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a A EVOLUçAO DOS MODELOS ATOMTCOS Tópicor do capítulo 1. O modelo atômico de Thomson 2. A descobefta da Íadioatividade 3. O modelo atômÌro de Rutherford 4, A identificação dos átonìos 5. O modelo atômico de Rutherford'BohÍ ó. O modelo dos orbiiah atômicos 7. Os estados energéticos dos 8. A distíibuição eletrônica Leitura: UJor dos rardioçõej eletromagnéticos O modelo qtômico de Dalton, imaginqdo como umq bo nho mociço e indivisível, fez a Químicq progredir muito no século XlX. Mos o cièncio e suos oplìcqções em nosso çotidìano nõo parom de evolui. Ainda no sécula XlX, vórios cientistos desÇobriam umq série de fenômenos, tais como a conduçõo de corrente elétrica em cettqs soluções, a roìo X etc. Originou-se entõo q suspeito de umo possível ligaçõo entre motéria e energia elétrica. E surgiqm perguntqs: como explícot a corrente elétrìco? E o roio X? Serio o ótomo ímaginado pot Dolton suficìente paÍo explìcor esses novos fenômenos? SerÌq possível ìmoginor que o ótomo tivesse olgumo coisq "por dentrc", ao contúrio do que dizio Dolton? Acontece que o ótomo é extrqordinqiamente pequeno. Como entõo provar que ele tem olgo o mois "por dentro"? A história dessq busca é unq verdodeira novelc!, que se inicÌou no finol do século XIX e continua até hoje, da quql qlguns episódios seÍão detolhodos a seguir ffiH * ro"rro AroMlco DE t-roMsoN I lá no século Vl a.C., o f i lósofo grego Tales de Mileto havia perce- bido que, atr i tando-se um bastão de resina chamada âmbaÍ com um tecìdo ou pele de anìmal, o âmbar passa a atraiÍ objetos leves, corno folhas secas, fragmentos de palha etc. Daí surgiu o termo eletr icida- de, derivado de e/erítroL paìavra grega que signiÍìca âmbar. Na figura ao lado, um bastão de vidro, já atritado com um tecido de seda, está atraindo a bolinha de oaDel. Bastáo dc vdrc atÍa ndo !'ìa iiôiiha Ë q i 3 a - 3 Um penle de páslco aÍ tado em áa1ra Uma explicação razoável para os fenômenos que ilustramos é de que toda matéria, no estado normal, contém partículas elétr icas que se neutral izam mutuamente; quando ocorre atr i to, algumas dessas partículas tendem a migrar de um corpo para outro, tornando-os eletrizados. Outra série de obseÍvações e experiências que abriu novos caminhos para o esclarecimento da estrutura atômica foì o estudo das descargas elétricas em gases- o exemplo mais comum des- ses fenômenos são 05 raios que "5altam" na atmosfera durante a5 tempestades. Em 1854 Heinrich Ceissler desenvolveu um tubo de descarga constìtuído de um vidro largo, Íechado e com eletrodos circulares em suas extremidades, Ceis5ler notou que, quando 5e produzia uma descarga elétr ica no inte or do tubo de vidro, com gás sob baixa pressão, a descarga deixava de ser barulhenta, e apaiecia no tubo uma luz cuia cor dependia do gás, de sua pressão e da voltagem aplicada. È isso que acontece nos tubos luminosos de neon e nas lâmoadas f luorescentes atuars. Os lubos de neon são pÍêÊ.chdos com gasês d fêrÊ.tès sôb pressào mlllo ba ra e qlando slbmetidos alensões eólrlcas e evedas, prodlzem cores dj1€rentes Capítulo 4 r A EVoLUÇÃo Dos ÌuroDFlos AÌôMrcos -Áj]nr 75 Em 1875, Wlliam Crookes colocou gases muito rarefeitos (isto é, em pressões baixíssimas) em ampoÌas de vidro. Submetendo esses gases a voltagens elevadíssimas, apareceram emissões que foram denominadas raios <atódicos. Quando submetidos a um campo elétrìco uniforme e extemo, gerado por duas placas planas paralelas e carregadas, esses raios sempre se desviam na direção e no sentido da placa que está carregada positivamente, o que prova que os raios catódìcos são negativos. f f i \ - \ f à.â.â rÈÊddâ Ampo a de Croôkes s!bmêtda a !m campo ê étr co externo e uniÍorme Outro dado muìto importante é que esse desvìo ocore sempre do mesmo modo, qualquer que seia o gás no interìor da ampola. Esses fatos levaram os cientistas a imaginar que os raìos catódicos seriam formados por pequenas partículas negativas, e que essas partículas exìstem em toda e qualquer matéria. Essas partículas foram denominadas elétrons. surgia assim, pela primeiÍa vez na história, a idéia da existência de uma partícula subatômica (ìsto é, menoÍdo que o átomo). Contrariando Dalton, começava se a provar que o átomo pode ser dividido. Da ampola de Crookes derivam os aparelhos de raios X e os televìsores modernos/ como vemos na ilustração a seguir. t a Ao al .g ro revestmefto in lerno dateâ de um lelevisorou de !n conpltador !m Íê!e de eélrôns prôvÒcâ âiÕrmaçãô dê image.s co or dâs Uma complementação às experìências de Crookes foi feita em 1886 por Eugen CoÌdsteìn, que modificou a ampola de Crookes e descobriu os chamados raios anódicos ou canais. Esses raìos são Íor- mados pelos "restos" dos átomos do gás, que sobram após terem seus elétrons arancados pela descârga elétrica. Poftercm peÍdìdo elé- trons (cargas negatìvas), as partículas que formam os raios anódicos são positivas, o que pode serdemonstrado pelo desvio dessas partícu- las em presença de um câmpo elétdco ou de um campo magnético. 76 Uso do Íè ô v n. odo.lo o9 a Raios anódicos Ralos catódicos Químìca Ceral Em particular, quando o gás presente na ampola de Coìdsteìn é o hidrogênio (cujos átomos são os mais leves que se conhecem), os raios canaìs apÍesentam o menor de todos os desvios verificados no campo elétrico ou no magnético. lmagìnou-se então a existência de uma segunda paÉícula subatômica - o próton -, com carga positiva de intensìdade ìguaì à do elétron (capaz, portanto, de tornar o átomo de hidrogênio eletricamente neutro). PaÍa explicar os fenômenos anteriores, loseph John Thomson propôs, em 1903, um novo modeo de átomo, formado por uma "pasta" positiva "Íecheada" pelos elétrons de caÍga negativa, o que garantia a neutÉlidade elétrica do modelo atômico (esse modeloficou conhecido como "pudim de passas"). Começa va,se então a admitir oficialmente a divisibilidade do átomo ea reconhecera natu reza elétrica da matéria. O modêlo atômico de Thomson explicava satisfatoriamente os seguintes fenômenos: . eletrização por atdto, entendendo-se que o atrito separava cargas elétricas (paÍte das positivas em um corpo e igual parte das negativas em outro, como no caso do bastão atritado ao tecido); . corrente elétrica, vista como um fluxo de elétrons; . formação de íons negativos ou positivos, conforme tivessem, respec- tìvamente. excesso ou falta de elétrons; . descargas elétricas em gases, quando os elétrons são arrancados de seus átomos (como na ampola de Crcokes). t ModeLo atôm cÕ dê Ìhomson. e c õ EI o orscorr*rA DA RADToATvTDADE Em 1896, o cìentista francês Henri Becquerel descobíiu que o eÌemento químico urânio emìtia radiações semelhantes, em certos aspectos, aos raios X. Esse fenômeno passou a ser conhecido como radioatividade. Posterìormente, o casal Curie descobíiu radioatividade ainda mais Íorte nos elementos químicos polônio e rádio. Em 1898, Frnest Rutherford verificou que algumas emìssões radioativas se subdividiam, quando submetìdas a um campo elétr ico: Filho d€ um livreim, nasc€u em 1856, eni Manchests (lnglarera). Pretendia s€Ì en' genheiD, md díiculdades Íinanceiras devidas à moúedeseu paio lryaiam a estudar lúat€mática, Física e Química. Ìomou s€ prcf€sor em Camb dg€, ond€ orgânizou o labomtóro Caven dhh, degmnde mportânc a nas pesqui ia5 5obre enrutuÍa atom ca Em ì904 r€- cebeu o prêmio NobelporseustÌabalhos en- RÀìO x i{E áVTgÁ QUÁNDO Z EU TXVER QUÊSORRIR. ,E ;à às ' ; 7- -t*r"veS Capítulo 4 ô A EVoLUçÃo Dos MoDELos AÌóM cos volvendo õ propiedad€s dos e étrons. Faleceu eÍn I 940. 77 Desconfiou-se então de que as radiações o serìam Íormadas por partículas positivas (pois são atraídas pelo pólo negativo) e mais pesadas (pois desviam menos)i as partículas P seriam partículas negativas e mais le- ves/ e as radiações y não terÌam massa (o que só foì explicado mais tarde). Refletìndo sobre esse fenômeno, podemos con cluir o seguintei se a matéria é eletrìcamente neutra/ seus átomos 5ão. obrìgatoriamente/ neutros; conse- qúenlemenle, d sardd de parlr(ulasêlêlÍ i(ds \o \ê.d possível se esses átomos estiverem sofrendo alguma divisão. Note que reaparece aqui a idéia da divìsí- bi l ìdade do átomo e a da natureza elétdca da matéria (ou seja, a relação entre matéria e energia). Atualmente a radioativìdade é muito usada em vários ramos da atìvìdade humana. Em medicina, por exemplo, materiais radìoatìvos são usados na detecção de doenças do coração, da tireóìde, do cérebro etc. E ldmbêm no tíatarìento, e)pe(idlmênle do (;n.er. Fâdotêrapâ âplcâdãcóm o üso da bomba dê cobalio no trâlamenlo do câncer t €Ín lSZl. Fol profesor no canadá e na Lng at€ra nas univeBldades dê Manchest€r € Cambridg€. Ì6balho! com ondas el€tfomagnétÌcõ, mÌos & ÌadioaÌìvidade e t€oda nL.eaf, e ÍealÌ- zoL a prime Ía tÍansmutação aÍtÌÍicia. Recebeu o Pr€mio Nobelde Químca em 1908. Faleceuefi 1931. Em sua ho meiageÍn, oel-êm€ntôq!