foram: alumínio, carbono,
cobre, ferro e oxigênio.
Ao final dessa etapa, um relatório deve ser entregue ao coordenador do projeto contendo as
informações por ele solicitadas.
Conhecer a constituição fundamental dos elementos químicos que compõem uma estrutura,
um material ou molécula é fundamental para identificar as propriedades que estão presentes,
sendo possível buscar alternativas de melhora de suas características, propondo a
substituição e utilização de novos elementos químicos que se adaptem à estrutura inicial
devido às particularidades que possuem.
Vamos conhecer os conceitos necessários para resolução do problema proposto?
Bom estudo!
Vamos Começar!
Conceitos fundamentais 
Na física, matéria é definida como aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. E tudo
o que possui massa é constituído por átomos. A palavra átomo tem origem grega e significa
“indivisível”. O átomo é considerado a menor parcela de divisão de um elemento/material
sem que ocorra a perda das propriedades químicas; por essa razão, também é conhecido
como unidade básica da matéria.
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De maneira geral, o átomo é composto por um núcleo denso e muito pequeno, formado por
nêutrons e prótons, envolvido por elétrons em movimentos orbitais. Tanto prótons quanto
elétrons possuem cargas elétricas positivas e negativas, respectivamente, com o mesmo
valor de 1,60x 10-19C. Já os nêutrons, como o próprio nome sugere, são eletricamente
neutros. Essa configuração é possível devido à atração eletrostática entre prótons e elétrons
no interior dos átomos, por possuírem cargas elétricas opostas que se atraem. Por fim, a
massa de cada uma dessas partículas é infinitamente pequena: prótons e nêutrons com
massa da ordem de 1,67x 10-27kg e elétrons com massa da ordem de 9,11x 10-31kg.
Cada elemento químico existente é caracterizado pela quantidade de prótons que se
encontram em seu núcleo. Esse valor é conhecido como número atômico (Z). Por exemplo, o
átomo de oxigênio apresenta 8 prótons em seu núcleo, assim, seu número atômico é igual a
8 (Z0 = 8). E ainda, para um átomo completo, ou seja, eletricamente neutro, o número
atômico é igual ao número de elétrons que possui. A Figura 1 traz uma configuração
esquemática da composição do átomo de carbono, com Z = 6.
Figura 1 | Representação esquemática do átomo de
carbono. Fonte: adaptada de Pixabay.
Outra definição importante é a de massa atômica (A), que expressa a soma das massas dos
prótons e nêutrons que constituem o núcleo atômico. O número de prótons sempre será o
mesmo para todos os átomos de um mesmo elemento, mas o número de nêutrons (N) pode
variar. Nesse caso, os átomos de alguns elementos químicos podem apresentar massas
atômicas diferentes, recebendo o nome de isótopos. Assim, podemos relacionar a massa
atômica (A) com o número de prótons (Z) e nêutrons (N) na Equação 1.
O hidrogênio é um bom exemplo para compreendermos o conceito de isótopo. Ele pode ser
encontrado na natureza de três formas diferentes, variando sua massa atômica devido à
quantidade de nêutrons em seu núcleo: prótio com apenas um próton no núcleo e a ausência
total de nêutron; deutério que possui um próton e um nêutron no núcleo; e, por fim, o trítio
com um próton e dois nêutrons no núcleo.
Já o peso atômico é obtido pela média ponderada das massas atômicas dos isótopos do
átomo que ocorrem naturalmente. A unidade de massa atômica (uma) é utilizada para o
cálculo do peso atômico e equivale a 1/12 da massa atômica do carbono 12, considerado o
isótopo mais comum do carbono (C12).
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O peso atômico pode ser expresso em termos de átomos ou moléculas, mas é comumente
utilizado o conceito de massa por mol de material. Um mol, representado pelo número de
Avogadro, contém 6,023 x 1023 átomos ou moléculas em uma substância. Assim, a Equação
2 expressa a relação entre as definições de peso atômico.
Por exemplo, em um mol de prata (Ag), com número atômico igual a 47, há 6,023 x 1023
átomos e 107,87 uma ou 107,87g. Ademais, com tais conceitos é possível calcular a
quantidade de átomos e/ou moléculas em uma amostra de material. Esse cálculo é possível
utilizando a massa atômica do átomo ou molécula e o número de Avogadro.
Exemplificando a ideia, podemos montar uma regra de três simples para calcular quantos
átomos há em 100g de cobre (3).
Utilizando a tabela periódica, temos que a massa atômica desse elemento vale 63,55g.
Substituindo os valores na Equação 3, a quantidade de átomos de cobre é dada por.
Importante ressaltar que esses conceitos fundamentais para compreensão do átomo, cálculo
de massa atômica e número de Avogadro são importantes para o entendimento das
estruturas e propriedades dos materiais.
Siga em Frente...
Modelo atômico e números quânticos
As fabulações iniciais sobre a constituição da matéria datam de muito antes da era cristã.
Mas foi Demócrito (460 – 370 a.C.) que teorizou e nomeou o átomo por acreditar que a
matéria chegaria em um ponto que não poderia mais ser dividida; em outras palavras, ele
formulou teorias sobre a matéria ser formada por partículas indivisíveis,para ocupar um volume específico. No Sistema Internacional (SI), sua unidade é mas
usualmente utilizamos . Matematicamente, a equação para densidade é dada por (1).
Basicamente, a matéria existe em três formas (estados): sólido, líquido e gasoso. Os
materiais em estado sólido apresentam forma rígida, ocupando porções definidas no espaço,
e volume fixo, apresentando pequenas mudanças com a variação de temperatura e pressão.
Os materiais em estado líquido também ocupam porções definidas no espaço, como os
sólidos, mas não apresentam volume fixo, tomando a forma do recipiente em que são
alocados. Por fim, materiais em estado gasoso não ocupam porções definidas do espaço e
não possuem formas definidas, ou seja, seu volume é determinado pelo recipiente que os
contêm. A Figura 1 traz uma representação dos estados da matéria, que pode mudar seu
estado físico (sólido, líquido ou gasoso) mantendo sua composição química.
Figura 1 | Os três estados da matéria. Fonte: adaptado de
iStock. 
kg
m3
g
cm3
p  =   m
V
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Qualquer matéria pode existir em um de seus três estados. Para todos os casos, ela estará
em estado sólido para a temperatura mais baixa de sua constituição. À medida que a
temperatura aumenta, os elementos que constituem o material se fundem e ocorre a
formação da fase líquida. Para temperaturas ainda maiores, os líquidos se evaporam para
formar gases. Nesse processo, a variação do volume do composto acompanha a mudança
de estado: aumentando com o aumento da temperatura e diminuindo com a diminuição da
temperatura. Contudo, a água é uma exceção significativa dessa regra, apresentando
expansão do volume no resfriamento, na mudança de fase de líquido para sólido. Esse
fenômeno é conhecido como caso anômalo da água.
Para facilitar a compreensão das propriedades dos estados da matéria, a teoria cinética
molecular da matéria afirma que toda matéria é constituída por átomos, moléculas ou íons
que estão em constante movimento. Nessa teoria, as fases da matéria são explicadas
através do arranjo atômico que possuem, ou seja:
Sólido: nesse estado, as partículas que compõe a matéria estão muito próximas umas
das outras, normalmente apresentando um arranjo atômico regular. Essas partículas
vibram com pouca intensidade, visto a baixa temperatura do material, e raramente uma
partícula em um sólido ultrapassa suas vizinhas de modo a entrar em contato com um
novo conjunto de partículas.
Líquido: possuem arranjo atômico irregular e vibram com mais intensidade que os
sólidos. Isso faz com que as partículas não apresentem confinamento em posições
específicas, podendo mover-se e ultrapassar outras partículas.
Gasoso: em situações normais, as partículas em um gás encontram-se bem distantes
umas das outras devido à alta intensidade de vibração em função da elevada
temperatura. Por essa razão, as moléculas de um gás se movem com extrema rapidez
e não são confinadas por suas vizinhas, colidindo umas com as outras e com as
paredes do recipiente ao qual estão alocadas. Esse movimento aleatório permite que
elas preencham seu recipiente, de forma que o volume de uma amostra de gás equivale
ao volume do recipiente.
Para a formação da matéria, em qualquer estado físico que se encontra, há força de atração
entre suas partículas. Essa força é mais forte em sólidos e menos intensa em gases e
possuem papel significativo na determinação das propriedades da matéria. 
Uma substância pode apresentar mudança de fase absorvendo ou cedendo energia na forma
de calor, aumentando ou diminuindo sua temperatura, respectivamente. Essas mudanças de
estado de matéria recebem nomes especiais, por exemplo: a transformação do sólido para
líquido é chamada de fusão, líquido para vapor é chamada de vaporização, gás para líquido
é chamada de condensação, enquanto do líquido para sólido é chamada de solidificação.
Essas mudanças de fase são apresentadas resumidamente pela Figura 2.
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Figura 2 | Possíveis mudanças do estado da matéria. Fonte:
elaborada pela autora.
 