ím co '104 Íôi chama'io de rutherÍúdio (RD. El " roorro n-rôurco DE RUTIIERFoRD Em 191 1, RutheÍord fez urna experìência muito Ìmportante, que veio alterar e melhorar profunda- mente a visão do modelo atômico. Resumidamente, a experiência é descrita a seguiÍ. Acompanhando a f igura acima, vemos erlao que um pedd!o do meldl polonio emi te um feìxe de partículas ü, que atravessa uma lâmina f iníssima de ouro. Rutherford obser vou, então, que a maior parte das partículas ü atravessava a lâmìna de ouro como se esta foçse uma peneira; apenas algumar partrtu- las desviavam ou até mesmo retrocediam. a^n^ ôv ôl i . r r ô( .ô +,r^7 78 Química Ceral Rutherford viu-se obrigado a admitir que a lâmina de ouro não era constituída de átomos macìços e justapostos/ como pensaram Dalton e Thomson. Ao contrário, ela seria formada por núcleos pequenos, densos e posit ivos, dispersos em grandes espaços vazios, como esquematizados a seguir: FìÍti.!la que retÍo.edè! Áromos dJ rrm,n., dr luÍo muito pequenos e estando muito aÍastados entae si, os elétrons não iriam ìnter- ferir na traìetória das Dartículas o. t P.rrí.!li que f etrôccdc! Os grandes espaços vazios explicam porque a grande maíoria das partículas C[ não soÍre desvios. Entretanto, lembrando que as partículas o são positivas, é fácil entender que: no caso de uma partícula o passar próximo de um núcleo (também positivo), ela será fortemente desvìada; no caso extremo de uma partícula o "topar à frente" um núcleo, eìa será repelida para trás. Surge, porém, uma pergunta: se o ouro apresenta núcleos positivos, como explicar o fato de a ìâmina de ouro ser eletr icamente neutra? Para completar seu modelo, Rutherford imaginou que ao redor do núcleo estavam gìrando os elétrcns. Sendo negativos, os elétrons iriam contrabalançar a carga posit iva do núcleo e garantir a neutÍal idade elétr ica do átomo. Sendo ) Em resumo, o átomo serìa semelhante ao sìstema solar: o nucleo repíesen Reprêsentação taria o Sol; e os elétrons seriam os planetas, giÍando em orbitas circutares " ïï:JïfË:,ï#l; " formando a chamada eletrosÍera. Afigura ao lado representa o modelo atômi- co de Rutherford (1911). Hoje, sabemos que o tamanho do átomo é 10.000 a 100.000 vezes maior que o de seu núcleo. Para efeito de comparação, podemos imaginar o núcleo atômico como sendo uma formiga no centro de um estádio como o Maracanã (observe que o modelo apresentado acima está totalmente fora de proporção, poìs o núcleo representado é enorme em relação ao tamanho do átomo). No modelo atômico de Rutherford surgìu, porém, uma dúvida muito importante: se o núcleo atômico é foÍmado por partículas positivas, por que essas partícuÍas não se repelem e o núcleo não desmorona? A resposta veio em I932, quando o cientista James Chadwick verìf icou que o núcleo do elemento berílio radìoativo emite partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual à dos prótons. Essa partícula Íoi denominada nêutron - confirmando-se assim a existência da terceira par, tícula subatômica- De certa maneira, os nêutrons "isolam" os prótons, evitando suas repulsões e o conseqüente "desmoronamento" do núcleo. Capítulo 4 o A EVoLUÇÃo Dos MoDELos aÌôMìcos 79 Podemos, agoÍa, ilustÍâr esqLrematicamente a estrutura atômìca do seguinte modo: dlerfib!Ídos em varas.ama. las Novos estudos foram feitos visando estabelecer as relações entre as massas e as intensidades das cargas elétrìcas dos prótons, nêutrons e elétrons. Concluiu-se então que, adotando-se como padrão, para o próton, massa : 1 e carga elétr ica : +1, resultam os seguintes valoÍes aproxìmados: Carga elétri<õ +l 0 j 1.836 I observe que a massa de um elétron é €erca de 1.836 vezes menor que a de um próton ou de um nêutron. Conseqüentemente, a perda ou ganho de elétrons, por parte de um átomo (que irá transformá- lo num íon positìvo ou negativo), não irá praticamente alterar sua mâssa. & r Nãoch€ire nem experimente substâncias d€sconhecidas - Cuidado .oh âs suktân<ias tóxì<as e/ou inÍlamaveb. r Cuidado.od .esplngos na pele e nos olhos. e j 1è Atritando baíões (ou outÍos objetos, como réguas, penter elc.) de vid ro, de plástico ou de outros mate- Íiais, em várÌos lÌpos de tecido Geda,lã,llanela etc.), procure veÍificaÍ se esses bastôes ficam eletrÌzados (isso pode ser notado pela atÍação que o banãoexets ce sobre objetos leves, como, poÍ exempo, pedaci- nhos de papel). Após o contato de um pedacrnho de pape com um baíâo atÍitado, veifique se um bdíao dÊ oL'o md.pnal , dpó o dlr i ro. (onLi lud athindo ou se ÌÍá repelir o mesmÕ pedacinho de papel ; issofaávocê nôtarqueexistemcargaselétr i - cas de sinais contrários- 2i Veriícação seÍrelhante pode ser feita com um filete deágua. Abla umatorneira de modo a obter um file' t€ finò e uniforme de água. Aproxime um baíão de vidroou de plástico dofiletede água (sem encostaÍ). Depois, âtrile o bastão com um tecido e aproxime-o novamente do Íiete. Note a diferença. Uma das p meiras obseNações da eiistência da eet cidade ioi rcalizada pelo - de - em bastões de vidÌo ou ebonite. Da descarga elétrica em gases rarefeitos decoff€nm as seguintesãplicaçôes pátÌcas Em íìì;teriais radÌoativos foram descobeftas as seguintes emissÕes: , De acoÍdo com o môdelo atômico de RutherfoÍd, o átomo é Íormado pof um Chadwick descobÍiu a teíceÌE partícula subatômica, que Íoi denominada 80 Química Ceral (Fuveí SP)Ìhomson deteÍminou, pea primeira vez, a rc' lação entre a massa e a carga do elétrcn, oque po'je ser considerado como a descobeira do elétÍon. E Íeconheclda ' oÌÕ u-d,Õn.r ib. \oo o4Thon 'on do nod"loaro-(o a) o átomo ser indivisível. b) a existência de partículas subatômÌcas. c) os elétíons oc!parem níveis discrctos de eneÍg a. d) os elétrons girarem em órbitas circu arcs ao redoÍ do e) o átomo possuìrum núcleô cÕm carga positiva € uma (UCB DF) Rlthe ord, ao fazer incidir partículas radioati vas em lâÍÍìina metãllca de ouro, obseruÕu que a maDna das partículas atravessava a ãmìna, alg!mas desviavam e poucas refletam. Assinale, dente as aÍìrmações a se' 9u r, aquea que não rcflete as conc!!$es dê Rutheíord a) Os átomos são eíeras maciças e indestrltiveis. b) No átomo há gmndes espaços va2ios. c) No .enrro do átomo existe um nú.leo pequeno e d) O núcleo dÕ átomÕ tem carga posÌtiva. e) Os elétrons giram ao rcdor do nú.eo para equ libÍaÍ (Osec-sP) Eletrôíera é â região do átomo qrê: a) concentra prati.amente toda a ma$a dô átomo. b) contém as partícu as de.arga êléÍica posÌtiva. c) po$ui paftícllas sem caEa elétÌica- d) peÍÍnanece Ìnalterada na formação dos íons. e) tem volume praticamente igualaovolumedo átomô. Vd-o. ' -po, q-" | _"uro. pê<d*e" I lg Oud ê' id aproxÌmadamente o "peso" de !m átômo com 11 pótons, 12 nêutrons e 11 e étrôns? Qual ser a a caÍ t 9 5 (Univali 5C) Leia o texto a seguir: "Há 100 anor, a ciência dividiu o que era então consde rado indivÌsíve. Aô anunciar, em 1897, a descobeira de lma nova paftícula que habita o lnterior do átoÍno, o eétrÕn, ofísico inglês joseph Joh n Thomson mudou dois r I dro. dd r i .or d q .e ore\ou quando I lô!oío ' grê- gos propuseÍam que a matérla seda formada pd dimi- nutas porções indivisíveis,unìíorme5, duÉs, sólidas e eter nas. Cada uÍìì desses coeúsculos foi denominãdo ato ÍÍo/ o que, em grcgo, querdÌzer "nãô-divÌsível". Adesco berta do elétrcn inaug!rcu a era das paÍtículas elementa res eÍoio primêiro paso do que seda no século seguinte umaviãgem fantáíica ao micÍouniverso da matérÌa". ciêncLa Hoje vo 22 n 131. 1ss7 A rcspeito das idéias contidas no texto, está coreta a a) A padir da descÕberta dos elétrons, foiposíveldeteÊ minar as massas dos átomos. b) Faz cem anos que se descobÍiu que os átomos não são os menores constituintes da matéria. c) Oselétmnssão diminLrlar porçôes indivisíveis, unifor mes, duros, sólidos, eternos esão consideÊdos as par ticu arÍ!ndamentais da maté a- d) Osãtomos, apesardÊserem indivisÍveis, são conÍitui dos por elétrons, póions e nêutrons. e) Com a descoberta do elétron, com carga negativa, pôde{e concl!iÍ que deveriam existir oltras parti culas, 05 nê!Ío.s, para jusuÍicarâ neutra idade elé- Íica dÕ átomo. 6 {UFrvlC) Na expedência de espa hamento de partículas afa, conhecida como "experiência de Rutherford", um feixe de partículas alÍa foi di gido contE uma lâmina Í r i .nrd dê o . ro. e o. F\pF i rê--ddo,ê, rGe 9e. ê Matrdên) obseruaram que um gíande númerô dessas partículas atEvessava a lâmina sem sofrer desvios, mas q!e um pêqleno númerc sofÍa dervios muito a.entua dos. E$e resultado levo! Ruthedord a modifÌcaromode lo atômico de Thomson, prcpondo a existència de um núcìeo de caÍga posiuva, de tamanho Íeduzido e com, praticamente, toda a massa do átomo. A$inale a alternativa que apÍesenia o rcsultadô que era prevúto pam o erperimento de acordo com o modeo a) A maioria das partÍc! as aúavessarìa a âmina de ouÍo sem sÕfÌer desviôs e um peqleno númefosofrcda des vros mutro pequenos. bì A mdio|d dd' pd r uld oÍ e id grdndF5 de('iô. dô aÍavessar a lârnina. c) A bralidade da5 partículas atmvessãria a lâmina de ouro sem sofrer nenhum desvlo. d) A totalidade das paftículas ricocheteada ao se chocar contra a lâmina de ourô, sem consequir atravesá la. 7 Se 1 pótrcn "pesas€" I L quais seriaÍn/ aproximada- mente, os "pesoí' de I nêutron e de 'l eLétron? A IDENTIFICACÃO DOS ÁTOM05 A identificação de coìsas e pessoas por meio de números é muìto comum em nosso cotidiano. Os automóveis são identif icados pelo número da placa (ou do motor, ou do chassi). As pessoas são identificadas pelo RC (número da carteiía de ìdentidade), ou pelo número do CPF (da Receita FedeÍal). O número de prótons, de nêutrons ê de eÌétrons constituì dado importante para ìdentificar um átomo. Por isso, vamos definir alguns conceìtos que estão dìretamente relacionados a e5ses números. Capítulo 4 . A EVoLUÇÃo Dos MoDELos AÌôMrcos 81 4. 1. Número atômico Número atômico (Z) é o número de prótons existentes no núcleo de um átomo. Num átomo normaÌ, cuja carga elétrìca é zero, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Quando se diz que o átomo de sódio (Na) tem número atômìco 11, isso quer dizerque, no núcleo desse átomo, existem 11 prótons e, conseqúentemente, exìstem 1 I elétrons na eletroíera- 4.?" Número de massa Número de massa (Á) é a soma do número de prótons (Z) e de nêutrons (N) existen- tes num átomo. PoÍtanto: A: Z+ N É o número de massa que nos informa se um átomo é mais "leve" ou maìs "pesado" do que outro áÌomo. lsso é lógico, poìs apenas os prótons e nêutrons dão "massa" ao átomo, uma vez que a massa dos elétrons é desprezível. Veiamos o exemplo: o átomo de sódìo tem 11 prótons, 12 nêutrons e 11 elétrons. Temos, então, para o elemento químìco sódio: ! númefo atômico: Z: 11 (número de prótons : número de elétrons : 11); . número de nêutrons: N : 12; . númerodemassa:Á : Z + N : 11 + 12 : 23. 4.3. Elemento químico Elemento químico é o coniunto de todos os átomos com o mesmo número atômico (Z). Veja que o número atômico é muito importante, pois identifìca o elemento químico (o que foi proposto em 1914, por Moseley). Assim, quando falamos no elemento químico sódio, estamos falando em todos os átomos com número atômico 11, Outros exemplos: . o número atômico l7 identifica todos os átomos de cloro; ' . o número atômico 26 identìfica todos os átomos de fero; etc. No final do livro você encontra a lista completa dos elementos químicos. A notação geral de um átomo é: t € lx ou VÁ . NumeÍô de ma,sa zA Por exempÌo: l ;C{ ou ,rcttt indica um átomo de cloro que possui 1 / pÍótons e 18 nêutrons no núcleo. Seu número de massa é, pois 17 + 18 : 35. 4,4. íons Um átomo, em seu estado normal, é eletricamente neutro, ou seja, o número de elétrons na eletrosfera é ìgual ao número de prótons do núcleo, e em conseqüência suas cargas se anulam. Um átomo pode, porém, ganhaÍ ou perder elétrons da eletÍosfera, sem sofrer alteÍações em seu núcleo. resultando daí oartículas denominadas íons. Química Ceral Quando um átomo ganha elétrons, ele se torna um íon negativo, também chamado ânion. Por exem- plo: o átomo normal de cloro tem 1 7 prótons, 18 nêu- trons e l7 elétrons. Eie pode ganhar 1 elétron e trans- formaÊse em ánion cloreto (Ct), queterá 17 prótons, 18 nêutrons e 18 elétrons. Quando um átomo perde elétÍons, ele se torna um íon positivo, também chamado cátion. Por exemplo: o átomo de sódio (Na) tem 11 prótons, 12 nêutrons e l l elétrons. Elepode perder 1 elétron, tornando-se um cátion sód io (Na-) com 1 1 prótons, 1 2 nêutrons e 1 0 elétrons. Observe que, quando um átomo ganha elétrons, seu tamanho aumenta; quando ele perde elétrons, di- minui de tamanho; mas em ambos os casos sua ma55a praticamente não se alteÍa, pois a massa do elétron é d es prezíve l. Os íons estão sempre presentes em nosso dia-a-dia. Um perfeìto equilíbrìo entre os íons Na e K , por exemplo, é Íundamental para o funcìonamento das células de nosso organismo. Ao colocarmos saÌ (cìoreto de sódìo) em nossos alimentos, estamos na veÍdade colocando íons Na e C{ . 4,5. lsótopos, isóbaros e isótonos Examinando o número atômico (Z), o número de nêutrons (N) e o número de massa (Á) de diferentes átomos, podemos encontrar conjuntos de átomos com um ou outro número igual. A part ir daí surgiram alguns novos conceitos que agora passamos a defìnìr: Isótopos são átomos com mesmo numero de prcitons (Z) e diferente número de massa (Á). Conclui se, facilmente, que os isótopos são átomos do mesmo elemento químico que possLrem diferentes números de nêutrons, resultando daí números de massa diferentes. Exemplos: t3 'fJ.$}Átômo de coD Ânion c oÍeto (e€Íicamê.ìe Íe!1ro) (1em lma cârsâ ôegêtivâ) Atomo de sód o Cáton sód o (erelri.amê.te ne!1ro) (tem !ma caÍsa pos tiva) t j lH 'Lo loopo d'o g"r io Cada isótopo é também chamado de nudídeo. Os três isótopos de hidrogênio, lH, ïH, lH, têm nomes especiaìs, a saber, hidrogênio, deutério e trítio, respectivamente; isso não acontece com os demais, de modo que os três isótopos do oxìgênio, mencìonados acìma, são conhecìdos apenas como oxìgênio-16, oxigênio-17 eoxigênio-18. A isotopia é um fenômeno muito comum na natureza. Podemos dizer que praticamente todos os elementos químicos naturais são formados por mistura de isótopos. Por exemplo, o elemento químico cloro é formado pof, aproximadamente, 75% de cloro-35 (i;Ct) e 25olo de cloro-37 (]]Cl), em massa; observe que, em qualquer composto de cloro existente na Tera, iremos sempre encontrar essa mesma mistura isotópica 7 5o/o de cloro-35 e 25o/o de cloro 37. Na natureza existem cerca de 90 elementos químicos diferentes. No entanto, já são conhecidos mìlhares de isótopos dìferentes - sejam os naturais, sejam os obtidos artificialmente. Dentre os isótopos artificìaìs, destacam-se os radìoativos, que têm extensa aplicação piática em nossos dias, como na me- dicina (iodo -1 31, para mapeamento da tiróide), na agricultura (fósforo-32, usado no estudo do meta- bolismo dos veoetais) etc. Capítulo 4 . A EVoLUçÃo Dos MoDÈLos arôNdcos 83 É importante também notar que os isótopos têm propriedades químicas iguais (que depenclem da estÍutura da eletrosfera) e propriedades físicas diferentes (que dependemda massa do átomo). Assim, por exemplo, embora o hidrogênìo (H) e o deutério (D) sejam ambos gasosos, a densidade (pÍopriedade física) do deutérío gasoso é o dobro da do hidrogênio. Ambos reagem com o oxigènio, Íormando água (propriedade química igual) o hÌdrogênio forma a água comum (H,O), de densidade igual a '1,0 g/mL; já o deutério forma a chamada água pesada (D,O), pois tem densidade igual a 1,1 g/mL (veia que até seus compostos têm propriedades físicas diferentes). lsóbaros são átomos de diferentes números de prótons (elementos diferentes), mas que possuem o mesmo número de rnassa (Á), v Conclui-se que os isóbaros são átomos de elementos quimi(os diÍerentes, nras que possuerI l d mesma massa, porque um maior número de prótons é compensado por um menor número de nêu- trons e vìce-versa. Exemplos: (4 : 40)i3K ,aLa :isc t t t l (A : 42) 2 Os isóbaros têm propriedades físicas e químicas diferentes. lsótonos são átomos de diferentes números de prótons (elementos diferentes), dìfe- rentes números de massa/ porém com mesmo númeÍo de nêutrons (N). Exemplo: O átomo de cloro tem : N: A Z: 37 17:20,è N:20 nêutrons O átomo de cálc io tem: N: A Z:40 20:20- N:20nêutrons Os ìsótonos têm pÍopriedades físìcas e químìcas diÍerentes. a) Númerc atômico (Z) é o número de . existentes no de ,,m áÌômô b) Número de massa (Á) é a soma do númerc de e de - existentes num ãtomo. <) Elemento químicô é o cônjunio de todÕs os átomo dì kó opo, .ào dtomo. oa o rc ' i1o _urê,o dê e) l ób" o. 'do i roro ' . om o nF.mo r .ac o dp t) I o.o o. 'do ; ron o| oÌ o mp. no -n ero de Química Cefal a (UFPE) lsótopos md ioativos são em pÍeqados nodiaqnós ticô e Íatamento de inúmeÍas doenças. Qua é a princi pa propriêdade que caÉcterìza um eemento químico? a/ numerô oê marsa b) númerÕ de prótÕns c) número de nêutrons d) energia de onização ê) diíe.ença eitÍe o número de prótons e de nêutÌons 9 Quais são os números de pÍótons (Z), de massa (,4), de nêutrons (N) e de elétíons (f) de um átomo de potássio (i;K) em se! errado nomal? O númêrÕ de próions Z: 19, e o númelo de masa, ,4 = 39, já enão indicados na rcpresentação i;K. o lp\ 4 / 1u lu 20 O número deeléÍons é E '' Z - 19, pÕis Õ átomo em seu estado normal sig n ifica átomo neutro, onde o número de elétrons deve ser iqualao número de 10 (UnÌfÕFcE) Dentre as espécies q!