Dessa forma, as principais mudanças de fase da matéria são definidas como:
Fusão: quando ocorre a mudança do estado sólido para o estado líquido.
Vaporização: quando ocorre a mudança do estado líquido para o estado gasoso,
podendo se dar de três formas: líquido que passa para o estado gasoso abaixo da
temperatura de ebulição (evaporação); líquido passa para o estado gasoso na
temperatura de ebulição (ebulição); e líquido passa para o estado gasoso acima da
temperatura de ebulição (calefação).
Liquefação ou condensação: quando ocorre a mudança do estado gasoso para o estado
líquido.
Solidificação: quando ocorre mudança do estado líquido para o estado sólido.
Sublimação: quando ocorre a mudança do estado sólido para o estado gasoso e vice-
versa.
Por fim, à pressão constante, a temperatura de fusão, ou ponto de fusão, é a temperatura em
que uma substância pura passa do estado sólido para o estado líquido. Do mesmo modo, a
temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso é
chamada de temperatura de ebulição ou ponto de ebulição.
As mudanças de estados da matéria são, portanto, fundamentais para compreender a maior
parte dos fenômenos naturais que ocorrem diariamente. O exemplo mais simples é o da
água que, ao longo de um mesmo dia, muda de fase em diversos fenômenos observados
(chuva, fazer um café, vapor no banheiro enquanto toma um banho quente, entre outros).
Siga em Frente...
Classificação da matéria
A matéria pode ser classificada em substâncias puras ou misturas (homogêneas ou
heterogêneas). Por definição, substância pura é denominada a substância que apresenta
composição química invariável e homogênea. Ela pode existir em mais de uma fase, mas
sua composição será a mesma em todas as fases. 
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A água é um bom exemplo para que possamos compreender uma substância pura. Imagine
um copo com água líquida e um gelo. Nesse caso, temos o composto água em duas fases
distintas, mas de mesma composição química (H2O).
Ademais, a substância pura pode ser dada de duas formas: pura simples e pura composta. A
substância pura será simples quando o composto for constituído por apenas um tipo de
elemento químico, como os gases oxigênio (O2) e nitrogênio (N2), contendo apenas os
elementos oxigênio e nitrogênio, respectivamente, na formação da matéria.
Já a substância composta é formada por elementos químicos diferentes, como a água (H2O),
que contém os elementos hidrogênio (H) e oxigênio (O), ou o gás dióxido de carbono (CO2),
com os elementos carbono (C) e oxigênio (O).
Mas como identificar quando uma substância é considerada pura, independentemente de ser
simples ou composta? Uma substância é considerada pura quando as mudanças de fase
ocorrerem completamente e em uma temperatura fixa, ou seja, quando todas as moléculas
da substância mudarem de fase na mesma temperatura.
Novamente, a água é um bom exemplo para entendermos esse conceito. O gelo (água no
estado sólido) começa a liquefazer, em pressão atmosférica, a aproximadamente 0ºC. Essa
temperatura é mantida até que a última molécula de água no estado sólido altere para o
estado líquido. O mesmo acontece no processo de vaporização, em que a primeira molécula
muda de estado líquido para sólido a aproximadamente 100ºC, e essa temperatura é mantida
até que a última molécula altere o seu estado físico.
Outra característica de uma substância pura é que nenhuma técnica física é capaz de
separá-la em duas ou mais espécies diferentes a temperaturas ordinárias. Se fosse possível
a separação, a substância seria classificada como uma mistura.
Uma mistura é, assim, definida porduas ou mais substâncias puras que podem ser
separadas aplicando técnicas físicas. Ela pode ser homogênea, quando não se percebe a
diferença entre as moléculas que compõem a substância por estarem em mesma fase e
apresentarem mesmas propriedades químicas em toda sua extensão, como o açúcar
dissolvido completamente na água), ou heterogênea, quando as moléculas que a constituem
apresentam-se em mais de uma fase, de propriedades diferentes, como óleo na água. A
Figura 3 apresenta um exemplo de substâncias homogêneas e heterogêneas.
Figura 3 | Misturas homogêneas e heterogêneas. Fonte: adaptada de Kotz et al. (2023, p.
8).
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Normalmente, as misturas heterogêneas são identificadas visualmente. Contudo, existem
alguns tipos de misturas que parecem uniformes, mas não o são. O leite, por exemplo,
parece ter uma textura lisa a olho nu, mas olhar ao olharmos mais de perto (com o auxílio de
um microscópio), veremos a existência de glóbulos de gordura e proteínas no líquido.
Além disso, as propriedades de uma matéria podem ser do tipo extensivas ou intensivas, ou
seja, dependentes da massa das substâncias ou não dependentes. Assim, as propriedades
extensivas dependem da quantidade de substância presente, variando de forma proporcional
ao tamanho ou à quantidade de massa em um sistema. Massa, volume, energia interna,
entalpia e entropia são exemplos de propriedades extensivas.
Já as propriedades intensivas são aquelas que não dependem da quantidade de substância,
mas levam em consideração o tipo a ser avaliado. Pressão, temperatura, massa específica
(densidade), energia interna específica, entalpia específica e entropia específica são
exemplos de propriedades intensivas. Também são exemplos de propriedades intensivas o
ponto de fusão o e ponto de ebulição.
É importante ressaltar que uma propriedade extensiva pode ser transformada em
propriedade intensiva dividindo seu valor pela massa do sistema. Como exemplo, temos o
volume específico, definido pelo volume da substância dividido por sua massa.
Consideremos uma amostra de 27,2 g de mercúrio líquido ocupando um volume de 2,00
cm3. O mercúrio líquido possui ponto de fusão a temperatura de 234 K e densidade de 13,6
g/cm3. Observando as propriedades fornecidas, tanto a massa quanto o volume da amostra
dependem da quantidade de material presente. Portanto, massa e volume são propriedades
extensivas. Já o ponto de fusão e a densidade são propriedades intrínsecas ao material,
independentemente da quantidade de matéria existente. Assim, o ponto de fusão e a
densidade são propriedades intensivas.
Ademais, as propriedades intensivas muitas vezes são utilizadas para identificar o tipo de
material existente. Por exemplo, a temperatura de fusão, em pressão atmosférica, pode ser
usada para identificar o tipo de sólido existente.
Figura 4 | Classificação da matéria. Fonte: elaborada pela autora.
 Outra categorização da matéria consiste na distinção entre propriedades físicas e
propriedades químicas. Uma propriedade física pode ser observada ou medida sem mudar a
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identidade da matéria (ou seja, sua composição química), enquanto uma propriedade
química se refere à capacidade de uma substância de se transformar em outra.
Lei dos gases
De maneira geral, o comportamento dos gases é o mais simples de ser entendido, quando
visualizado a nível molecular, ao ser comparado aos outros dois estados da matéria (sólido e
líquido). Ao observar o comportamento das moléculas que constituem a substância, é
possível descrever as propriedades na fase gasosa. Para tanto, é necessário que os valores
de pressão (p), volume (V), temperatura (T, em Kelvin) e quantidade de matéria (número de
mol) do gás seja conhecido.
Volume é uma das propriedades de um gás e indica as dimensões do local em que está. Já a
temperatura está associada à energia térmica que as moléculas possuem (quanto maior a
temperatura, maior a energia térmica, maior o movimento das moléculas). Quando à
quantidade de matéria, ela lida com o número de moléculas que constituem a porção de gás
que será estudada. Por fim, a pressão é definida pela força (F) exercida sobre um objeto em
razão da área (A) de aplicação da força (Equação 2), Cuja unidade de medida, no SI, é dada
por Pascal (Pa), em que
Outras unidades para pressão são: milímetro de mercúrio (mm Hg), atmosfera (atm) e bar.
Assim, a relação entre as grandezas é expressa da seguinte forma:
As propriedades volume e temperatura são alteradas com a variação da pressão. Por
exemplo, quando uma quantidade de gás está confinada em um frasco de volume V1, terá
uma pressão p1. Alterando o volume para V2, como o sistema é fechado, surgirá uma nova
pressão p2. Nesse caso, se o volume aumentar, a pressão será menor; já se o volume
diminuir, a pressão será maior, uma vez que o gás ocupar menos espaço. O fato de o gás
ocupar mais ou menos espaço está associado à propriedade de expansibilidade e
compressibilidade dos gases, respectivamente.
Outra propriedade que afeta o volume de um gás é a temperatura. Como a temperatura está
associada à agitação térmica das moléculas, quanto maior a temperatura, maior o volume
que o gás ocupa. Quanto menor a temperatura, menor esse volume.
Para comprovar essa teoria, faça a seguinte experiência: infle um balão (ou uma bexiga),
amarre e coloque a bexiga cheia na geladeira. No dia seguinte, abra a geladeira e veja como
está o balão: ele estará murcho. Contudo, ao tirar da geladeira, imediatamente ele começará
a “encher” novamente, mesmo estando amarrado. Essa situação ocorre pela variação da
temperatura do gás dentro do balão: baixa temperatura = baixo volume, alta temperatura =
alto volume.
Tanto a temperatura quanto a pressão estão relacionadas com o volume pelas leis de Boyle
e de Charles, respectivamente. Pela lei de Boyle, se conhecermos os valores de pressão e
p  =   F
A
1 bar  =  750 mmHg  =  105 Pa  =  0, 98692 atm
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volume de uma quantidade n de um gás, à temperatura fixa, será possível obter essas
características para um estado final, dada por (4).
Já, pela lei de Charles, podemos dizer que com uma quantidade n de gás e pressão
constantes, o volume e a temperatura de uma condição inicial estão relacionados com o
volume e a temperatura de uma condição final por:
p1 V1  = p2 V2
V1
T1
  =   V2
T2
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Agrupando as Equações 4 e 5, é possível chegar à lei geral dos gases, possibilitando o
estudo do comportamento de um gás quando há variação da pressão, volume e temperatura.
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Essas relações são expressas no Quadro 1.
Lei de Boyle: para
determinada quantia de
gás (n) a uma
temperatura fixa (T), o
volume do gás diminui
se a pressão aumenta.
Por outro lado, se a
pressão diminui, o
volume do gás aumenta. 
 
p=CB x 1V
 
 
 
Com n e T
constantes. 
p = CB x  1V
Lei de Charles: para
uma determinada
quantia de gás (n) a uma
pressão fixa (p), o
volume do gás diminui
se a temperatura
diminui. Já se a
temperatura aumenta, o
volume do gás também
irá aumentar. 
 
V=Cc x T
 
 
 
Com n e p
constantes 
T em Kelvin 
V = Cc x T
Lei geral dos gases:
baseada nas
observações de Boyle e
Charles, relaciona
pressão (p), volume (V)
e temperatura (T). 
 
p1V1T1=p2V2T2
 
 
 