ímicasl a asque repÍesentam átomos.ujos nú.leos possuem 6 nêu- 1r (UFMA) Em um átomo com 22 elétrons e 26 nêutrôns, se! númeloatômicoenúmerodemassasão, respect iva- a) ' lc e ' :c b) r lB e r :c c) 18 e r lB ìa) 22e26 b) 26e44 .) 26e22 d);Be ic e) ice ?B d)4ae22 .e) 22e18 t2 QuaÌs são os números z, ,4, N e Edeumcát ion potásio (K-), com carqa e étrica +1? No cátion pot'ásio (K ) or númemt de píótons (Z : I 9), dF n . , \d 14 ìo) ê dê r"-rror . íN r0 ' ldoigu;ìh ao do próprio átomo de potásio, como calculamos no exercíclo 9, pois e$es números referem4e ao núceo dÕ átomo. A eetrosfera, porém, perdeu um elétron, no instante em que o ãtomo neutro de po tássio (Ko)se tÌansrÕrmou em cátion potássio (K'). T€mos, entãô, E = 18 elétrons. 13 (UFC-CO) O número de prótons, nêutÍons e elétrons rc presentados por riróBa: é, respectivamentê: a) 56, 82 e 56 ,b) 56, 82 e 54 c) 56, 82 e 58 Capítulo4dAEVoLUçÀo d) 82, 118 e s6 e) 42,194 e s6 DO5 MODELOs AÌÔMICOs 14 (UFPE) lsótopot mdioativos de odo são uti izados no dia qno. l ro ê I drdap ,ro dê prÕblêma. da rreo de. ê .dô em geÍal, ministrados na Íorma de sais de iodeto. O nú mero de prótons, nêutronse eìétrcns no isótopo 131 do iodeto rlll sao, respectivamente: a) 53,7A e 52 b) 53, 78 e 54 c) 53, l l l e53 d) I11, 53 e l3 l 'e) s2,7A e 53 'ì s (FcV 5P) Um certo íon negativo, X' , te4caÍga negativa ì pndÕ \eu n-TFro totc dp Cê ro . ìÒ F ,ê, 1un ero de massa 75. Podemos dizer quê se! número atômico ê número de nêutrons são, rcspectivamente: a) 3óe 39 b)36e42 ..) 33 e 42 d)13e39 e) 36e 7s l6 (UF5M-Rs) Analìse as seguintes aJìfmatlvas: . hótopos são átomos de !m mesmôe emênto qle poç ,,èr mê\mo --e.o dtom.o e di Íerenre n-mero | . O número atômico de um elemento coresponde ao númeÍo de prótons no núcleô de um átomo.' l l O númprc d" n d.d . oÍê,ponoF d .o ' ìd do .umqo de pótons edo númeÍo de elétrcns de !m e em€nto.l Está(ão) coíeta(s): 1/ (UFPA) Os isótopÕs dô hidrogênio Íecebeíam os nomes de prótio (lH), deuté o (,2H) e tríiio (jH). Nesses átomos os númercs de nêuÍons são, respe.tivamente, iguais a: .â)0,1e2 b)1,1e1 c)r , re2 d)r ,2e3 e) 2,3e4 'ì8 (PUC MC) cônsÌdere os seguintes dados: , Elétrons 40 40 42 38 42 b) são do nìesmo eemento. e) têm o mesmo número atômico. Um átomo posui l9 próionr,20 nêutrons e l9 elétrons. Qualdos seg!intes átomôs é seú Ìsótonô? a) 1:"A d) i,"D b) jg8 e) 1'"f o lic '19 85 EXERCICIOS COMPLEMENTARES 20 (Mackenzie-sP) o número de pÍótons, de elétrons e de nêutrons do ãtomo ïCté, respectivamente: ' a) 17,17,1a .) 17,1a,1a e) 52,35,17 b) 35,17, la d) 17,3s,15 2r (UFV-MC) Observe a tabela abaixo: t3 D t5 Número de elétrons I t5 Númèro de nêutíons c ló 27 E Os valo6 coretor de Á, B, C/ De fsão, rcspectivanìente: a) 13,14,15,16,31 . d) ' ,13, r3,14, r5,31 b) 14, 14,11, 16,30 e) 15,15,12,30,31 .) 12,12,15,30,11 {UCDB V\r O i roropo ndi . db-noc1r" oo d umrn,o e o 1\At Or númercs de pótons, ôêutÍons e elétrons do íon Atl deste isótopo sãô, respectivamenie; a)13, 14e10 c)10, 14el l e) 10,40e10 b) 13, 14 e 13 d) 16, 14 e 10 (MackenzÌe 5P) Oíon Xr tem 36 elétroise42 nêutrons. O átomo neuto.X apreseôta núnìero atônìico e númeÍo de ma55a, rcspectivamente: a) 42e78 c) 3Aê72 b)36e78 .d)33e7s 24 (UFSM RS) Relacione as colunas: e) 36e75 --::- EIO MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD.BOHR 5.'l, Introdução O modelo atômico de Rutherford, que descrevemos nas páginas anteriores, foi um grande pas5o para a compreensão da estrutura interna do átomo. Mas esse modelo tinha algumas deficìências. De fato, Rutherford foiobrigado a admitirque os elétrons giravam ao Íedor dô núcleo, pois, sem movimento,os elétrons (que são negativos) seriam atraídos pelo núcleo (que é positivo); conseqüentemente, iriam de encontro ao núcleo, e o átomo se "desmontaria" mas essa ocoÍfência nunca foi observada. 86 Químìca Ceral - ' . : : : ! :11 A asrociação cofieta é: .a) ]c 2d la -4b 5e b)1t 2c 3b-4a-5d c) 1c 2e 3b- 4d - 5Í d) lb-2d 31 4c-sa e) ld-2a 3c 4b 5f 25 Alg!ns estldantes de Q!ímica, avaliando seus conheci mentos relatÌvos a conceitos básicos para o eíudo do átomo, analisam as sêgulntês aÍnmativas: L Atomos Ìsótopos são aqleles que possuenr Ínesmo número atômico e números de massa diferentes..r ll. O número atômico de um elemento coiresponoe a soma do número de prótons com o de nêutrons. i lll. O número de massa de um átomo, em pairicular, é a soma do númelo de prótons com o de elétrons.t lV A.oìo\ i ób.Ío\ .dô dq-"1e, quF po*ueÍì n,aero, atômicos dÌferentes e mesmo fúmero de massa. V A.oìo< i .orolo .dodqJplÊ\que"pp.ê r . r_urp- rcs atômìcos diferentes, números de massa dferentes e mesmo número de nêutrons. Esses eíudantes concluem, coÍetamente, que as arrma tivas veÌdadeirar rão as indicadas poÍ: â) l , l l eV "b) l , lVeV c) l le l l l d) l l , l leV e) l le V 2ó (UFF-RI) Atabea seguinte Iomece o número de pútont e o número de nêuÍons existentes no núcleo de váior 34 45 35 44 33 42 34 *' E q ! o B ConsÌderando os dados da tabela, o átomo isótopo de o e o átomo qle tem o mesmo númeÍo de ma$a do áto mo o são? respeclivamente: et ceD No entanto, ao admilìr o movimento de rotação dos elétÍons em toÊ no do núcleo, Rutherford acabou criando outro paradoxo. Defato, diz a Física Clássìca oue toda partícula elétrica em movimento circular (como seria o caso dos e'étrons) está constantemente emitindo ener 9ia. Om, se o elétron segue l iberando (perdendo) energia, sua veloci- dade de rotação ao redor do núcÍeo teria de dimínuir com o tempo. Desse modo, o elétron acabaria indo de encontro ao núcleo, descre- vendo um movimenlo e\piralado. Como jdir entao desseimpdsreZ É o que explìcaremos nos itens sequintes, Essas últ imas dúvìdas servem para mostrar, mais uma vez, de que maneira a ciêncìa evolui- aos poucos, enfrentando as contradições apontadas por novas observações e experiências, sempre em bus- ca de mode os maìs satìsfatórios. 5.ã. Um breve estudo das ondas A solução para os impasses apontados no item anterior começou a surgir com a mecánica ondulatória. Vamos então fazer um pequeno estudo das ondas. O exemplo mais simples é o das onoas oo mar: ,:/ t q . : : : Capítulo 4 .. A EVoLUçÀo Dos N,1oDELC)5 AÌôMrcos Alguns dados ìmportantes podem ser notados por um observador parado no ancoíadouro: . o número de ondas que passam pelo ancoÍadouro por unidade de tempo, o que é chamado de freqüência e repfesentado pela letra Í (na Í igura acima, passam 4 ondas por segundo); a fre qüência é medida em cicÌos (ondas) por segundo. o que é denomìnado hertz (símbolo Hz), em homenagem ao físico Heinrich Hertz; . a distâncìa entre duas cristas consecutivas, o que é chamado de comprimento de onda e repre- sentado pela letra grega À (lambda); o comprimento de onda é medído em metros (ou seus múltìplos e submúlt iplos); . a velocidade de passagem das ondas, que é chamada de velocidade de propagaçào, represen- tada por ve medida em metros por segundo. Essas três grandezas físicas - a ve{ocidade de propagação (y), o comprimento de onda 0t e a freqüência (f) - caracterizam a onda, e relacionam-se de acordo com a seguinte fórmula matemática: No exemplo da f igura acima, se pelo ancoradouro estiverem passando 4 ondas por segundo e o comprimento de onda foÍ de 0,5 metro, teremos então: v:0,5 '4.-v:2m/s ìsto é, ondas com velocidade de 2 metros por segundo. 87 5.3. As ondas eletromagnéticas Para a continuação de nossos estudos é importante considerar agora as chamadas ondas eletromagnéti(as. fssas ondas 5ào formadas pela v;bração simultânea de um campo elétr ico e de um campo magnético perpendiculares entre si. ^ o-dê eè. 'omdor; t rcJ ó oó o o è ô.ó .o do ó o , ô câmpo eÒtÍcovibra na d recâo do pano Ìy e o campo riagrÉ1co na d reçáo do plano xz t Em nosso cotidiano, o exemplo mais comum de onda ou vibração eletromagnética é a luz. uma observação de grande ìmportância é notar o comportamento da luz ao atravessar um prisma de vidro. Um feixe de luz branca (luz solar ou de uma lâmpada incandescente comum) se decompòe em varias cores, que formam o chamado espectro luminoso, conforme mostramos na i lustração a 5eguir: \yi *:b vovô, Áúo'ÍEs é FotraìN PELa PFTCXIO AçpeçiO F Ote*sÃo oos PATO5 SQ|''PES N,4 Átu4 D,a aaya. ^il::F ïl a n rt A ilustração acima mosiÍa um espectro contínuo, pois as cores vão variando gradativamente do vermelho ao violeta - que são os doìs limites extremos para nossa visão. Fenômeno idêntico ocorre na formação do arco-ír is, em que as gotículas de água no af agem sobre a Ìuz do mesmo modo que o prisma de vidro. Ë; os BIcHos v& stBL. qE 88 Químìca Ceral Qual é a diferença entre uma cor e outra? Hoie sabemos que a diferença reside nos comprimentos de onda e nas Íreqüências, que vaíam para cada cor Em um semáÍoro, por exemplo, temos as cores: . verde, com À : 530 nm . amarelo, com ), : 580 nm . vermelho/ com ). = /00 nm (nm : nanômetro: 10 'metros) Essas cores são exemplos de luzes monocromáticas (do grego mo,ros, um; chromo, aot). Í t I : ã Hoje sabemos também que o espectro completo das ondas eletrornagnéticas é muito mais amplo do que o da luz vìsível, isto é, das ondas que podemos perceber por meio da visão. O esquema seguinte procura dar uma idéia do espectro eletromagnético completo: Conìprimento de ondâ aunìcnLi lo ' lo: 10! lo l Diâncko do ároúo '<- .,' i ::::- FÌFrlLen.rì ..n.rA l à rì.nra lor í lo! lorD tor l l0 ' l0 ' -rffi i% Ë ; 3t n F:I -7 -: ì*1 =ë Produzido por osciedoÍes e étÍicos de cotrente alternadâ A luz bÍanca visívc é loÍnìâda 1. lo ' 5 r0 A velocidade de propagação (y) de todas as ondas eletromagnéticas é ìgual e constante, valendo aproximadamente 300.000 quilômetros por segundo. Essa é uma velocidade enorme, tanto que a luz do Sol demora apenas 8 minutos e 30 segundos para chegar à Terra, embora a distância média do Sol à Terra seja de aproximadamente 150 milhões de quilômetros. Capítulo 4 ô A EVoLLTçÃo Dos MoDELos ÁÌôM cos 89 Voltemos agora à experiência de produzìr um espectro lLrminoso Íazendo a luz atravessar um pris- ma de vidro, como vimos à página 88. Se em vez da luz solar ou de uma lâmpada incandescente usarmos um tubo semelhante ao de Ceissler (página 75), contendo o gás hidrogênio a baìxa pressão e sob alta tensão elétrica ("1âmpada" de hidrogênio), o fenômeno observado seria bem diferente: Em lugar do espectro contínuo (ìsto é, contendo todas as cores), vemos agora no anteparo apenas algumas linhas coloridas, permanecendo o restante totalmente escuro. Dizemos então que o espectro é descontínuo e chamamos as l inhas luminosas de raias ou bandas do €soectro, A descontinuìdade do espectro não ocorre só com o hidrogênio, mas com todos os elementos quími- cos. É também muito ìmportante notaÍ que as raias do espectro são constantes para um dado elemento qoímico, mas mLrdam de um elemento para outro, como mostramos no esquema abaixo: ,,t +**,aS,tt,ltuuEuiqF Aguns especÍos da !z vsive Cadâ êêmento quimlcolem se! especlro caÍacteÍistcÒ. como selosse !ÍÌa mpressãô digita . Pois bem, no início do século XX surgiu a seguinte pergunta: estariam essas raìas do espectfo desconlrnLro l igdcld\ ; eslruturd dtomica? F o que e\clare( eremos no ìtem seguinte. 5.4. O modelo de Rutherford-Bohr O cientista dinamarquês Nìels Bohr aprimorou, em 191 3, o modelo atômico de Rutheford, utì l i - Tdndo a teor ia de Max Planck. l -ml900,Pldnckjahaviaadmit idodhipolesedequedenergianáoserìa emitida de modo contínuo, mas em "pacotes". A cada "pacote de energia" foi dado o nome de quontum. Surgiram, assim, os chamados postulados de Bohr: . os elétrons se movem ao redor do núcleo em um número lìmitado de órbìtas bem definidas, que 5do dênominddd5 drbi l .as e5ta(ionárias; . movendo-se em uma órbita estacionár;a, o elétron não emite nem absorve eneÍgia; . ao saltar de uma óÍbita estacionária para outra, o elétron emite ou absorve uma qLrantidade bem defìnìda de energia, chamada quonúrm de energìa (em latim, o plural de quantum é quonta\. :j ^,, ! lÌ o VeÌme ho A aanjâ.rô ConrÌrÌiiìenlo de on.là cres.ente 90 Química Ceral Essa emissão de energia é explicada a seguir. Recebendo energia (térmica, elétr ica ou luminosa) do exterior, o elétron salta de uma órbita mais interna para outra mais externa; a quan tìdade de energia Íecebida é, porém, bem definida (um quontum de energra). Pelo contrário, ao "voltar" de uma órbita mais externa para outra mais interna, o elétron emite um gudrt m de energia, na forma de luz de coÍ bem definida ou outra radiação eletromagnética, como ultravio- leta ou raios X (daí o nome de fóton, que é dado para esse guonfum de energra). Esses saltos se repetem milhões de vezes por segundo, produzìndo assim uma onda eÌetromagnética, que nada mâìs é do que uma Sucessão de fótons (ou guonid) de energia. Considerando que os elétrons só podem saltarentre órbitas bem definidas, éfáci lentender poÍque nos espectros descontínuos aparecem sempfe as mesmas raias de cores também bem deÍinidas. Mais uma vez, notamos a ligação entre matéria e energia nesse caso, a energia luminosa. No caso particular do átomo de hìdrogênio, temos a seguìnte relação entre os saltos do5 elétrons e as resDectivas raias do esoectro: 'iá \ r"'.. .1 i ï v 1, e a ; j ' . Ìrês póssTves saltos doeLélron do elenrento rì drogénio Acompanhando a figura anterior, verifique que: quan- do o elétron volta da órbita número 4 para a de número 1, ele emite luz de coí azul; da 3 para a 1, produz luz verde; e, da 2 paÍa a 1, produz luz vermelha. É fácil entender q ue átomos maiores, tendo maìor nú- mero de elétrons, darão também maior número de raias espê.lrais; dlêm di5so,quando o elemento quimi(o ê dquê- cìdo a temperaturas mais altas (isto é, recebe mais ener- gia), o numero de "\allor elêlrónicos" e, conseqÜentemen- te, o número de raias espectrais também aumenta; no limi- te as raias se "iuntam" e formam um espectro contínuo, como o produzido pela luz solar ou peÌo filamento de tungstênio de uma lâmpada ìncandescente, quando acesa. Assim, ao átomo de Rutheíford, corrigido pelas pon- derações de BohÍ, foi dado o nome de modelo atômico de Rutherford-Bohr (1 91 3). Capítulo 4 . A EVoLUçÃo Dos MoDÉLos aÌôMrcos a Íissão nuc ear, contÍibuindo assim pam o desen- vo vimentoda eneÍgia atômica. Fal€ceuem I9ó2. Em suâ homenaqem, oel€mento q!ímko I0/ Íe cebeu o nome bóhÌio (Bh). 1885. Estudou na Di' :È : IN êF 91 Estudos posteriores mostraram que as órbìtas eletrônicas de todos os átomos conhecidos se agru- pam em sete camadas eletrônicas, denominadas K, L, M, N, O,4 Q. Em cada camada, os elétrons possuem uma quantìdade fixa de energia; por esse motivo, as camadas são também denomìnadas estados estacionários ou níveis de energia. AIém disso, cada camada comporta um numeÍo maìimo de elétrons, conforme é mostrado no esquema a seguir: : ì \ \ \ \ \r::.'t)))Íj"ij M N O PQ ATIVIDADE5 PRATICAS q j o 5. Nãô.heire nem experìmente substânciãs desconhe<idas. Cuidado côm as sub3tán<ias tórica3 e/ou 'nflâmáveis.Cuidado com respingos dâ pele e nos olhos. Procurc decompor a luz solar com um prisma de v. dro. Use, porexemplô, umajanela Êouco aberta paÉ obterumfeixe eíreito d€ luzsolar Faça o pa$arpor ,n pr i \mê de vidro e projelp o "ê, .o i r i ( ' Íormado sobre uma Íolha de papel b.a.co. Ob\erve d dê, ômpo,\dôd" lu/ \ô ldrou de umd l ;n" pddd _d \uperÍi rê dF um ( D sdo o\ pequêao\ ,1" cos existentes no CD que provo.am ese fenômeno (cuidado: não dirija a luz solar refletida dirctamente Àquêçd a e\lÍêmidddedc um ìodênrquef.rorÍo(aprc. veiBdo de umd ,esistencia queimddd de Jm chuveÍu ou ferô elétíco) na zona azul da chama de um bico de gás. Encoste a extremidâde, ainda quente, no sal de côzinhâ. Volte â extrcmidade do fio paa a chama do 9d\. Voip rd no.dr quê d,1dmd i 'd dÌdrplL dvermelhdod. t5v (or e re\ulLddo do\ 'ültor" do\ ere rron. do 'ódio. q-e üo prcvo' ddor pclo rdlor dd ( \" Td. D'ocu,e r"pê, i r d p\per êr, id (om ourra\ .ub. ' ;_- cias, tendo sempreo cuidado de limpar rigorcsamente o Í io de rquelc,o-o enrr- umd pxpqiFn' rd e d \è quin.c. A\, m !o(e poder,, \êrilndr. por e\eÍìplo. qLe: . o\ ' ompo\ro dê por;$,Õ rrdntÌ i rem cor v Õ êrd . os compostos de cálcio trãnsmitem cor verÍÍelha . o ' .ompo. o. dp e\rronL io . rdn\ n i rêm { o ' Lerme . o\ rompo\ io. de b; ío l ran,r i lem .ôr \e 'dê . O nê\mô erpe, imenro pooe .q lê i ro , om o du, io de e.oe.rahos de mddêird p 'opr 'o) pd ê rhu ,r . .o. Meíqulhê umc e"l-enrddde do êspêi'ìho erf uma .olu,do dquo.d o" um do\ compostor mencionrdo. acima, por l0 minutos, e depois leve a extremidade molhadd à ' hdmd dô bk o de 9.,,. U,e ur e\perrnl'o a) Um defeito do môdelo ãtômico de Ruthedord era o fato de os - caíem no _ do atomo. b) Frcqüência dã ondâ é o - de ondis q ue passa por um de tempo. <) Comp mento de onda é a -entre duas- consecutivas. d) Velocidade de propagação é a de pa$agem das ondas por um deteÍminado e) Ondas eletromagnéticas são o conjunto formado pela vibração sÌmlltânea de um campo campo , perpendiculares entre si. f) O espectro luminoso completo coÍesponde às corcs do-. g) A velocidade de propagação de todas as ondas eletÍomagnéticas é - e vale apÍoximadamente Km/s. h) O espect.o descontínuo tem característÌcas - para.âda- químico. i ) \uma 6rbi ,d êía( onár id. o e êtron 1ào Fnêrgrd D Na pasagem de uma úbita estacÌonária paã outrã o elétron - ou - um - de k) \o\ d.omo. td.onhe, rdo\ podêm ê\. , r r rdmddd\ Flê rôr icd' . dFnoni iddd\ 92 Química Ceral (PUc-Mc) Numere a segunda coluna de acoído com a primeira, relacionando os nomes dos cientlstas com os L Dalton ( ) Descoberta do núcleo e set, tâ 3. Niels Bôhr Assinale a seqiiência corcta encontíadã. ( ) Átomos eíér icos, maclços, ( ) Modelo semeLhante a um "pu- dÌm de pa$aí'com cargas po" silivas e negativas em igual nú- ( ) Os elétÍons giÍarn em tomo do núc eo em deteminadas órbitas. a) os elétrons do cátion Na / ao recêberem eneÍgia da chama, saltam de ! ma camada mais ertema para uma mais inteÍna, emitindo luz amârc14. b) a luz amãrela emitida nada tem a ver com o sal de .ozinha, poh ele não é amareo. c) dehi(sêodà lu7 drdr" la \êdê.