Para uma quantia n
de 
gás, com T em
Kelvin 
p1V1
T1
= p2V2
T2
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Quadro 1 | Lei dos gases. Fonte: elaborado pela autora.
Com as equações apresentadas no Quadro 1, é possível obter a lei dos gases ideais
utilizando uma constante de proporcionalidade R. Assim, teremos:
pV = nRT
em que a constante R é chamada de constante universal dos gases, dada por 8,31 J/mol K
ou 0,082 L atm/K mol. 
A partir dessa equação, algumas considerações são possíveis: 
Para temperatura e número de moléculas constante, ao diminuirmos o volume do
recipiente que contém um gás, aumentamos as colisões das moléculas contra elas
mesmas e contra as paredes do recipiente, aumentando a pressão. Nesse caso, a
pressão é calculada por 
Para temperatura e volume constantes, ao aumentarmos o número de moléculas em um
recipiente de volume fixo, aumentamos os choques moleculares e contra as paredes do
recipiente, aumentando a pressão. Nesse caso, a pressão será calculada por 
Para o número de moléculas e volume constantes, a pressão é decorrente da razão
entre a força das colisões e a área. Ao aumentarmos a temperatura, aumentamos a
energia cinética das moléculas, portanto aumentamos a força das colisões,
aumentando, assim, a pressão. Nesse caso, a pressão é calculada por 
Para a pressão constante, ao aumentarmos o número de moléculas, aumentamos os
choques e, para que a pressão permaneça constante, ou o volume aumenta ou a
temperatura devido à maior energia cinética média do sistema. Assim, o volume pode
ser calculado por 
Como exemplo, vamos considerar que um gás ideal à temperatura de 0ºC possui um de 0,5
m3 e pressão p1. Alterando os valores de pressão e temperatura, em um novo estado, para
p2 = 0,5p1 e T2 = 10T1, qual será o novo volume (V2)?
Para obter o novo volume (V2), podemos aplicar a lei dos gases ideais considerando os dois
estados. No estado 1, a lei dos gases ideais será expressa pela Equação 7 e, no estado 2,
pela Equação 8.
Nesse caso, observamos que a quantidade de gás (n) não é alterada no processo e, como o
gás é ideal, a contante universal dos gases R permanece a mesma. Isolando nas
Equações 7 e 8, teremos, respectivamente.
Como o produto será o mesmo tanto no estado 1, quanto no estado 2, igualando as
Equações 9 e 10, teremos:
p = ( 1
V
)nRT
p  =  n( RT
V
)
p  =  T( nR
V
)
V   =  nT( R
P
)
p1 V1  =  nRT1p2 V2  =  nRT2
nR
p1 V1  =  nRT1 → nR  =   p1 V1
T1
p2 V2  =  nRT2 →
p2 V2
T2
nR
p1 V1
T1
  =   p2 V2
T2
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Substituindo os valores fornecidos em (11), obtemos o novo volume V2 por:
Dessa forma, o novo volume será de .
A lei dos gases ideais é completamente aplicável aos gases próximos à temperatura
ambiente, com uma pressão de 1 atm. Em outras condições, ocorrem alguns desvios na
relação pVT, isso devido à suposição de que moléculas de gases possuem volumes
desprezíveis e de que não há nenhum tipo de força entre elas.
Vamos Exercitar?
Retomando o problema proposto inicialmente, você foi acionado para verificar o volume final
de gás em cada embalagem. Para garantir o aumento na validade dos produtos, foi proposta
a utilização do gás argônio que, imediatamente após a colocação do gás na embalagem,
assume o comportamento de um gás ideal. Para o desenvolvimento dos cálculos, alguns
dados foram fornecidos: pressão de 1 atm, temperatura de 27ºC e massa de 0,16 g. Com
esses dados, o volume ocupado pelo gás na embalagem pode ser calculado.
Foi informado que, em cada embalagem, será utilizado 0,16 g de Ar. O primeiro passo é
obter esse valor em quantidade de matéria, ou seja, em mol. Consultando a tabela periódica,
a massa atômica do argônio apresenta valor de 40 g/mol. Assim, o número de mols pode ser
calculado pela Equação 13, em que m representa a massa do composto e MAr a massa
atômica.
Com o número de mols de argônio, o volume pode ser calculado pela lei dos gases ideais.
Lembrando que a constante universal dos gases apresenta valor de 8,31 J/mol K ou 0,082 L
atm/K mol. O cálculo do volume é expresso por (14), lembrando que a temperatura deve ser
utilizada em Kelvin (K).
Assim, o volume de gás em cada embalagem será de 98,4 mL. Com esse dado, é possível
fazer um orçamento do custo bruto para cada embalagem, pensar em condições de
transporte (logística de transporte) e projetar um valor para o produto considerando a
margem de lucro requerida.
Saiba Mais
Olá, estudante!
Veja os conceitos na prática, através da execução dos experimentos nos simuladores
propostos a seguir, na plataforma Phet:
PHET. Estados da matéria, 2024. Sobre.
p1 V1
T1
  =   p2 V2
T2
→ V2 =
p1 V1 T2
T1P2
=
p1(0,5 m3) (10 + 273K)
(273 K) (0,5p1)
= 10m3
10m3
n = m
MAg
= 0,16 g
40 g/mol
= 0, 004 mol
pV = nRT → V = nRT
p
= (0,004 mol)(0,082 L atm
K mol
)(27 + 273)
1 atm
= 0, 0984 L  =  98, 4 mL
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https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/states-of-matter
PHET. Densidade, 2024. Sobre.
PHET. Propriedades dos gases, 2024. Sobre.
Bons estudos!
Referências Bibliográficas
ATKINS, P. Físico-Química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. E-book.
ISBN 9788521634577. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 3 mar. 2024. 
BORGNAKKE, C.; SONNTAG, R. E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora
Blucher, 2018. E-book. ISBN 9788521207931. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521207931/. Acesso em: 8 mar. 2024. 
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K. S. Física. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. v. 2.
E-book. ISBN 978-85-216-1946-8. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-1946-8/. Acesso em: 8 mar.
2024. 
HEWITT, P. G. Física conceitual. Rio Grande do Sul: Grupo A, 2023. E-book. ISBN
9788582605899. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582605899/. Acesso em: 8 mar. 2024. 
KOTZ, J. C. et al. Química geral e reações químicas. São Paulo: Cengage Learning Brasil,
2023. v. 1. E-book. ISBN 9786555584516. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso em: 3 mar. 2024.
Encerramento da Unidade
ESTRUTURA ATÔMICA
Videoaula de Encerramento
Olá, estudante! Nessa videoaula você irá conhecer os principais conceitos da estrutura da
matéria. Compreenderá a constituição fundamental dos átomos, os tipos de elementos
químicos existentes, a diferença entre eles, como obter algumas informações através da
tabela periódica e a forma pelo qual os átomos se unem na formação de substâncias e
compostos. E ainda, entenderá os estados que a matéria pode apresentar, suas
características e situações simples de mudanças de fases. Por fim, com o foco no estado
gasoso, compreenderá como utilizar a equação dos gases ideias em problemas de
engenharia.
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https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/density
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/gas-properties
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521207931/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-1946-8/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582605899/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.
Conteúdos importante para sua prática profissional, pois através deles será possível
conhecer os materiais e suas propriedades, permitindo seleção e escolha adequada de
material para aplicação requerida, visando as condições de segurança, qualidade, custo e
benefício.
Prepare-se para essa jornada do conhecimento!
Bons estudos!
Ponto de Chegada
Olá, estudante! Para desenvolver a competência dessa unidade, que é conhecer e
compreender os conceitos básicos sobre átomos, ligações químicas eestados da matéria,
assim como sua importância dentro do estudo da Química e Ciência dos Materiais, você
deve primeiramente entender a constituição fundamental do átomo através do modelo
atômico. 
Basicamente, o átomo é formado por um núcleo massivo e denso, onde estão alocados os
prótons e os nêutrons. Ao redor do núcleo, em movimento orbital, os elétrons estão alocados
em níveis discretos de energia, chamado de eletrosfera. 
Para identificar o local provável em que o elétron está, é necessário realizar a distribuição
eletrônica dos elétrons nos níveis e subníveis atômicos, considerando os estados crescentes
de energia. Essa distribuição é possível através da utilização dos números quânticos e da
análise energética de Linus Pauling. 
E, através da configuração eletrônica do elemento químico, sabemos qual a camada de
valência e quantos elétrons ela possui (denominado elétrons de valência). São exatamente
esses elétrons que participam das ligações químicas. 
Vejamos um exemplo, o cálcio (Ca) é um elemento químico que possui 20 prótons e 20
elétrons em seu estado neutro. Sua configuração eletrônica é dada por 1s22s22p63s23p64s2.
A camada 4 (n = 4) é o nível mais energético preenchido, ou seja, para esse elemento a
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camada 4 é a camada de valência. Nela, estão 2 elétrons, que são os elétrons de valência,
responsáveis pelas possíveis ligações químicas que esse elemento possa realizar.
E como saber quantos elétrons um átomo de determinado elemento químico possui? Através
do número atômico (Z). Os elementos químicos são designados pelo seu número atômico
(quantidade de prótons no interior do núcleo) e, para átomos neutros, o número de prótons é
o mesmo número de elétrons.
O número atômico de cada elemento pode ser obtido através da tabela periódica, local em
que os elementos químicos foram ordenados seguindo o número atômico que possui, dentre
outras propriedades, denominadas de propriedades periódicas.
As substâncias, compostos ou materiais são formados através de ligações químicas, forma
pela qual há a união de átomos e/ou substância na constituição da matéria. As ligações
químicas são classificadas como primárias (fortes) ou secundárias (fracas). As ligações
primárias se dão de três tipos: iônica, covalente e metálica. Já as ligações secundárias são
denominadas pelas ligações de van der Waals e as pontes de hidrogênio.
As ligações iônicas ocorrem entre elementos metálicos e não metálicos, com transferência
de elétrons para alcançar a estabilidade química (oito elétrons na camada de valência).
Nesse caso, os elementos metálicos doam os elétrons de valência (se transformando em
íons positivos – cátions) enquanto os não metálicos os recebem (se transformando em íons
negativos – ânions).
Como exemplo de ligação iônica temos o composto cloreto de magnésio (MgCl2). Nele, o
magnésio (Mg – elemento metálico com 2 elétrons de valência) doa seus elétrons de
valência para o cloro (Cl – elemento não metálico com 7 elétrons de valência). Assim, para
que ocorra a estabilidade química dos compostos na ligação, para cada átomo de magnésio,
2 de cloro.
Além da ligação iônica, temos a ligação covalente. Essa ligação química ocorre entre
elementos não metálicos e o hidrogênio, em que os elétrons de valência são compartilhados
para que a estabilidade química ocorra. Dependendo do composto, as ligações covalentes
podem ser do tipo simples (um par de elétrons compartilhado), dupla (dois pares de elétrons
compartilhados), tripla (três pares de elétrons compartilhados) ou coordenada (átomo estável
compartilha um par de elétrons com outro átomo, representado por uma seta).
Como exemplo de ligação covalente temos o composto água (H2O), formada por 2
hidrogênios para cada oxigênio. Para formação dessa molécula, o hidrogênio precisa de um
elétron e o oxigênio de 2 elétrons para a estabilidade química. Dessa forma, cada hidrogênio
compartilha 1 elétron com o oxigênio. Assim, pela representação de Lewis, teremos.
Importante ressaltar que a formação de um composto pode ser dada por um conjunto de
ligações iônicas e covalentes, ou seja, as ligações interatômicas serem parcialmente iônicas
e parcialmente covalentes em um mesmo material. E, realmente, são poucos os compostos
que exibem ligações exclusivamente iônicas ou covalentes. O grau de cada tipo de ligação
está associado à posição relativa de seus átomos constituintes na tabela periódica ou da
diferença de suas eletronegatividades. O caráter iônico de uma ligação pode ser calculado
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por (1), obtendo a quantidade iônica de uma ligação entre dois elementos A e B, sendo A o
elemento mais eletronegativo, com XA e XB as eletronegatividades dos respectivos
elementos.
Por fim, nas ligações primárias, a ligação que ocorre entre elementos metálicos é
denominada ligação metálica. Nesse tipo de ligação, há formação dos compostos metálicos e
suas ligas. Nesse modelo, os elétrons de valência não estão ligados a nenhum átomo em
particular no sólido e estão mais ou menos livres para se movimentar ao longo de todo o
metal. Eles podem ser considerados como pertencentes ao metal como um todo, como se
formassem um mar de elétrons. Devido a essa característica, os materiais metálicos são
ótimos condutores de energia.
As ligações secundárias, mais fracas quando comparadas com as primárias, são chamadas
de interações ou forças intermoleculares, ou simplesmente ligações de van der Waals.
Nessas ligações não há doação ou compartilhamento dos elétrons de valência, mas
normalmente são formadas quando ocorre uma distribuição de cargas desigual, criando um
dipolo, de carga total zero, com uma das extremidades com carga positiva ou negativa em
relação a outra extremidade. Esses dipolos podem ser produzidos por uma flutuação
aleatória dos elétrons em torno do que é normalmente um campo elétrico simétrico no átomo.
Identificando os elementos químicos que constituem um composto, bem como a ligação
química que os mantém unidos, é possível obter propriedades físicas, químicas e mecânicas
oriundas do tipo de ligação existente. Por exemplo:
Compostos iônicos apresentam boa resistência mecânica, altos pontos de fusão e
ebulição, normalmente são isolantes e apresentam aspecto cristalino.
Compostos covalentes são bons isolantes térmicos e elétricos, baixos pontos de fusão e
ebulição quando comparados aos compostos iônicos e metálicos e possuem
solubilidade variada.
Compostos metálicos são bons condutores de calor e eletricidade ponto de fusão e
ebulição elevados, apresentam maleabilidade e ductilidade e possuem brilho
característico. 
Esses conceitos são fundamentais para a seleção correta de materiais segundo as
especificações de utilização requeridas.
Além disso, é importante compreender que a matéria pode ser obtida, basicamente, em três
estados físicos: sólido, líquido e gasoso. O estado em que a matéria se encontra depende,
em condições ideais, da temperatura em que se encontra. Nesse caso, para um composto, o
estado gasoso terá maior temperatura que o estado líquido, que por sua vez, terá maior
temperatura que o estado sólido.
As mudanças de fase recebem o nome de:
Fusão: quando ocorre a mudança do estado sólido para o estado líquido.
Vaporização: quando ocorre a mudança do estado líquido para o estado gasoso.
%caréter iônico  =  {1  −  exp[−(0, 25)(XA  −  XB)
2]} x100
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Condensação: quando ocorre a mudança do estado gasoso para o estado líquido.
Solidificação: quando ocorre mudança do estado líquido para o estado sólido.
Sublimação: quando ocorre a mudança do estado sólido para o estado gasoso e vice-
versa.
Contudo, em condições não ideais, a variaçãoe/ou mudança de estado de uma substância
pode ocorrer através da variação das propriedades pressão (p), volume (V) e temperatura
(T).
Saber identificar o estado físico que uma matéria pode apresentar sobas condições
fornecidas de um projeto, por exemplo, é fundamental para a escolha correta do material que
será utilizado, garantindo as condições de segurança e custo-benefício. Por exemplo, em
uma área em que há perigo de incêndio, os materiais que constituem a estrutura principal
devem suportar altas temperaturas, caso ocorra o incidente, evitando dano material e/ou
estrutural.
É Hora de Praticar!
Olá, Estudante! Nesse estudo de caso imagine que você é trainee de uma empresa que
desenvolve projetos em diversas áreas através da aplicação de novas tecnologias. Essa
empresa é conhecida no mercado nacional por propor soluções inteligentes e práticas para
os projetos, visando a sustentabilidade e o custo-benefício.
Recentemente, um novo projeto começou a ser dimensionado, algo relacionado à produção
de materiais utilizando alumínio. Preocupado com o meio ambiente, visando a
sustentabilidade do projeto, o coordenador solicitou a você que desenvolvesse uma pesquisa
sobre a obtenção do alumínio metálico. 
Foi informado que, para produzir alumínio metálico, utiliza-se a bauxita como matéria-prima.
E após a refinação da bauxita é obtida a alumina ou óxido de alumínio (Al2O3). Próxima
etapa, é a reação da alumina com carbono, para formação do alumínio metálico, num
processo de redução por eletrólise, dada por:
Assim, em sua pesquisa sobre a obtenção do alumínio metálico, deve ser levando em
consideração as propriedades e características dos elementos envolvidos na obtenção
produto. E ainda, identificar as ligações químicas presentes nos reagentes e produtos
envolvidos no processo da fabricação do alumínio metálico. 
Bons estudos!
Reflita
Existem 118 elementos químicos que constituem e formam toda e qualquer matéria
conhecida pelo homem até hoje. Pelas expectativas científicas, é possível a descoberta de
novos elementos químicos, seja natural ou sintético? Por quê?
Al2 O3  +  C  → 2Al  +   32  CO2
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É possível modificar propriedades específicas de um composto iônico para adequar a uma
aplicação? Se sim, como?
Os materiais metálicos podem ser encontrados no estado gasoso? Como?
Resolução do estudo de caso
Retomando ao estudo de caso, você atua como trainee em uma empresa que desenvolve
projetos em diversos projetos visando tecnologia alinhada com a sustentabilidade. No
desenvolvimento de um novo projeto, você ficou responsável por desenvolver uma pesquisa
sobre a obtenção do alumínio metálico.
Foi informado que, para produzir alumínio metálico, utiliza-se a bauxita como matéria-prima.
E após a refinação da bauxita é obtida a alumina ou óxido de alumínio (Al2O3). Próxima
etapa, é a reação da alumina com carbono, para formação do alumínio metálico, num
processo de redução por eletrólise, dada por:
A pesquisa deve conter informações sobre a obtenção do alumínio metálico, levando em
consideração as propriedades e características dos elementos envolvidos na obtenção
produto. E ainda, identificar as ligações químicas presentes nos reagentes e produtos
envolvidos no processo da fabricação do alumínio metálico.
 Para a resolução desse estudo de caso, será necessário conhecer e compreender os
conceitos básicos sobre átomos, ligações químicas e estados da matéria, para identificar as
características e propriedades do material obtido.
Após o processo de mineração e refino da bauxita, é obtido o composto oxido de alumínio,
também conhecido como alumina (Al2O3). Esse composto é formado por dois elementos
químicos: alumínio (metal) e oxigênio (não metal).
O alumínio é um elemento químico pertencente à família 3A da tabela periódica, de número
atômico igual a 13. Por sua alocação na tabela, é o metal e apresenta 3 elétrons de valência.
Essa informação pode ser confirmada através da distribuição eletrônica, considerando que o
átomo neutro possua 13 prótons e 13 elétrons. A distribuição eletrônica para o alumínio será
1s22s22p63s23p1 Assim, vemos que a camada 3 é a última preenchida (camada de valência),
contendo 3 elétrons (elétrons de valência).
Já o oxigênio é um elemento químico pertencente à família 6A da tabela periódica, de
número atômico igual a 8. Por sua alocação na tabela, é o ametal e apresenta 6 elétrons de
valência. Essa informação pode ser confirmada através da distribuição eletrônica,
considerando que o átomo neutro possua 8 prótons e 8 elétrons. A distribuição eletrônica
para o oxigênio será 1s22s22p4. Assim, vemos que a camada 2 é a última preenchida
(camada de valência), contendo 6 elétrons (elétrons de valência).
Assim, a alumina é um composto químico formado entre um elemento metálico e um não
metálico. Para que a ligação química ocorra, os elétrons do alumínio serão doados ao
Al2 O3  +  C  →  2Al  +   32  CO2
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oxigênio, assim haverá a formação dos íons cátion Al+3 e ânion O-2. Dessa forma, a ligação
química presente será ligação iônica. E, pela representação de Lewis, teremos: 
 
A próxima etapa para a obtenção do alumínio metálico, há a reação do óxido de alumínio
com o carbono, a partir de um processo de redução por eletrólise. Para que esse processo
ocorra, o alumínio se dissocia do oxigênio e seus átomos reagem entre si. Como são íons
metálicos (Al3+), então se unem através de ligações metálicas, formando o material alumínio.
Com os elementos carbono e oxigênio, há a formação do dióxido de carbono. Tanto oxigênio
quando carbono são elementos não metálicos. Logo, a ligação química presente nesse
composto será covalente. 
O carbono é um elemento químico pertencente à família 4A da tabela periódica, de número
atômico igual a 6. Por sua alocação na tabela, é o ametal e apresenta 4 elétrons de valência.
Essa informação pode ser confirmada através da distribuição eletrônica, considerando que o
átomo neutro possua 6 prótons e 6 elétrons. A distribuição eletrônica para o carbono será
1s22s22p2. Assim, vemos que a camada 2 é a última preenchida (camada de valência),
contendo 4 elétrons (elétrons de valência). 
Assim, para a reação do dióxido de carbono, teremos duas ligações covalentes duplas para
que uma molécula seja formada. Pela representação de Lewis: 
 
Analisando o produto da reação para obtenção do alumínio metálico, vemos que há liberação
de gás carbônico, poluente e causador do efeito estufa. Como o projeto prevê a
sustentabilidade, alguma ação deve ser desenvolvida para reverter os danos que o CO2
liberado causará no meio ambiente.
Dê o play!
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Assimile
Olá, estudante! No mapa mental abaixo você verá os principais assuntos relacionados à
estrutura da matéria. Importante conhecer cada definição para poder realizar as aplicações
necessárias em estudos relacionados à formação e constituição da matéria.
Referências
ASKELAND, Donald R.; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e engenharia dos materiais –
Tradução da 4a edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2019. E-book.
ISBN 9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 02 mar. 2024.
ATKINS, Peter. Físico-Química - Fundamentos, 6ª edição. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017.
E-book. ISBN 9788521634577. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 03 mar. 2024.
JR., William D C. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em:02 mar. 2024.
04/10/2024, 22:43 Estrutura atômica
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.
KOTZ, John C.; TREICHEL, Paul M.; TOWNSEND, John R.; ET.AL. Química Geral e
Reações Químicas v.1. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2023. E-book. ISBN
9786555584516. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso em: 03 mar. 2024.
NEWELL, James. Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciência dos Materiais. Rio de
Janeiro: Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 02 mar.
2024.
SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais.
Porto Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 02 mar. 2024.
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.definindo-as como a
menor unidade capaz de caracterizar um elemento químico e participar de uma reação
química.
Esse pensamento perdurou por anos, até que em 1807, o cientista inglês John Dalton, ao
realizar experimentos medindo a massa de diversos compostos, observou que a quantidade
dos elementos permanecia sempre a mesma e confirmou a ideia de Demócrito sobre a
indivisibilidade do átomo. Dalton associou o átimo a uma bola de bilhar: maciço e indivisível.
A partir de então, os estudos a respeito da constituição e estrutura da matéria foram
despertando curiosidade. Tempo depois, houve a descoberta de partículas com carga elétrica
no átomo gerando um outro modelo, conhecido como pudim de passas ou modelo de
Thomson (1898). Em seus experimentos, o físico chegou à conclusão de que o átomo era
formado por dois tipos de partículas, positivas e negativas, sendo que as partículas negativas
estariam alocadas no interior do fluido positivo.
nº átomos Cu
6,023 x 1023átomos
= 100g
63,55g
nº átomos Cu  =   (100g)(6,023 x 1023átomos)
63,55g
=  9, 48 x 1023
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Figura 2 | Modelo atômico de Thomson. Fonte:
Pixabay.
 
Com o passar dos anos, os estudos da radiação e suas partículas α (alfa), β (beta) e γ
(gama) por Henri Becquerel (1896) e Marie e Pierre Currie (1898), permitiram que novos
experimentos fossem realizados, levando a novas dúvidas sobre como seria o átomo.
Foi então que Ernest Rutherford (1910) propôs um novo modelo, sugerindo que o átomo
seria composto por um núcleo denso e massivo contendo partículas positivas, rodeado por
elétrons, que são espécies negativas. Contudo, considerando a interação eletrostática das
cargas, algumas perguntas se tornariam inevitáveis, questionando a proposta do modelo:
1. Como espécies carregadas positivamente não se repeliam no núcleo massivo e denso?
2. Por que os elétrons não eram atraídos pelos prótons?
Como solução, Rutherford chegou à conclusão de que existiam outras espécies subatômicas
localizadas no núcleo, sem carga, às quais chamou de nêutrons. Essa teoria foi confirmada
em 1932 com a determinação de sua massa por James Chadwick.
Já a segunda pergunta era um pouco mais complexa. Foi então que em seus estudos, Niels
Bohr e Arnold Sommerfeld (1913) propuseram a teoria de que os elétrons apresentavam
movimento, percorrendo órbitas elípticas em torno do núcleo em camadas discretas de
energia, conhecidas camadas eletrônicas.
 
Figura 3 | Evolução dos modelos atômicos de Demócrito à Bohr. Fonte: Drekener e Simêncio
(2019, p. 11).
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No modelo proposto por Bohr, ao percorrer sua trajetória em um mesmo orbital, o elétron não
emite energia. A absorção ou liberação desta ocorre apenas ao passar de uma camada à
outra: absorção de energia quando o elétron passa de uma camada interna para uma mais
externa e liberação de energia quando o elétron passa de uma camada externa para uma
interna, sendo a quantidade de energia sempre múltiplo de uma quantia fixa, o chamado
quantum.
O modelo atômico de Bohr foi a primeira tentativa de descrever o comportamento dos
elétrons nos átomos considerando a posição e energia. Contudo, havia alguns
questionamentos que esse modelo não conseguia explicar considerando o comportamento
do elétron, principalmente com as descobertas de Louis de Broglie sobre o princípio da
dualidade onda-partícula e de Heisenberg, com o princípio da incerteza. Finalmente, em
1926, Erwin Schroedinger propôs uma equação para calcular a máxima distribuição de
probabilidades de se encontrar a posição de um elétron considerando quatro parâmetros,
denominados números quânticos.
Esses números descrevem cada elétron levando em conta o seu estado, a distância a partir
do núcleo, orientação espacial e o tipo de orbital mais provável. Eles são denominados por:
Número quântico principal (n): indica o nível de energia do elétron, assumindo valores
iguais a n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7. Essas camadas também podem ser denominadas por
letras, sendo K (n = 1), L (n = 2), ...., Q (n = 7). Quanto maior o valor de n, mais distante
o elétron estará do núcleo e maior será o tamanho do átomo e do orbital.
Número quântico do momento angular (l): indica os subníveis do orbital; para cada valor
de l haverá um subnível de energia específico s, p, d e f que está limitado ao valor do
número quântico principal.
Número quântico magnético (ml): indica a orientação do orbital no espaço, podendo
assumir valores de -l a +l. Para o orbital s, ml = 0; p, ml = -1, 0, +1; d, ml = -2, -1, 0, +1,
+2; e para f, ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Como exemplo, o orbital p apresenta 3
orientações: x, y e z (em um gráfico de coordenadas).
Número quântico de spin (ms): indica o movimento do elétron ao longo do seu eixo.
Apenas dois valores são possíveis, +1/2 e -1/2 , uma vez que o elétron pode girar
apenas no sentido horário e anti-horário.
Configurações eletrônicas
Segundo o princípio da exclusão de Pauling, dois elétrons não podem apresentar o mesmo
conjunto de números quânticos, ou seja, para cada orbital, é possível apenas dois elétrons.
Por exemplo, se há dois elétrons com n = 3 (os dois na camada 3), l =1 (os dois no orbital p),
ml = 0 (os dois com a mesma orientação espacial ou x, ou y, ou z) e cada um deles girando
em um sentido .
Comumente, para estimar a posição de um elétron, é utilizado a representação de orbitais
por caixas e de elétrons por setas, considerando a nomenclatura apresentada pela Figura 4
para indicação dos números quânticos.
(ms  =   + 1/2 e ms  =   + 1/2)
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Figura 4 | Representação de orbitais, elétrons e números quânticos. Fonte: Drekener e Simêncio (2019, p.
13)
Na imagem, a descrição 2p4 indica que há quatro elétrons em orbitais p na camada 2,
lembrando que as camadas internas possuem menor energia, o que também se aplica para
os orbitais, pelo fato de que cada tipo possui diferente energia: scomo
diagrama de distribuição eletrônica (Figura 5), que indica o sentido de preenchimento dos
orbitais segundo os estados de crescimento de energia. Nesse diagrama, as camadas e
subcamadas são completadas seguindo as setas vermelhas, iniciando por 1s, depois 2s,
depois, 2p, 3s, seguido de 3p, 4s, entre outros.
Subn
ível
de
ener
gia 
l ml 
Número
de
orbitais
 