êd.] lomos dêô\ iqór io d) os elétrons do cátion Na , ao receberem eneqia da chama, saltamde umacãmada mais interna paÍa uma mais externa e, ao perdeÍem a energia ganha, emÊ tem-na sob a Íorma de luz amaÍela. e) qualqueÍ ouío sal também prcduzÌia a mesma colo 32 (UFRCs'RS) Uma moda atualentre as criaiìças é colecio- narfigurinhas que b lham no escurc. Estas Íiguras apÍe- sentam em sua constit!ição a substância suìfetÕ de zin co. O fenômeno ocore porque alguns eléÌrons que com- pôem os átomos de$a substânciã absoryem energia lu- minosa e saLtâm para níveis de eneruÌa mais exteÍnos. Noescr.rro, esseselétrôns €tornam aosseus níveh deori- gem, libeÍando energia Luminosa e fazendo a Ílgu nha bÍi har Esa caracteÍística pode sefexplicada consideran- do o modêlo atômico propoío por: 2a b)1-4-3 2 .)2-1 4 3 d)3,4 2 1 e)4-1 2 3 e) Mi likaô Chama se fóton certa quantidade de energia capaz de: a) sempÍe expulsar Õ elétrcn do átomo o, \erpre que db.o. iod oelo Fle. 'on. muddr d \ud l rd iF_ tóÍia para outra maú externa. c) apenar mantero €létron em órbita- d) desÌntegrafo átomo. e) traníormaÍ o átomo num ânion. O máximo de elétrcns que um átoÍÌìo pode representar a)2 b)8 c) 18 d) 32 e) 64 (FMTM-MC) Fogos de artíÍÌcio utiizam sais dedÌterentes íons metálicos mìst!ndos côm um material explosrvo. Quando incendÌados, emitem dlfeÍenles colôrações. Por exem plo: sais de sódio emitem cotaÍÍarcla, debário, coÍ verde e de cobre, cor azul. Essas cores são prcduzldas quando oseLétÌons excltadosdos íons metá Ìcos rctornam pê ? n\e ' dê renor ènqqia o modêo d ómi,o rdi adequado para expllcar esse fenômeno é o modelo de: ! 0 3. 29 l0 c) Lavoisier e) Bohr b) Thomson. d) RutherfoÍd. 33 Uma emksora de Íádlo tÍansmite na freqüência de 1.000 kHz (quìlohertz). Sabendo{e que a velocida- de das ondas eLetrcmagnéticas é de aproximadamen- te 300.000 km^, pedeje cal.u ar o cornprimênto de onda da emissora. Sendov=?" t temos: 300.000: t - t .000.000 + l" - 0,3 km (300 m) 3l (UFV MG) O talde cozinha (NaC{.) emite luz de colora ção amarelã quando colocado numa chama. Baseando_ se na teoria atômica, é correto afirmaÌ que: 35 (UFRCS RS) O conhe.imento sobÍe eslrutura atômica e!oruiu a redrd. q-c der" tais eraÍn obsêrvados, geÍando a nece$ida.l€ d€ pÍopo- sição de modelos atôÍrìicos com caracterlsticas que os 34 Uma emissora de televisão transmite na faixa de 76 a 82 MHz (megaherü). Sendo de 300.000 km^ a veloci- dade das ondas €letromagnéticas, qualé alaixâdecôm- primentos de onda utìlizada poresa emissoÍa? Note que a rerpoía deÍe exercício será menordo quea do ante ior, pois as emi$oras detelevisão empregaÍn ondas mars curtas do que as das emksoras de rádio AM. A associação coreta entre o iato observado e o modelô atônìÌco propono, a padir deste subsídio, é: a) l -3 j l l l ; l l l -2 j lV-4 d) l -4; l l 2; lL l -1; lV 3 b)!- l j l l -2 j l l l -4; lV'3 e) l l , l l - 3, l l l - 4; V 2 .) - 3t l l - 1, l l l - 4; lV 2 l_ : : r,rìr :'i::r:Jì::r:i!::.iit : ì. :tr....i :.il ;: ::.ì i:::i r.:: rl.l : :::.t. . j .. : l. Átomos maciços, indivisíveis e indenrutíveis. 2. atomos com núcleôdensoe posltÌvo/ rcdeado pelos 3. Átomos com uma eíera positÌva onde enão dhtri- buídas, uniform€mente, as partíau as negatìvas. 4. Atomos com elétrcns, movimentando se ao redordo n-.ho Fm lrdjê,o, ,d5 . n uldrê\ deno4ì,_cda. l i veis com valor dêtêrminado de enerqia. : : : rr:::: Fâtos obsêruador :: l. Inveíigações sobrc a naturezaelétÍica da matéria e descargas elétricas em tubos de gases rareÍeltos. ll. Determ nação das leis ponderais das combinações l!1. análhe dos espectros atômicos (emúsão de uzcom cores característicat pam cada elemento). lV. Eíudos sobrc radÌoâtivÌdade e dispe$ão de padicu Capítulo 4 r A EVoLUçÃo Dos MoDELos arôMtcos 93 37 36 (UCF-RJ) O Íísicô dinamaquês Niets Bohr (188sr962) enunc|ou, em 1913/ um modeto arômico que rclacionou a qüantidade de enerqia dos elétrôns com sua tôcarza FT rê d, do d e1er9k d\o, iddd d< trdn!\Õe5 etF.rol i , d, , um elèÍm, m absorvs se$ia, pode sofÍer a seguinte a) da órbita NpaÉ a óÍbitã M. b) dâ órbita Ppara a óÍbÌtâ O. c) da óÍbita l para a órbita í d) da órbita Opara a órbita P. e) da óftita M para a órbita t. (PUC RS) Quando se salpica um poucode ctoretode sód'o ou bórâr diretamente nas chamas de uma tareÍa, ob- tèm{e chamas coloridas. hso acontece porque nos áto mos desas subnâncias or eétrcns excitados: a) absorvem energia sob forma de uz, neutÌatizanoo a cargâ nuclear eticando eleticamente neutros. b) retornam a níveis energéticos inferiores, devoNendo energia absorvida sob foma de tuz. c) recebem um qrdriom de eneÍgia e disribuem_se ao redor do núcleo em órbiras mais inreÍnas. d) emitem energia sob íoÍna de tuz e são promovidos para órbitas maÌs exteÍnas. e) saltam paÍa níveis energéticos superioÍes, superando a carga nucleaÍ e originando !m áÌìion. 3a OFPI) o sulfeto de z nco (zns) tem a popri€dade denoml nada Íosforescenci4 capaz de emitÌ um britho ama€to, esvedeado depois de exposto à tuz. Analise as atirmarivas abaixo, todas ÍelatÌvas ao ZnS, e maque a opção coÍera: a) 5a to de nú.eos pfovoca Íoíorescência. b) taito de nêutÍons prôvoca foíôrescên.Ìa. c) salto de elétrons provoca foíorescência.. d) elétronsque âbsorvem fótons aproximâm ;e do núc eo. el ao apagar a l!z/ os eléÍons adqurem maior coiteú do enerqético. t lEo como já comentamot novas observações, etperiências e cálcuros levam os cientrsras a novas concru- sões. Desse modo, verificoo-se também que o elétron se compoÌ,ta ora como partícula, ora como onda, dependendo do tipo de experiêncìa. Devemos, portanto, creixar de entendei o erétron como Lrma borÈ nha em movimento rápido e assumi-lo como um ente físico que tem comportamento dual umapartícufa-onda. De Íato, já em 1924, o fisiao Írancês Louis De BÍoglie havìa lançado a hrpótese de que, se a luz apresenta natureza dual, uma partícula também teria propÍedades ondulatórias. De Broglie tentou associaf a natureza duar da ruz ao comportamento do elétron, enunciando o seguìnte postuÌado: A todo elétron em movimento está associada uma onda característica (princípio da dualidade ou de De Broglie). Outra consideração muito jmportante é a seguinte: podemos medir, com boa precisão, a posição e a velocidade de "corpos grandes,,, como, por exemplo, de um automóvel numa estrada, com um apareÍho de radar. O elétron, no entanto, é tão pequeno que, se tentássemos determinarsua posiçao ou velocidade, os próprios instrumentos de medição alterariam essas determinaçõe5. (pense num exem_plo grosseiro: se, para medir a velocidade de uma roda, nós precisarmos encostár nela um velocímetro, o atdto do velocímeÌro estará'Íreando" a Íoda e, poftanto, arterando sua verocidade.) por isso werner Heisenberg, em 1926, afirmou que ' ,quanto maior for a precisão na medida da posição de um elétron, menor será a precisão da medida de sua velocidade e vice-versâ,,, e enunciou o seguinte princípio: MODELO DOs ORBITAIS ATÔMICOs Não é possível calcular a posição e a velocidade de um elét.on, num mesmo in5tanre(princípio da incerteza ou de Hei3enberg). 3 e j € è é - FRANK & ËRNEST@ by Bob Thaves :e tqEii ãd 3ã 94 Química Ceral Devido à difìculdade de se prever a posição exata de um elétron na eletrosfera, o cìentista Erwin Schrôdinger (1926) foì levado a calcular a região onde haveria maior paobabil idade de se encontrar o elétron. Essa região do espaço foi denominada orbital. Orbital é a regìão do espaço ao redor do núcleo onde é máxima a pfobalidade de encontrar um determinado elétron, Façamos uma comparação 9rosseirar Q!ândo !m avãÕ êsiácom os motores paradÕs nós vemos as pás das lrélces em posçõês fixas e bem i'-!lt Segundo o modeo atôíiico dê Fltherford Bohr o eéÍon seria lma pequena pãdícllâ g rândo em ata ve oc da.le em lma órbita c Íc! ãr Tomando como exemplo o átomo de hidrogênio, que possuì um único elétron, teremos: O,"do oo- -"o.r .ô"rdo.