Elétro
ns
por
subní
vel 
Represen
tação
gráfica
dos
orbitais 
s 0 0 1 2 □ 
p 1 -1, 0,
+1 
3 6 □□□ 
d 2 -2, -1,
0, +1,
+2 
5 10 □□□□□ 
f 3 -3, -2,
-1, 0,
+1, +2,
+3 
7 14 □□□□□□□ 
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 Figura 5 | Diagrama de distribuição
eletrônica. Fonte: adaptada de Kotz et al.
(2023, p. 312).
 Vejamos um exemplo. O argônio (Ar) possui número atômico 18 (Z = 18), indicando que há
18 prótons em seu núcleo, sendo igual o número de elétrons, considerando o átomo neutro.
Assim, pelo diagrama de distribuição de energia mostrado na Figura 5, sua configuração
eletrônica será 1s22s22p63s23p6. Já o potássio (K) possui número atômico 19 (z = 19) e
possui configuração eletrônica 1s22s22p63s23p64s1.
A última camada preenchida na distribuição eletrônica é conhecida como camada de
valência, e os elétrons que estão alocados nela são denominados elétrons de valência. São
justamente os elétrons de valência que participam das ligações químicas, formando
agregados atômicos e moleculares. Além disso, muitas das propriedades físicas e químicas
dos materiais tem como base os elétrons de valência.
Segundo o exemplo acima, para o argônio, a camada n = 3 é a camada de valência, com 8
elétrons de valência . Já para o potássio, a camada n = 4 é a camada de valência,
com 1 elétron de valência .
Assim, podemos dizer que a representação da maneira como os elétrons estão distribuídos
em níveis e subníveis de energia é denominada configuração eletrônica, utilizada para
descrever os orbitais de um átomo no seu estado fundamental, isto é, quando os elétrons
ocupam os níveis de menores energias possíveis. Logo, muitas propriedades físicas e
químicas dos elementos estão correlacionadas com suas respectivas configurações
eletrônicas. Os elétrons de valência, por exemplo, são os elétrons na camada (nível de
energia) mais externa e o fator determinante de cada elemento químico ser único. A ordem
crescente dos níveis de energia preenchidos pelos elétrons é igual a 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s,
3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d,6p, 7s, utilizar o diagrama de energia de Pauling.
Vamos Exercitar?
Retomando o problema proposto inicialmente, será necessário realizar um estudo sobre a
estrutura da matéria, descrevendo a composição fundamental do átomo através do modelo
atômico e apresentando a camada de valência de alguns elementos químicos através de sua
(3s2 3p6)
(4s1)
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distribuição energética. Os elementos químicos que foram pedidos para esse estudo são:
alumínio, carbono, cobre, ferro e oxigênio.
Para o desenvolvimento desta atividade, será preciso relembrar a composição fundamental
do átomo: núcleo pequeno e denso, formado por prótons e nêutrons, envolvido por elétrons
em movimento orbital. Cada elemento químico é caracterizado pelo número de prótons que
possui em seu núcleo, denominado de número atômico (Z). E, para um elemento químico
neutro, o número de prótons e elétrons são o mesmo.
Por fim, para obter a camada de valência dos elementos químicos propostos, bem como os
elétrons de valência, os elétrons devem ser distribuídos ao longo das camadas e
subcamadas considerando o princípio da exclusão de Pauli, em que cada estado eletrônico
comporta, no máximo, dois elétrons com spins opostos. Assim, teremos:
Alumínio (Z = 13): 1s22s22p63s23p1
Carbono (Z = 6): 1s22s22p2
Cobre (Z = 29): 1s22s22p63s23p63d104s1
Ferro (Z = 26): 1s22s22p63s23p63d64s2
Oxigênio (Z = 8): 1s22s22p4
Esses dados, então, podem ser agrupados e descritos no relatório que deverá ser entregue
ao coordenador do projeto.
Tais informações e características dos átomos e elementos químicos são fundamentais para
análise da estrutura da matéria, principalmente por ser o alicerce fundamental para a
compreensão das ligações químicas que formam substâncias e materiais. Através desses
conceitos, é possível identificar propriedades e características dos materiais, verificando sua
aplicabilidade segundo a necessidade proposta.
Saiba Mais
Olá, estudante!
Veja os conceitos na prática, através da execução dos experimentos nos simuladores
propostos a seguir, na plataforma Phet:
PHET. Monte um átomo. Sobre, 2024.
PHET. Isótopos e massa atômica. Sobre, 2024.
Bons estudos!
Referências Bibliográficas
ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais. São Paulo:
Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN 9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 2 mar. 2024.
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https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/build-an-atom
https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/isotopes-and-atomic-mass
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.
ATKINS, P. Físico-Química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. E-book.
ISBN 9788521634577. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 3 mar. 2024.
CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 2 mar. 2024.
DREKENER, R. L.; SIMÊNCIO, E. C. A. Química e ciência dos materiais. Londrina :
Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019.
KOTZ, J. C. et al. Química geral e reações químicas. São Paulo: Cengage Learning Brasil,
2023. v. 1. E-book. ISBN 9786555584516. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso em: 3 mar. 2024.
NEWELL, J. Fundamentos da moderna engenharia e ciência dos materiais. Rio de
Janeiro: Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 2 mar.
2024.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. Porto
Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 2 mar. 2024.
Aula 2
TABELA PERIÓDICA
Tabela Periódica
Olá, estudante! Nesta videoaula, a Tabela periódica será apresentada considerando as
características, classificação e principais propriedades periódicas. Os conceitos e definições
relacionados a este tema são fundamentais para o desenvolvimento de sua prática pessoal
em qualquer situação de trabalho que envolva materiais e suas aplicações. Isso porque
conhecer os elementos químicos e suas propriedades periódicas permite propor novos
materiais, com propriedades relevantes para aplicação requerida, utilizando compostos
diferentes.
A Tabela Periódica é, portanto, um modelo de tabela que agrupa e ordena todos os
elementos químicos conhecidos e suas propriedades em ordem crescente correspondente
aos números atômicos de cada um.
Preparado para esta nova jornada?
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.
Bons estudos!
Ponto de Partida
Olá, estudante!Desejamos boas-vindas à segunda aula.
Nessa aula, dissertaremos sobre uma das tabelas mais importantes na Ciência: a Tabela
Periódica. Essa tabela contempla todos os elementos químicos de maneira ordenada e
periódica, levando em consideração a distribuição de energia e as propriedades periódicas.
Através dela, é possível identificar as características de um elemento químico e conhecê-lo
em sua essência, ponto fundamental para qualquer aplicação na prática profissional de
Química e Ciência dos Materiais. Por essa razão, nosso estudo se concentrará na Tabela
Periódica, entendendo seu processo de construção e compreendendo as características e
propriedades periódicas.
Para captar melhor os conceitos que serão apresentados, continuemos com problemática em
que você atua como trainee em uma grande empresa de desenvolvimento tecnológico de
sua cidade e está participando do projeto que tem por objetivo desenvolver um produto
resistente e maleável. Na primeira etapa, você ficou responsável por realizar um estudo
sobre a estrutura da matéria, descrevendo a composição fundamental do átomo através do
modelo atômico, e apresentou a camada de valência do alumínio, carbono, cobre, ferro e
oxigênio. Agora, foi solicitado a você que realizasse um estudo a respeito das características
e propriedades periódicas desses mesmos elementos químicos.
Conhecer a Tabela Periódica, dominando a sua utilização, é uma ferramenta de grande valia
para o cotidiano de um profissional da área de Química e de Materiais, o qual compreenderá
algumas propriedades e características dos compostos e/ou materiais, levando em
consideração os elementos químicos que o constituem, bem como suas propriedades
periódicas, físicas, químicas e mecânicas em função do tipo de ligação química na formação
dos materiais.
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Como o assunto é de grande importância para a formação de um bom profissional da área,
vamos conhecer os conceitos necessários para resolução do problema proposto?
Bons estudos!
Vamos Começar!
Introdução à Tabela Periódica
Até meados do século de XIX, com o desenvolvimento da Ciência, novas descobertas foram
surgindo através de diversos estudos e experimentos, incluindo muitos dos elementos
químicos que hoje conhecemos. Contudo, sem nenhum tipo de ordenação, era difícil o
acesso às informações importantes que cada elemento trazia.
Em 1869, com a finalidade de ordená-los conforme a semelhança de suas propriedades
físicas e químicas, o químico russo Mendeleyev organizou os elementos pelos seus números
atômicos. Já com o modelo quântico do átomo proposto por Erwin Schroedinger, outras
características passaram a ser consideradas, como a distribuição eletrônica, passando as
linhas da tabela periódica a conterem um determinado número de átomos até que suas
propriedades químicas e físicas começassem a se repetir.
A Figura 1 apresenta a Tabela Periódica completa, com 118 elementos ordenados pelo
número atômico em linhas horizontais, chamadas períodos, e em colunas verticais,
denominadas famílias ou grupos, de acordo com as semelhanças das suas propriedades,
começando com 1 para o período que contém hidrogênio (H) e hélio (He). Segundo IUPAC
(2011), a Tabela Periódica possui famílias numeradas de 1 a 18 e os elementos podem ser
divididos em três categorias (metais, semimetais e não metais) e os gases nobres.
 
Figura 1 | Tabela Periódica. Fonte: Tabela Periódica Completa (2024).
Utilizar a tabela periódica é, pois, de grande ajuda para obter as principais propriedades dos
elementos químicos de forma rápida e fácil para qualquer finalidade. Na formação de
materiais, compreender os elementos químicos existentes auxilia a identificar o tipo de
ligação química predominante, resultando nas propriedades químicas e físicas que o material
apresenta.
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Características da Tabela Periódica
Atualmente, a Tabela Periódica é dividida em grupos de elementos químicos que apresentam
características em comum, como os gases nobres, que são espécies não reativas (já que
possuem camada de valência completa, ou seja, com 8 elétrons de valência).
Na Tabela Periódica, as colunas são chamadas de grupos (famílias) e denominadas por
números; já as linhas são chamadas períodos, e definidas pelo aumento do número atômico.
Por fim, a localização do elemento químico na tabela fornece várias informações sobre a
distribuição eletrônica que possui.
Na família 1 (coluna 1A), estão agrupados os metais alcalinos. Os elementos do grupo 2
(coluna 2A) são conhecidos como alcalinos-terrosos. A coluna 13 (família 3A) é conhecida
como a família do boro e os elementos deste grupo possuem caráter metálico menos intenso
que os metais alcalinos terrosos. Contido, o boro é considerado um não metal, o que
contrasta com os outros elementos do grupo, classificados como metais.
A família 14 (4A) é a família do carbono e a família do nitrogênio é a 15 (5A). Já a família 16
(6A) é conhecida como calcogênios e a família 17 (7A) é a família dos halogênios. Por fim, os
gases nobres estão localizados na família 18 (8A) e recebem esse nome devido à sua quase
não reatividade com outros elementos químicos.
Uma curiosidade dos elementos contidos nas famílias “A” é que sua distribuição eletrônica
sempre coincidirá o número da família com o número do elétron de valência. Por exemplo, o
lítio (Li) está contido na família 1A, número atômico 3 e distribuição eletrônica dada por
1s22s1, ou seja, 1 elétron de valência. Outro exemplo, o oxigênio (O) está contido na família
6A, número atômico 8 e distribuição eletrônica dada por 1s22s22p4, ou seja, 6 elétrons de
valência. 
Entre as famílias 1B e 8B estão os elementos de transição, denominados assim por
possuírem o subnível d incompleto ou formarem cátions com o subnível d incompleto. As
duas linhas na parte inferior da tabela acomodam os lantanídeos e os actinídeos, elementos
que também são considerados metais de transição. Muitas vezes nos referimos aos
lantanídeos como terras raras, usados em ímãs, telas de LCD, baterias de carros híbridos,
no polimento de vidros, dentre outras aplicações.
É importante citar que a distribuição eletrônica dos elementos de transição apresenta como
principal característica os subníveis d (transição externa) ou f (transição interna) como mais
energéticos. Assim, o rutênio (Ru) está contido no grupo 8B da tabela periódica, número
atômico 44 e distribuição eletrônica dada por 1s22s22p63s23p63d104s24p64d65s2. Utilizando
o diagrama de Linus Pauling, levando em consideração os estados de energia, a distribuição
eletrônica do rutênio termina em 4d6 (Figura 2), caracterizando-o como um elemento de
transição externa.
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Figura 2 | Distribuição eletrônica do Rutênio (Ru).
Fonte: elaborada pela autora.
 Compreender as características de ordenamento dos elementos químicos na Tabela
Periódica auxilia, portanto, na identificação das propriedades dos elementos de cada grupo
ou período, tornando possível sua substituição em ligações químicas de propriedades
periódicas semelhantes, dando origem a novos tipos de materiais e/ou estruturas.
Siga em Frente...
Classificação e propriedades periódicas
É possível obter e verificar algumas informações sobre os elementos químicos por meio da
Tabela Periódica. Essa possibilidade existe pelo fato de que há algumas propriedades que se
repetem de tempos em tempos, propriedades atômicas que possuem tendências periódicas.
São elas: tamanho atômico, tamanho iônico, energia de ionização e afinidade eletrônica.
Seria possível afirmar qual é a fronteira de um átomo? Como poderíamos saber qual é o seu
tamanho? Através da definição de orbitais, não há a possibilidadede traçar uma linha e dizer
que o átomo chega até determinado ponto, nem matematicamente, nem com observações
diretas. Porém, é possível utilizar medidas indiretas para conseguirmos os valores de
tamanho atômico, como analisar moléculas compostas pelos mesmos átomos. Nessa
abordagem, a utilização do raio atômico (ra) é fundamental, e sua definição é dada como
metade da distância entre os centros de dois átomos. 
Como exemplo, a Figura 3 apresenta os valores para o raio atômico do cloro (Cl) e carbono
(C), através das moléculas de gás cloro (Cl2) e da grafita (C), respectivamente. Com estes
dados, podemos prever o tamanho da ligação C – Cl, entretanto, temos que levar em conta
que outros átomos próximos podem afetar esse tamanho de ligação.
Figura 3 | Determinação de raios atômicos do cloro (Cl) e carbono (C).
Fonte: adaptada de Kotz et al. (2023, p. 323).
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 Analisando os diferentes raios atômicos, observa-se que, à medida que os níveis de energia
(n) aumentam, aumenta também o raio atômico. Assim, quanto maior o valor de n, maior o
número de camadas. Dessa forma, o tamanho do átomo amenta de cima para baixo na
tabela periódica. Ademais, o tamanho do átomo diminui com o aumento do número atômico
(Z), pois à medida que ocorre o aumento em um próton, a atração com a eletrosfera é maior,
o núcleo passa a atrair os elétrons mais fortemente, diminuindo o raio à proporção que
aumenta o número atômico em um mesmo período. A Figura 4 traz uma representação da
ordem de crescimento do raio atômico nos elementos que compõem a Tabela Periódica.
Basicamente, o raio atômico aumenta de cima para baixo, da direita para a esquerda. 
Figura 4 | Ordem de crescimento do raio atômico. Fonte:
elaborada pela autora.
Tamanho iônico
Por definição, um íon é conhecido por um átomo que perdeu (cátion – carga positiva) ou
ganhou elétrons (ânion – carga negativa). A distribuição eletrônica para os íons leva em
consideração a quantidade de elétrons que possuem. Por exemplo, o sódio (Na) estável
apresenta Z = 11, e sua distribuição eletrônica é dada por 1s22s22p63s1, mas para o cátion
desse elemento (Na+), teremos 1s22s22p6. Ganhar e/ou perder elétrons implica no tamanho
atômico, por essa razão, o raio iônico (ri) apresenta valores diferentes do raio atômico (ra).
Energia de ionização (EI)
É a energia necessária para a remoção de um elétron da camada de valência de um átomo
em estado gasoso, levando à formação de cátions. Elétrons de camadas mais internas são
mais difíceis de serem removidos devido à sua proximidade com o núcleo, e quanto maior for
o raio atômico, menor será esta energia necessária para a remoção da carga, já que estão
mais afastados do núcleo. Por essa razão, a energia de ionização aumenta no sentido
contrário do raio atômico, ou seja, de baixo para cima e da esquerda para a direita (Figura 5).
Figura 5 | Ordem de crescimento da energia de ionização. Fonte:
elaborada pela autora.
Afinidade eletrônica
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A formação de ânions ocorre quando um átomo captura um elétron. A capacidade de um
átomo capturar elétrons é avaliada como afinidade eletrônica quando o elemento está em
fase gasosa. Comumente, quando ocorre a adição de um elétron a um átomo, ocorre a
liberação de energia e, desta forma, quanto maior for a afinidade eletrônica, mais negativo
será o seu valor. Quanto maior o número atômico ao longo do período, maior será a
afinidade eletrônica. Seguindo a mesma linha de raciocínio, em um mesmo grupo, quanto
mais acima o átomo se encontra, mais próximo do núcleo o elétron será adicionado,
resultando em uma maior afinidade eletrônica. O elemento com maior afinidade eletrônica na
tabela periódica é o flúor (F). Por essa razão, a afinidade eletrônica aumenta no sentido
contrário do raio atômico, ou seja, de baixo para cima e da esquerda para a direita (Figura 6).
Figura 6 | Ordem de crescimento da afinidade eletrônica. Fonte:
elaborada pela autora.
A energia de ionização e afinidade eletrônica medem a capacidade de um átomo perder e
ganhar um elétron, respectivamente, formando íons. Se um átomo possui elevada afinidade
eletrônica, ele deve possuir baixa tendência a formar cátion (o que corresponde a um
elevado valor de energia de ionização). A energia de ionização e a afinidade eletrônica estão,
pois, relacionadas com a reatividade dos átomos em reações em que se doa e recebe
elétrons.
Mas não confundamos afinidade eletrônica com eletronegatividade! A eletronegatividade diz
respeito à tendência de receber/capturar elétrons, e seus valores irão crescer no mesmo
sentido da afinidade eletrônica, já que quanto menos elétrons um átomo necessita para
garantir sua estabilidade, mais vontade deles ele terá. 
Com os conhecimentos adquiridos até aqui, é possível compreender a representação
atômica, bem como a maneira com a qual os elementos químicos estão organizados na
Tabela Periódica e quais informações podemos extrair dessa organização, bem como prever
ou interpretar tendências de propriedades de elementos e compostos.
Vamos Exercitar?
Retomando o problema proposto inicialmente, na etapa de desenvolvimento do projeto, foi
solicitado a você que realizasse um estudo a respeito das características e propriedades
periódicas elementos químicos alumínio, carbono, cobre, ferro e oxigênio.
Para a resolução desta atividade, será necessário consultar a Tabela Periódica para
identificar as principais características de cada elemento, bem como suas propriedades
periódicas. Dessa forma, teremos:
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Alumínio: é o elemento químico que pertence ao terceiro período e ao décimo terceiro
grupo (família 3A) da Tabela Periódica. Seu símbolo é dado por Al, de número atômico
13 e massa atômica 26,982g. Segundo a sua localização na tabela, é um metal e
apresenta 3 elétrons de valência, possuindo a tendência de doar elétrons em uma
ligação química.
Carbono: é um elemento químico do grupo 14 (família 4A) que pertence ao segundo
período da Tabela Periódica. Devido à sua localização na tabela, é um elemento que
possui 4 elétrons de valência, com tendência a receber ou compartilhar elétrons em
uma ligação química. Seu símbolo é dado por C, de número atômico 6 e massa atômica
12g.
Cobre: é um elemento químico do grupo 11 (família 1B) que pertence ao quarto período
da Tabela Periódica. Devido à sua localização, é chamado de metal de transição e
possui elétrons externo e subnível d completo. Seu símbolo é dado por Cu, de número
atômico 29 e massa atômica 63,546g.
Ferro: é um elemento químico do grupo 8 (família 8B) que pertence ao quarto período
da Tabela Periódica. Devido à sua localização, é chamado de metal de transição e
possui elétrons internos e subnível d incompleto. Seu símbolo é dado por Fe, de número
atômico 26 e massa atômica 55,845g.
Oxigênio: é um elemento químico do grupo 16 (família 6A) que pertence ao segundo
período da Tabela Periódica. Devido à sua localização na tabela, é um elemento que
possui 6 elétrons de valência, com tendencia em receber ou compartilhar elétrons em
uma ligação química. Os elementos do grupo 16 são conhecidos como calcogênios,
termo que advém da junção de duas palavras gregas, “Khalkos” (que significa cobre) e
“genos” (que significa origem), ou seja, “originário do cobre”. Apesar do elemento
químico cobre não fazer parte do grupo 16, ele assim é chamado pelo fato de que dois
de seus elementos, o oxigênio e o enxofre, estão sempre presentes em minérios de
cobre. Seu símbolo é dado por O, de número atômico 8 e massa atômica 16g.
Muitas outras informações podem ser obtidas sobre os elementos químicos citados, contudo,
estas são as mais importantes em uma tabela periódicacomum. Vale ressaltar que a Tabela
Periódica é um modelo de tabela que agrupa e ordena todos os elementos químicos
conhecidos e suas propriedades em ordem crescente correspondente aos números atômicos
de cada elemento.
Saiba Mais
Olá, estudante!
Compreender os tipos de elementos químicos, suas principais características e como podem
relacionar entre si é fundamental para a análise de propriedades dos materiais. Por essa
razão, é importante ter o domínio sobre os conteúdos dispostos na Tabela Periódica para
consultá-la quando necessário. Assim, saiba mais sobre os elementos químicos, seus
períodos e famílias estudando as informações sobre a Tabela Periódica Completa e
atualizada disponível no endereço a seguir.
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TABELA PERIÓDICA COMPLETA. A Tabela Periódica dos elementos químicos
atualizada, 2024. Página inicial.
Bons estudos!
Referências Bibliográficas
ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais. São Paulo:
Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN 9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 2 mar. 2024.
ATKINS, P. Físico-Química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. E-book.
ISBN 9788521634577. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 3 mar. 2024.
CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 2 mar. 2024.
DREKENER, R. L.; SIMÊNCIO, E. C. A. Química e ciência dos materiais. Londrina :
Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019.
KOTZ, J. C. et al. Química geral e reações químicas. São Paulo: Cengage Learning Brasil,
2023. v. 1. E-book. ISBN 9786555584516. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso em: 3 mar. 2024.
NEWELL, J. Fundamentos da moderna engenharia e ciência dos materiais. Rio de
Janeiro: Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 2 mar.
2024.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. Porto
Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 2 mar. 2024.
TABELA PERIÓDICA COMPLETA. A Tabela Periódica dos elementos químicos
atualizada, 2024. Página inicial. Disponível em: https://www.tabelaperiodicacompleta.com.
Acesso em: 3 mar. 2024.
Aula 3
LIGAÇÕES QUÍMICAS
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https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.
https://www.tabelaperiodicacompleta.com/
Ligações químicas
Olá, estudante! Nesta videoaula, iremos compreender como os átomos e/ou íons se mantêm
unidos nas estruturas químicas e formação de moléculas e materiais. Ou seja, abordaremos
as ligações químicas primárias e secundárias.
Este tema é importante para o desenvolvimento de sua prática pessoal e profissional, pois as
propriedades físicas e químicas dos materiais podem ser obtidas através do tipo de ligação
química predominante no material. Além disso, caso seja necessária a alteração de algum
elemento químico na construção do material, buscando melhoria nas propriedades
desejadas, identificar a ligação química do composto inicial permite prever qual elemento
químico pode ser utilizado nessa substituição, desenvolvendo materiais específicos para a
aplicação desejada.
Chegou a hora de compreender as formas pelas quais os átomos podem ser ligados na
constituição da matéria!
Vamos lá!
Ponto de Partida
Olá, estudante!
Nesta aula, investigaremos os tipos de ligações químicas e como os elétrons de valência
estão envolvidos nesse processo. Dissertaremos sobre os três tipos de ligações químicas
primárias, que ocorrem entre átomos, e as ligações de van der Waal, também conhecidas
como ligações secundárias, que ocorrem entre moléculas.
As aplicações para esses conceitos são inúmeras, dentre elas, o fato de que permite
selecionar materiais adequados para uma determinada aplicação segundo as propriedades
requeridas.
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Considerando tal temática, imagine que você atua como estagiário em um laboratório de
pesquisa e desenvolvimento (P&D) que propõe projetos de inovação buscando substituir
materiais comuns em aplicações usuais por novos materiais, com o foco nos avanços
tecnológicos e visando melhor custo-benefício do projeto.
Pensando na importância na relação entre resistência mecânica e densidade dos materiais
para os projetos em desenvolvimento, seu gestor solicitou que você realizasse uma pesquisa
sobre a possibilidade de substituir os fios de cobre, utilizados na fiação elétrica de
automóveis, por alumínio. Se houver essa possibilidade, quais características químicas serão
relevantes para essa escolha? Ao final dessa etapa, um relatório deve ser entregue ao
coordenador do projeto contendo as informações por ele solicitadas.
Com o estudo dos tipos de ligações químicas e das forças intermoleculares, será possível
compreender o motivo pelo qual uma classe de materiais pode apresentar uma determinada
característica ou propriedade em comum e, assim, selecionar o melhor material que atenda
às vigências solicitadas.
Bons estudos!
Vamos Começar!
Íons e a ligação iônica
Tudo o que possui forma e ocupa lugar no espaço é constituído de átomos que são mantidos
unidos por forças conhecidas por ligações interatômicas ou ligações químicas, conectando
cada átomo a seu vizinho mais próximo. As diferentes propriedades dos materiais estão
diretamente relacionadas aos tipos das ligações interatômicas. A grafita e o carbono, por
exemplo, são constituídos essencialmente por carbono, mas exibem diferentes
características em função da natureza da ligação química.
O conceito de ligação química foi proposto, simultânea e independentemente, por dois
químicos, Gilbert N. Lewis (1875 – 1946) e Walter Kossel (1888 – 1956), em 1916. Eles
afirmaram que a conexão dos átomos ocorria para que os elementos adquirissem
estabilidade química, ou seja, o preenchimento completo da camada de valência, assumindo
a configuração de gás nobre. Para ambos os cientistas, ligação química é a força atrativa
entre dois átomos, resultante da reorganização dos elétrons de suas camadas de valência,
até atingir oito elétrons.
De modo geral, as ligações químicas são classificadas em primárias e secundárias; contudo,
algumas bibliografias as denominam ligações fortes e fracas, respectivamente. As ligações
primárias ocorrem entre átomos e envolvem a doação ou o compartilhamento de elétrons
para formar uma configuração eletrônica estável. Já as ligações secundárias ocorrem entre
moléculas, ou seja, a atração de uma molécula qualquer com suas vizinhas. 
Com o objetivo de facilitar a representação da camada de valência de um átomo para
analisar a possibilidade de ligações químicas, Lewis desenvolveu uma notação para a
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camada de valência dos elementos químicos, em que apresenta o símbolo do elementorodeado por pontos indicando a quantidade de elétrons de valência.
Por exemplo, o sódio (Na) possui Z = 11 e distribuição eletrônica 1s22s22p63s1, sendo a
camada 3 a última camada preenchida, portanto, a camada de valência. Como a camada 3 é
composta por 3s1, há apenas um elétron de valência. Assim, a representação de Lewis para
o sódio será . Já para o oxigênio (O), com Z = 8 e configuração eletrônica 1s22s22p4, a
camada de valência (n = 2) possuirá 6 elétrons (2s22p4) e sua representação de Lewis será
.
As ligações primárias são interatômicas e, por essa razão, são consideradas ligações
químicas fortes. Dentre elas, as ligações iônicas, que ocorrem entre elementos metálicos e
não metálicos, são caracterizadas pela transferência de elétrons de um átomo para o outro.
Ou seja, o átomo que possui menos elétrons na camada de valência (metalicos) doa seus
elétrons para o átomo que possui mais elétrons na camada de valência (não-metálicos) até
que a estabilidade química seja alcançada. Nesse processo, os átomos que perdem e
ganham elétrons se tornam íons, cátions (íons positivos) e ânions (íons negativos),
respectivamente. 
Um exemplo comum desse tipo de ligação é o composto cloreto de sódio (NaCl), mais
conhecido como sal de cozinha. Para a formação desse composto, ocorre uma reação iônica
entre o sódio (Na) e o cloro (Cl). O sódio, com 1 elétron na camada de valência, o doa para o
cloro, inicialmente com 7 elétrons. Nesse processo, há a geração dos íons Na+ e Cl-, que são
atraídos por meio da ligação química. Assim, ao final dessa transferência de elétrons
originando os íons Na+ e Cl-, e a atração entre eles, a estabilidade química é alcançada e o
composto formado. Esse processo é apresentado pela Figura 1. 
 Figura 1 | Formação do composto NaCl através da ligação iônica. Fonte: adaptada de Kotz et
al. (2023, p. 350).
 Para a geração de íons, os elementos químicos do grupo principal tendem a perder ou
ganhar elétrons, buscando a estabilidade química por adquirir a configuração de gás nobre.
Por definição, os íons oriundos de átomos que perdem elétrons são chamados cátions e
representados pela carga positiva (+). Já os íons provenientes de átomos que ganham
elétrons formam ânions, representados pela carga negativa (-). 
Considerando as propriedades periódicas, os elementos químicos das famílias 1A, 2A e 3A
apresentam energias de ionização baixas, com tendência a perder elétrons com facilidade,
enquanto elementos químicos das famílias 5A, 6A e7A possuem elevadas afinidades
eletrônicas, tendendo a receber elétrons.
Na ligação química do cloreto de sódio (NaCl), apenas um íon de cada elemento químico foi
suficiente para a estabilidade química e formação de composto. Mas nem sempre será
assim. Por exemplo, o composto alumina, também conhecido como óxido de alumínio, é
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formado por íons de alumínio e oxigênio. Nesse caso, para garantir a estabilidade química do
composto, foram necessários dois átomos de alumínio e três de oxigênio. A Figura 2
apresenta o processo formativo para o composto alumina (Al2O3). 
Figura 2 | Formação do composto alumina (Al2O3). Fonte:
elaborada pela autora.
Podemos utilizar a íon-fórmula para identificar quantos átomos de cada elemento são
necessários para estabilidade do composto. Nesse caso, ela é obtida pelo cruzamento das
cargas dos íons metálicos (X) e não metálicos (Y); como resultado desse cruzamento, a
carga de um transforma-se no índice atômico do outro (Figura 3). 
Figura 3 | Representação da íon-fórmula
de um composto iônico. Fonte: elaborada
pela autora.
A ligação química iônica é denominada não direcional, significando que sua magnitude é a
mesma em todas as direções ao redor do íon. Assim, na formação de materiais iônicos
estáveis em um arranjo tridimensional, os vizinhos mais próximos dos íons positivos devem
ser os íons negativos, e vice-versa. Como resultado dessa união de íons, os materiais que
possuem predominantemente ligações iônicas são materiais duros, frágeis, de elevada
temperatura de fusão e bons isolantes térmicos e elétricos. Essas propriedades são
consequência direta das configurações eletrônicas e/ou da natureza da ligação iônica.
Conhecendo os elementos químicos que compõem o material, suas configurações
eletrônicas e a natureza das ligações químicas, identificamos as propriedades que o material
apresentará oriundas do tipo de ligação. 
Por exemplo, materiais cerâmicos são formados por elementos metálicos e não-metálicos,
com ligação química predominantemente iônica. Por essa razão, possuem alto ponto de
fusão, são ótimos isolantes de energia, resistentes, duros e frágeis. 
Ligação covalente e metálica
Existem três tipos de ligações químicas primárias: iônicas, covalentes e metálicas. A ligação
covalente ocorre quando os átomos possuem tendências iguais de ganhar e/ou perder
elétrons, caracterizando os elementos químicos não-metálicos e o hidrogênio. Por essa
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razão, a transferência total do elétron de um átomo para o outro não acontece, mas ocorre o
compartilhamento dos elétrons entre os átomos envolvidos na ligação.
Átomos que apresentam alto valor de eletronegatividade, como os ametais, possuem alta
capacidade em atrair elétrons. Contudo, quando eles interagem entre si, o fato de todos
apresentarem alta atração pelos elétrons faz com que não ocorra a transferência efetiva
destes, mas uma atração simultânea, ou seja, o compartilhamento dos elétrons pelos
núcleos dos átomos, fazendo com que os átomos permaneçam unidos. Essa atração mútua
ocorre até que a estabilidade química seja alcançada, ou seja, até que os elementos
químicos cheguem a uma configuração semelhante ao dos gases nobres, seguindo a regra
do octeto.
A ligação covalente pode ocorrer de quatro formas, dependendo de quantos e como os pares
de elétrons são compartilhados. Elas podem ser simples (um par compartilhado), dupla (dois
pares compartilhados), tripla (três pares compartilhados) e coordenada (os dois elétrons
provêm do mesmo átomo).
Na fórmula estrutural de um composto, cada par de elétrons compartilhado é representado
por uma barra; quanto à ligação covalente coordenada, ela é representada por uma seta. A
Tabela 1 apresenta os tipos de ligações covalentes através de exemplos de moléculas
conhecidas em nosso cotidiano por sua fórmula molecular, mostrando os pares
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compartilhados utilizando a estrutura de Lewis em sua fórmula eletrônica e as barras
indicando as ligações em sua fórmula estrutural.
Tabela 1 | Representação dos tipos de ligações covalentes. Fonte: elaborada pela autora.
Os compostos covalentes são bons isolantes térmicos, apresentam pontos de fusão e
ebulição menores do que os compostos tipicamente iônicos, possuem elevado módulo de
elasticidade, podem ser rígidos, frágeis, mas também dúcteis e maleáveis.
Esse tipo de ligação é encontrado em materiais cerâmicos à base de silicatos, vidros e nos
materiais poliméricos. É interessante notar que tanto um material duro, como o diamante,
quanto um material relativamente macio, como um polímero, contêm ligações covalentes.
Fórmula
molecula
r 
Fórmula
eletrônica 
Fórmula
estrutural 
H2O 
 