- 'o | 'o dentro dos qlaisteremos, em qlalqler posçãô â poodo oèdòdò op" o ' rdpddoL ' r" circuos podem serciramados de orblas' das pás das Sêglido o mo.le o de oflr lâ s o e étrôn é lma padicllâ- onda qle se desloca (,rLr vibra) no espaço, mas estará .om ma ôr probab dâde denlro de lma esfeÌa (orblla ) concênlrica âÕ núcleo Devido àsla veocdadê ó eetÍon Ílca como qu€ esparamado denÍodoorbtâ|. asseme ha.do se enráo a lma nuvêm e elrôfica. lmagem de á1omos de olro(êm amaÍelo e verme iro) sobÍê uma rrãse de álomos deqraiite(êm vêrde), vlstos aomcÍoscópodeluneamenlo Almêntô:28 m hôes de vezes , e ï 1 € € Ë PoDE sE vER o ÁToMo? Não se pode veÍ um átomo isolado exatamente comofoidescÍÌto nos vários modelos que âcabamos de aboÍdar No entanto, podem- se veÍ manchas coloridas, nâ tela de um computâdor, dando a loca- lização dos átoÌÌos num dado material. [ssas manchas são obtidas através do chamado micfoscópio de tunelamento acoplado a supeÍcomputadofes, numa técnica cr iada nâ década de' ì980. Não se esqueça, poÍém, de que a ciência sempre procura dar um passo à frente. De fato, em meados de 2003, foianuncìada a descobef ta de um orocesso para detectar as nuvens eletrônicas do átomo de si l | ( io. Um pulsode Íâio\ x ml, i lo r"pido (oa oídemdF l0 'ssequndo5) aranca elétÍons dos átomos e um segundo puko de mios X "fotogrâ fa" a reposição desses elétfont medindo a energja eleÍomagnética que é liberada. o fenômeno é analisado por supetcomputadoret que criam uma imaqem colorida da nuvem eletÍônica. ! a Capítulo 4 . A EVoLUçÃo Dos MoDELos aÌôMrcos 95 H or rrrooo, ENERGETTcos Dos ELETR.N' Devido às díficuldades expostas no item anterior, os cíentistas preferem, atualmente, ìdentíÍicar os elétrons por seu conteúdo de energia. Por meio de cálculos matemáticos, chegou-se à conclusão de que os elétrons se dispõem ao redor do núcleo atômico, de acordo com o diagrama energético abaixo: En, Ì8i (o), = s lL)n=2 Núc eo Esse diagrama nos fornece alguns dados importantes, corno veremos a seguir. 7,1. Níveis energéticos São as sete "escadas" que aparecem no diagrama anterior e onde os elétrons têm um conteúdo de energia crescente. Esses níveis correspondem às sete camadas ((, l, M, N, q P e Q) do modelo de Rutherford-Bohr Atualmente, eles são ìdentif icados pelo chamado número quântico principal(r,), que é um número inteìro, variando de 1 a 7. 7.2, Subníveis energéticos São os "degraus" de cada escada existeíte no diagrama anterior De cacla degrau para o seguinte há, também, aumento no conteúdo de energia dos elétrons. Esses subníveis sâo ìdentificados pelo chamado número quântico secundário ou azimutal ( l) , que assume os valores 0, 1, 2 e 3, mas que é habitualmente desìgnado pelas letras t p, 4 t respectivamente. Note que, no diagrama anterìot nós já escrevemos um "endereço" sobre cada degrau. Assim, por exemplo, se Íor mencionada a posição 3p, devemos saber que se trata do segundo degrau da terceira escada, no tocante ao nível de energia. 7.3. Orbitais Completando o modelo atual da eletrosfera, devemos acrescentar que cada subnível comporta um número diferente de orbitais, de acordo com o diagrama energético mais completo que mostra- mos a Segu rr: e ! 1 a € ã 96 Química Ceral E t a e g 9\ 3 Nesse diagrama, cada orbìtal é representado simbolicamente por um quadradinho. Vemos que os subníveis ("degraus") s, p, d, f, contêm sucessivamente 1, 3, 5, 7 (seqüência de números ímpares) orbitaìs. Os orbitais são identificados pelo chamado número quântico magnético.(M. ou m)-Num dado subnível, o orbital cent|al tem o número quântico magnétìco igual a zero; os orbitaìs da direita têm m : +1, +2, +3; osda esquerdatêm m : 1, 2, 3, comoestáexemplif icadoabaixo: 7,4. SDin tinalmente, cálculos matemáticos provaram que um orbital (omporta no máximo dois elétrons. No entanto, surge uma dúvida: se os elétrons são negativo5, por que nào se repelem e se aÍastam? A explicâção é a seguinte: os elétrons podem giÉr no mesmo sentido ou em sentidos opostos, criando campos magnéticos que os repelem ou 9s atraem. Essa rotação é conhecìda como Jpi, (do ìnglês fo \pin, giàt): Sprrs paralelos (rept sáo) Capítulo 4 . A EVoLUçÂo Dos MoDELos aÌôMcos *: @ Spirs opostos ou ant pâra elos (alraçáo) ffir* @ 97 Daí a afirmação, conhecida como princípio da exclusão de Pauli: Um orbìtal comporta no máximo doìs elétrons, com spins contrádos. Desse modo, a atração magnética entre os dois elétrons contÍabalança a repulsão elétÍìca entre eles. o splÌ? é identificado pelo chamado número quântico de rpilr (M, ou J), culosvaloressao ] e -r]. Normalmente, a representação dos elétrons nos orbitais é feita por meio de uma seta: representa, por convenção, um elétron com spin negativo s :. ] f ,"p'"r"ntu, po. .onven(ao, um elelron (om sprn positivo s l 7.5. A identificação dos elétrons Resumindo, podemos dizeÍ que cada elétron da eletrosfera é identif icado por seus quatro números quânticos: . o número quântico principal: ' ] . o número quântico magnétìco: m ou Mr . o número quântico secundárÌo: t . o número quântico do spin: s ou M, Por exemplo, os dois elétrons do elemento hélio têm os seguintes números quânticos: K(n:1) Como segundo exemplo, observe o diagrama parcial abaÌxo: ! - /*r I FX Neste diagrama, o elétron que está assìnalado n:3;1--1)m Esse elótron será representado simbolicamente (l) tem os seguintes númeÍos quânticos: - ' ' . : - ] 2 por: 1 . ] r "6ca a quanr idâde de eétrons erslenle nesse slbnivelJïi:""Jil;::l- {n' i . 1 ' ""o, "oq",ô-.rd1o Por analogia, podemos dizer que um elétron é localizado por seus quatro números quânticos, da mesma maneira que uma pessoa é localizada por seu endereço nome da rua, número do prédio, andar e número do apartamento. Assirn, podemos enunciar o prìncípio da exclusão de Pauli: Num átomo, não existem dois elétrons com os quatro números quânticos iguais. 98 Químìca Ceral 1, elétron 2e elétron 3e elétron 4e elétron 5e elétron 6e elétron rà € è í: =l: No preenchimento dos orbitais, outra regra importante é a chamada regra de Hund ou da máxi- ma mult ipl icidade, que diz: 'Em um mesmo aulànível, de início, lodos os orbitais devem receber ser:r,, piimeiro elé. lron, e sd depoìs cada orbital irá receber seu sequndo eletron. : . ' Assim, a ordem de entrada dos seìs elétrons num orbital do tipo p será: I ITI[--n-ft ililil [-ïr If [-lfì-itr ] FlhTrn Por fim, dentro de úm átomo, é importante não conÍundir: ._elétron mais afastado do núcleo (ou elótron de valência)É aquele com maiorvalordo número qLrantico principal ín); . elétron mais energético é aquele situado no nível (r) ou subnível (t) de maior eneÍgia, o que é dado pela soma ,? +1. ' Por exemplo, na distribuição eletrônica do átomo de escândio, temos: ( r+l=i l+2=s) a) Segundo De Bloglie, o eLétrôn tem um.omportamento dualde-- b) Segundo Heisenberg, não é possívelcalcu ar, simultaneamente, a -e ã - de um eletron. <) Orbital é a região do espaço onde é máxima a - de se encontrar um -. d) Níveis energéticos corcspondem às dÕ môdelo atômico de Rutherfod-BohÍ. e) Subníveis energéticos são as de cada nível energétÌco. / t) \pr e d de ur elê'ro. .obrê . p'óp o. g) Num átomo, cadâ e étÍon é identificado por quatro - quAnticos, a saber -, h) E étron mais afaÍado do núcÌeo é o que apresenta maiorvalor de númeÍo quántico -. i ) l rê l ronìdi .ê erqêrhoêoi tuado10- or -de elerqd Capítulo 4. A EVoLUÇÂo Dos MoDELosÀÌôMrcos 99 39 Quair são os s!bniveis queÍormam a camada eletrô olhândo pala o diagranìa energético, concluÍmos ou". .onadd i íque íÕr.êjponde do _-me'o quântico principa , = 2) só pode apresentar os subníveis r e p. 40 Quais sâo os subniveis que podem exÌstr no nÍvel energéllco de número quântico pÍinclpal(r) guala 4? Eierddo re;olvido 4t oudtor-rF oÌ . j .aod"orbrdi .q-ppod4Ìe\ . - tir no níve eneÍgético M? Peo diagÊma dos níveis energéti.os, vemos q!e o nÍvel ou .amada M (, : l) pÕdeá apresentar, no máximo,9 orbitais. 42 Qua o número máximo de elétrons quê o nível N com- 43 (Fatec 5P) Considere as afirmações abaÌxo. . êm um subnÍve d há 7 orbitais; l . em um subníve p há 3 oíbi ta is, l l . em um Õrbi ta ls cabem 2 elétronsj V em um ÕrbÌtalpcabèm 6 eétrons. Quanto a tais afirmaçõês: a) apenas a l ló coneta. b) apenasal eal sâocoretas. c) apenas a il e a ll são coretas. d) apenas a l l , a l l le a lVsão coretas. e) todas sao coÍetas. Exérddo r6olvido . t4 UT; loropo.\u.nrnd drddo o\ \ubni4. \ .pp d coíì o máxlmo deelétrons. Quantos elétrons pos sui etsa camada, supondo que apenas os subfíveis r, p e destejam prcsentet? . O subnÍvel5 contém, no máximo - 2 eléÍons . O s! bnível p contém, no máximo ..t ó elétrons . o slbníve dconténr, no máxlmo - l0 e!étÍons .OA ' S.* Quanios elét Íons teÍn um átomo que apresenta os s!bníveÌs 15, 2r, 2p lotados? (UF5M-RS) Em relaçãÕ à conÍ igunção eet lônÌca nos nive s e subnívels dos átomos, ana ise as sequintes af Ì - L Qlaito maior a distância de um elétron do núcleo, maior será a sua energla totaL. 45 46 100 51 QuÍmica Ceral ll. A terceira e quarta camadas admitenì, no máximo, l2 elétÍons. ll. A pÌimeira camada é a mênor enercética e pode ter, no mãximo, 8 eiétrons. Está(ão) coÍetaG): Ìiercído rêsolvido 47 cÕloque no esqlema abaixo, que reprêsenta o subnjvel4 um totaide 7 eìérrons. d),=3 e i .=1 e),=2 e i .