H—O—H
 
 
H—O—H
O2 
 
O=O
 
 
O = O
N2 
 
N≡N
 
 
N ≡ N
SO2 
 
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Essas diferenças são o resultado não apenas das ligações dentro das moléculas, mas
também das ligações que as mantêm unidas.
Outro ponto relevante consiste em ser possível a existência de ligações interatômicas que
são parcialmente iônicas e parcialmentecovalentes em um mesmo material. De fato, são
poucos os compostos que exibem ligações exclusivamente iônicas ou covalentes. O grau de
cada tipo de ligação está associado à posição relativa de seus átomos constituintes na
Tabela Periódica ou da diferença de suas eletronegatividades. Quanto maior for a diferença
entre as eletronegatividades, maior o percentual iônico da ligação.
A quantidade iônica de uma ligação, também chamada de caráter iônico entre dois
elementos, A e B, sendo A o elemento mais eletronegativo, pode ser aproximada pela
Equação 1, sendo XA e XB as eletronegatividades dos respectivos elementos.
Como exemplo, o caráter iônico do cloreto de sódio (NaCl) pode ser calculado por (1),
considerando os valores de eletronegatividade de 0,9 para o sódio e de 3,0 para o cloro.
Assim, a porcentagem de caráter iônico é expressa em da seguinte forma:
Ou seja, o composto cloreto de sódio, NaCl, possui 67% de ligações iônicas e 33% de
ligações covalentes.
Dessa forma, podemos afirmar que moléculas podem ser formadas por ligações covalentes,
e compostos iônicos, por ligações iônicas. E nos metais e suas ligas, como ocorrem as
ligações? Estas são conhecidas como ligações metálicas que apresentam, como
características, boa condutividade elétrica e térmica, brilho característico e flexibilidade.
A ligação metálica ocorre entre os elementos metálicos (iguais ou diferentes) que possuem
um, dois ou três elétrons na camada de valência. Nesse tipo de ligação, os elétrons de
valência estão deslocalizados, ou seja, eles possuem probabilidade igual de estarem
associados a qualquer um de seus átomos adjacentes, formando um mar de elétrons, ou
nuvem eletrônica (Figura 4). Nessa nuvem eletrônica, os elétrons são considerados livres e é
justamente por essa razão que os compostos metálicos apresentam boa condutividade
elétrica e térmica.
Figura 4 | Representação da ligação metálica. Fonte:
adaptada de Maia e Bianchi (2007, p. 109-110). 
%caráter iônico  =  {1 − exp[−(0, 25)(XA − XB)
2]} x100
%caráter icônico NaCl  =  {1 − exp[−(0, 25)(3, 0  −  0, 9)2]} x100  =  67
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 Ao analisar as propriedades periódicas de energia de ionização, comparando os átomos
mais à direita da Tabela Periódica com átomos das famílias 1A e 2A, as propriedades
metálicas se modificam, pois os compostos metálicos do grupo 1 e 2 tendem a ser mais
maleáveis que compostos metálicos de cobre, por exemplo.
Por fim, as ligas metálicas são utilizadas para unir propriedades de diferentes metais ou
modular propriedades de interesse em determinada utilização. Elas são definidas pela
mistura de dois ou mais metais, podendo envolver elementos não metálicos.
Como exemplo de liga metálica, podemos citar o ouro 18 (em que prata ou cobre são
adicionados para deixar o ouro menos maleável, possibilitando a utilização fabricação de
joias) e o aço (em que uma quantidade específica de carbono é adicionada no ferro,
aumentando a resistência mecânica).
Comportamentos gerais dos materiais podem ser explicados pelo tipo de ligação química que
possuem. De maneira geral, os materiais metálicos e suas ligas são bons condutores de
energia como consequência de seus elétrons livres; já os materiais com ligações iônicas ou
covalentes são tipicamente isolantes por não possuírem elétrons livres.
 
Siga em Frente...
Ligações de van der Waals
Para a formação dos materiais, além das ligações químicas primárias, consideradas fortes
por ocorrerem entre os átomos e/ou íons, também existem as mais fracas, conhecidas como
ligações secundárias, que ocorrem entre as moléculas, e, por vezes entre átomos, também
chamadas de interações ou forças intermoleculares, ou simplesmente ligações de van der
Waals.
Nas ligações químicas secundárias, não há doação ou compartilhamento dos elétrons de
valência. Elas normalmente são formadas quando ocorre uma distribuição de cargas
desigual, criando um dipolo, de carga total zero, mas com uma das extremidades com carga
positiva ou negativa em relação à outra extremidade. Esses dipolos podem ser produzidos
por uma flutuação aleatória dos elétrons em torno do que é normalmente um campo elétrico
simétrico no átomo. Uma vez que um dipolo aleatório é formado em um átomo, um dipolo
induzido é formado no átomo adjacente (Figura 5).
Figura 5 | Representação da ligação de van der Waals. Fonte:
elaborada pela autora.
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Uma ligação secundária também pode estar presente quando uma molécula apresenta um
dipolo permanente em função de uma disposição assimétrica das regiões positivas e
negativas. Essa molécula com dipolo permanente pode induzir, nas moléculas adjacentes,
um dipolo simétrico, formando uma ligação fraca, ou constituir ligações químicas secundárias
com outras moléculas que também apresentem dipolo permanente. Vale dizer que materiais
provenientes desse tipo de ligação secundária apresentam baixas temperaturas de fusão e
ebulição.
Dentre os tipos de ligações de van der Waals, a mais importante é conhecida como forças de
London, em que há interações entre dipolos induzidos em átomos ou moléculas, levando à
diminuição da energia do sistema, estabilizando-o.
Outro tipo de ligação secundária é a chamada ligação de hidrogênio, ou ligações de dipolos
permanentes. Ela é considerada a forma mais forte das ligações secundárias, formada a
partir da natureza polar de moléculas que contenham átomos de hidrogênio. Como exemplo,
podemos observar a ligação entre as moléculas de água (H2O), em que o único elétron que o
hidrogênio possui é compartilhado com o oxigênio. Assim, o lado da ligação em que se
encontra o hidrogênio torna-se carregado positivamente, exercendo força de atração na
molécula adjacente, com extremidade carregada positivamente. Além disso, como
consequência dessa ligação, pontos de fusão e ebulição de materiais que contenham
ligações de hidrogênio são muito elevados em relação aos pesos atômicos que possuem.
Logo, tanto as ligações de van der Waals quanto as ligações de hidrogênio (muitas vezes
chamadas de ponte de hidrogênio) são fracas se comparadas às ligações primárias pelo fato
de serem resultantes das forças de atração entre dipolos elétricos induzidos ou permanentes.
Vamos Exercitar?
Retomando o problema proposto inicialmente, você foi acionado para realizar uma pesquisa
sobre a possibilidade de substituir os fios de cobre, que são utilizados na fiação elétrica de
automóveis, por alumínio. Se houver essa possibilidade, quais características químicas
devem ser levadas em consideração nessa escolha?
Para o desenvolvimento desta atividade, será necessário compreender as características que
o material cobre apresenta e entender por que é utilizado na fiação elétrica de automóveis.
Na sequência, será preciso avaliar a possibilidade de troca de material por alumínio e
verificar o custo-benefício do processo.
O elemento químico cobre (Cu), consultando a tabela periódica, é um metal de transição de
número atômico 29. Realizando a distribuição eletrônica desse elemento, sua camada de
valência apresentará apenas um elétron (4s1). Para a formação de um composto, os átomos
de cobre ligam uns aos outros através da ligação metálica. Como característica desse tipo de
ligação, a nuvem eletrônica permite que o material seja excelente condutor de energia
(eletricidade e térmica) e, por apresentar boa ductilidade, pode ser facilmente moldado em
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fio. São essas propriedades que tornam esse material tão utilizado na forma de fios, não
apenas em automóveis, mas em qualquer aplicabilidade de fiações.
Contudo, existem alguns estudos que sugerem a possibilidade de se utilizar alumínio no
lugar do cobre. O alumínio,assim como o cobre, também é um elemento químico metálico de
número atômico 13, com 3 elétrons de valência. Para a formação do composto, os átomos de
alumínio se ligam uns aos outros através da ligação metálica.
Devido às propriedades periódicas do alumínio e ao tipo de ligação química que realiza para
a formação do material, pode-se afirmar que ele é um metal macio, dúctil e resistente à
corrosão, apresentando baixa densidade e excelente condutividade térmica e elétrica.
Em um primeiro momento, essas características tornam a substituição de fios de cobre por
fios de alumínio viável. Ademais, por apresentar baixa densidade, alguns estudos apontam
que utilizar fios de alumínio em automóveis pode reduzir em até 48% a massa final da fiação
elétrica.
Saiba Mais
Olá, estudante!
Compreender os tipos de ligações químicas que estão presentes nos materiais e relacioná-
los às propriedades por eles apresentadas é de grande valia para análises preliminares nos
materiais em aplicações específicas, principalmente quando houver a possibilidade de
substituição de material por outro visando a melhora das propriedades e custo-benefício.
Saiba mais sobre os tipos de ligações primárias e secundárias estudando as seções de 2.6 a
2.8 do livro Ciência e engenharia de materiais: uma introdução, de William D. Callister Jr.
Faça os exercícios propostos para fixar os conteúdos relacionados a este tema.
Bons estudos!
Referências Bibliográficas
ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais. São Paulo:
Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN 9788522128129. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 2 mar. 2024.
ATKINS, P. Físico-Química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. E-book.
ISBN 9788521634577. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 3 mar. 2024.
CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro:
Grupo GEN, 2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 2 mar. 2024.
DREKENER, R. L.; SIMÊNCIO, E. C. A. Química e ciência dos materiais. Londrina :
Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019. KOTZ, J. C. et al. Química geral e reações
04/10/2024, 22:43 Estrutura atômica
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químicas. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2023. v. 1. E-book. ISBN 9786555584516.
Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso
em: 3 mar. 2024.
MAIA, D. J.; BIANCHI, J. C. de A. Química geral e fundamentos. São Paulo: Pearson
Prentice Hall, 2007. 448 p. NEWELL, J. Fundamentos da moderna engenharia e ciência
dos materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5.
Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso
em: 2 mar. 2024.
SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. Porto
Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 2 mar. 2024.
Aula 4
ESTADO DA MATÉRIA: GASES,
LÍQUIDOS E SÓLIDOS
Estado da matéria: gases, líquidos e sólidos
Olá, estudante! Nesta videoaula, abordaremos os conceitos relacionados aos principais
estados que a matéria pode apresentar (sólido, líquido e gasoso), avaliando as propriedades
fundamentais para a sua diferenciação e como ocorrem as mudanças de fase. Ademais,
compreenderemos como descrever a matéria no estado gasoso através da lei dos gases
ideais com exemplos do cotidiano e aplicações visando a prática profissional.
Os conceitos desta aula são, pois, fundamentais para compreender os estados em que a
matéria pode ser encontrada, bem como quais as situações que provocam ou permitem a
mudança entre as fases. Ter esse conhecimento é de grande valia para o seu
desenvolvimento profissional, sendo possível a escolha e utilização de qualquer material
conforme as especificações do projeto, levando em consideração a segurança e o custo-
benefício.
Pronto para mais esse desafio?
Bons estudos!
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Ponto de Partida
Olá, estudante! Bem-vindo!
Nesta aula, abordaremos as propriedades fundamentais e a classificação da matéria, com o
foco no estado gasoso, estudando a lei dos gases e suas aplicações, além de conceitos
importantes para a compreensão das características de um composto em cada estado físico
(sólido, líquido ou gasoso), analisando suas propriedades e as situações em que ocorre a
mudança de estado. Além disso, buscaremos compreender a relação das propriedades
pressão, temperatura e volume em um dado exemplo ou na análise de um processo
termodinâmico.
Conceitos estes que podem ser utilizados e aplicados em diversas áreas da Engenharia, por
exemplo, em novas tecnologias de embalagens que visam aumentar o prazo de validade dos
alimentos. Embalagens como essas apresentam dois tipos de classificação: Embalagens de
Atmosfera Modificada Tradicionais (MAP) e Embalagens de Atmosfera Modificada em
Equilíbrio (EMAP).
As Embalagens de Atmosfera Modificada Tradicionais (MAP) são embalagens fechadas que
podem utilizar gases do tipo hélio (He), neônio (Ne), argônio (Ar) e criptônio (Kr) em seu
interior, mas também dióxido de carbono (CO2) e gás oxigênio (O2) em proporções
adequadas, mantendo alguns aspectos dos alimentos como cor, forma e frescor. Já as
Embalagens de Atmosfera Modificada em Equilíbrio (EMAP) podem utilizar uma atmosfera
modificada formada por dióxido de carbono (CO2) e gás oxigênio (O2), além de apresentar
microperfurações na sua superfície. O objetivo da atmosfera modificada equilibrada nesse
tipo de embalagem consiste, portanto, em aumentar o prazo de validade para frutas e
legumes frescos sem o uso de qualquer tipo de conservante.
Visando tal objetivo, um produtor local de hortaliças contatou a empresa da qual você faz
parte, solicitando uma consultoria para ver a viabilidade do processo. Para a obtenção das
informações, você foi acionado para verificar o volume final de gás que será utilizado em
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cada embalagem. Nesse processo, será utilizado o argônio que, imediatamente após ser
colocado na embalagem, assume o comportamento de um gás ideal. Para os cálculos,
alguns dados foram fornecidos: pressão de 1 atm, temperatura de 27ºC e massa de 0,16 g.
Então, vamos conhecer os conceitos necessários para resolução do problema proposto?
Bons estudos!
Vamos Começar!
Propriedades fundamentais
A definição mais simples de matéria é dada por aquilo que possui massa e ocupa lugar no
espaço. Enquanto massa (m), expressa a quantidade de matéria que compõe um corpo e,
pela segunda lei de Newton, está relacionada à resistência (inércia) de um corpo para entrar
em movimento acelerado. Assim, quanto maior a massa de um corpo, maior a sua inércia.
E como podemos expressar o espaço que a matéria ocupa? Pelo volume (V), já que sua
definição é dada pelo espaço ocupado por um corpo ou a capacidade que ele tem de
comportar alguma substância.
A proporção entre massa (m) e volume (V) é conhecida como densidade (ρ), também
chamada de massa específica. Ela expressa o quanto de massa de material é necessário