=0 Indiqúe os quatro números quánticosdo últimoelé Íon colocado, sabendo-se que esse subníve é da Inicia mente delemos notar que: . no nivelo! camada M - n: 3 . no slbnÍve d A seguir devemos lembrar que a ordem de cÕloca- çAo dos sete elétrons no subníve cbedece à regra de Hund (os númeÍos escritos abaÌxo dafiqura indl canì a o.dem de "enÍada'/ dos elétrons): j210+1 +2 il I I ordemdeenÍada; r 2^3 4 5 6Q) Con' I in o,e_ràoquêo,qud ror-nê'olqudn no que lndicam esse sétimo e último eétron sâo: n:3i ! - :2)n:1) 2 4A (Uiac) Um elétron oca ìza-se na camada "2" e subnÍve p Õ-ê_do dprêfnrd ô\ pg ,1Ìe5 .ê o,e, de . - -ê 'o. l r ) r=2 e t : l . )n:2 e L:2 50 49 Qual é o conjunto dor quatro númeÍos quanticos que representam o e étlon assina ado abalxo e que eíásitua- do nÕ tubnível4f? Indique os qualro núÍnercs quânticos do pÍimeiro elé- tron colo.ado no s!bnive 5r. (cesgranrio RJ)Assinalê a Õpção que conirarla a regra de b) o tr E Fllr I l a) [-lfrTal [-lli-f ] QuaLo i ú mero máximo de orbitais qu€ o subníve dcoÍn- Qual o número máximo de eétÍons que podeÍn exlstir (FEP PA) Co ocar em oÍdem crescente de eneruia os 5ubnrvei5 eleÍõnkos l4d 4i 5p 6r l .l) 5p < 6s .: 4f.. 4d e) 6s .5p < 4.1< 4í Um elétron da canìada Nestá nos!bnive r. Quais são os valores de, e t paÌa esse elétron? 5ó (FE SP) O númeÍo máÌimodeeléÍons com spn a) O átomo tem os seus elétrons d nrib!ídos em tÉs camaoas oe enerq as. b) o átomoiem dezelétrons d íÍibuÍdotem oòitaÈ do c) O ú timo €ìétron disirlbuído desseãlomo êncôntra{e em um orbi ta ldo ! ipo s. d) O número tota de e!étrons dese átomo é igua a ló. ê) O vaor numéfco do número quântico sec!ndário aç soclado ao p€núltimo elétron de$e átomo é iglala 2. (FEP-PA) Unì elétron se encontÍa nuÍri subnívêl ddÊ um determlnado átoÍno. Qualo número quântÌ.o maqnéti co impôssível para etre eétlon? a) 4d <:4t < 5p < 6s b) 4f.. 4d -.: sp < 6s .)4.1. :sp<6s<4f a)2 b) r0 . )8 e)5 d)7 t l 2 a)0 b) l a) 3,1,0e l bì3.1.0êt1 Or,1,0e++ c) +1 ê) l d) +2 d)3,2,De + or,r ,oe+l (uespi) Dado o átomo,,X o conjunto ilos quaLrc nume fos quânìlcos para o I lc eléÍon do s!bníve p é: s e s7 (Fesp-PE) O ú timo elétrôf disÍibuídod€ um átomo de um deteminado elemento quím Ìco tem aee a$oclados o(çquir lc\_-rê,Ò.. ì - ; r ro:z.0 0ê I r 'o,4o ffi o o,urn'*u,çÃo rrernôrutcn 8.'1. Distribuição eletrônica em átomos neutros A dìstr ibuição dos elétrons em um átomo neutro pode ser feita pelo diagrama.dos níveis energéticos, que vimos no item anterior No entanto, o cientista Linus Paulìng imaginou um dìagrarna que simplif ìca essa tarefa e que passou a ser conhecido corÌro diagrama de Pauling (Í igura abaìxo): Nasceu fos tnador Un dos em l90r. tomor{€ em Enq€nhaÍa Qtrímlca. DoutoÌou s€ io lnnltuto dêÌêcnologa da Califómia e eía giou enr váÍias univ€6dades euro péias. Em 1927, tomou se proÍes sor do níitulo d€ Ìecnoogla da Califónia e, em 1968, da UnivetsÌ- seur Íab; hos maÌs Ìmpoftantes vêtsam sobÍ€ a€struturaatôm ca, a natuÌe2a das ligaçõ€s qu'micas € a eÍrutrradas pÍoteÍnas. Div! gou o ! - uso davitamìfa C no combal€ ao re$iadoe a cêrtos tlpo5 de 'câncer Foium ardoÍo$ pacifÌjta. Recebêu o PÉmio Nobeld€ Q!ínì ca em 1954 e o Pfêm o Nobelda Paz €m l9ó2. Fa ec€ú €m 1994 nos EsÌados Unidos. Capítulo 4 . A "'voruçÃo Dos MoDELos aÌôMLco! ' I 01 Consideremos, como exemplo, a distribuição dos 26 eìétrons de um átomo de Íefio (Z - 26). Aplicando o diagrama de Pauling, temos: Número má\imo de elétrors por subrível+ 2 : . . . : I Q-. | 1 l : i i i - . l i i l l '1 , ) O que foì feito? Apenas o seguinte: percoíremos as diagonais, no sentido ìndicado, colocando o número máximo de elétrons permitido em cada subnível, até inteiraÍ os 26 elétrons que o ferro possui. De fato, veja que, no último orbìtal atingido (3d), nós colocamos apenas seis elétront com os quais comple- tamos a soma 26 elétrons, e não 10 elétrons, que é o máximo que um subnível d pode compoÍtar Essa é a distÍibuição dos elétrons num átomo de ferro considerado em seu estado normal ou estâdo fundamental. Para ìndìcar, de modo abreviado, essa distribLrição eletrônica, escrevemos: 't s'? 2s'z 2D63e 3f 4ç3d Reparem que escrevemos os subníveis 1s, 2t 2p ... em ordem <rescente de energia e colocamos um "expoente" para indicar o número total de elétrons existente em cada subnível considerado. Evidentemente, a soma dos expoentes é igual a 26, que é o número total de elétrons do átomo de ferro. VeÌa também que, somando os "expoentes" em cada linha horizontal, obtemos o número totalde e'étrons existentes em cada camada ou níveÌ eletrônico do ferro. Podemos, então, concluir que a distri buição eletrônica do átomo de ferro, por camadas, é: K: 2; L:8; M : ' t4; N :2 . 8.2. Distribuição eletrônica nos íons A distribuição eletrônica nos íons é semélhante à dos átomos neutÍos. No entanto, é importante salientar que os elétrons que o átomo irá ganhar ou perder lpara se traníormar num íon) serão recebi- dos ou retirados da última camada eletrônica, e não do subnível mais energético. Assim, poÍexem- plo, o átomo de ferro (número atômico : 26) tem a seguinte dìstrìbuição eletÍônica: t ; € 1ç2ç2p6313p64s')3d6 ou rlrti-" -."a, | |Subnível nâis €nergético ] Quando o átomo de ferro perde 2 elétrons e se transforma no íon Fe'*, este terá a seguinte distribuicão eletrônìca: K:2;L:8;M=14;N=2 úrti..-..d. 1 102 1e 2e 2pé 3e 3p6 3d6 ou Química Cefal Evidentemente, se o átomo de ferro perder 3 elétrons e se transformar no íon Fer*, este terá seouinte dìstr ibuicão eletrônica: 1s'1 2s'7 2p63s'z3p63ë ou Consideremos agora o caso de Íormação de um íon fre (número atômico : 16) tem a seguìnte dìstr ibuição 1C 2ç 2p6 3ç 3p1 ou Útt i ,na canraar I Quando o átomo de enxofre ganha 2 elétrons e distrìbuìção eletrônìca: K:2;L:aìM:13 negativo, digamos, por exemplo, S'z eletrônica: K=ZL:8;M:6 Ulfi'n. (nmada r se transfoffna no íon S' , este terá a K:2;L:8;M:8 O enxo- seguinte j Exercí.lo iesolvido 60 Utilizando o diagÍama de Pauling e conslderandÕ o eemento químìco tungstêsnio (w), de número atô m co iguala /4, rcsponda às segulntes queíões: a) Qua a dirhib! ÌçãÕ êletrônica do átomo de t!ngttênio por camadas o! níveis energéticos? b) Qlala distrÌbulçãÕ por subnív€is energéticos? c) Quais os elétrons mais externosT d) Quais os elétrons com maior enercla7 Seguindo o diag€ma dê PaulÌnq, t€mos: 1s'1 2s'7 2p63s'z3p6 ou r.t"Ê r4 d) Elétrons de maiorenergia são os quatro elétrcns do subníve 54 que foÌ o últ mo subnivel a ser p -eq, " ido. D- Ídto .o p pode.er i ' (dr . 1o didgrama de níveis energéticos dado à págÌna l0i q!e o subnílel 5desú acima do subnível 6s. Es.reva a estrltura eleiÍô.ica do átomo de fóíoro (nú T"ro dro-.o l ) , eì ,e- enddo íurd"n "n dl ind d. do d d . r lb- çdo do, elF rô_. nô. d ÍêFnr". . rbn \Fi . (Unlro) "Os impantes dentáfios eíão ma s segurôs no Brasl e já atendem às normas internacionai t de qualÈ dade. O grandesaltode qua idaile aconteceu no proces so deconÍecçao dos paÍafutos e pinor de titânÌo que com põem as próteses. Feltas coÍì igas de tÌtânio, essas póteses são lsadas para ÍiÌar corcas dentárias, apaÍe lhos Õrtôdônticor e dentad!ras nos o$os da mandíbula e do naxilal'. lÒrndl da Brcsil, ourubto, 1996. Consderando que o número atômico do titânlo é 22, sua configuração eLeÍôn ca seÍá: .) 1 s1 2s1 2p. 31 3p 4s1 . d) 1 t' 2s' 2p" 3ç 3p" 4s' 3e e) 1sl2s12p6 3ç 3pí 4s13d1t 4pL 61 a; oistriuulçao e etronica por camadas: ( : 2; L : 8; lú = 1ai N = 32j O:12t P: 2. b) Dktribuição eletrônica poÍ rubníveis: 1ç 212p" 1? 3pó4s'13dr 4p6 5t2 4d'r 5p" 6s'41'5d. c) Elótrons mais externos, ou mais aÍãstados, são osdoiselétrons si t !ãdos no subnível6r pois ees perLencem à úlrima camada que recebeu elébons, no.aso, a.amada P.A ú tima caÍnada recebe tam- bém o nome de camadâ ou nívelde valên.ia. Exercí<lo retolvldo 63 (U. Ub€raba-MC) Um átomo cuja confìguíação ee- rrônica é rs ' : 2;2135' : 3pó4; tem como númefo a) l0 b) 20 Basta somar os expoentes que aparêcem na distri buição êletrônica para se ter ô númefo atômico: 2+2+6+2+6+2=20. c) l8 ê)8 d)2 Capítulo 4 . A EVoLUçÃo Dos MoDELos aÍÒM cos 103 64 65 (UnifoËcE) o átômo de úm e emento quimicÕ tem 14 e ê ro. _o ] r r re 4 êrgFl io14 ìr .Orum.rodlomio a) 14 d) 26 b) 16 e) 36 .) 24 (UFPR) o úlumô elétrof de um átomo neutro aprcsenta o seguinte conjuntÕ de números quânticÕs , - 4, t l, r 0 ^ . aonvel ' ondndo qJ" o p r eÌo " l ; , 'ondo rpd , Ío 'b, l r po. . r núr4oq-d rr .odê.pin , lquara 2, .4 ' .urêonume 6ó (Uôl tâu SP) Um átomo que posui conf lguração I l2r'2p6 313praprcsenta nã camada mair erternal b) 3 elétrons d) 12 elétrons e) 15 elétrons A camada mais exierna é indicada pelo coeficiente maior no .aso 3. Somando se então os expoentes de 3í 3p' t€nros2 + 3 = 5. '67 (FE SP) A conÍlguração eetÍônca de um átonìo neutro no enadofundamenta é 1s':212pó3í 3pr. o iúmerc de orbitais va2ios remanescente no nive prln.ipal Mé: 'çt 5 d)6 ó8 (UFC CO) Os números atômicos dos elementos que, no enado fu ndamenta , têm eétrons nos orbitais lr,2t 2p, 73 (Uíac)UmátomÕ neutrc apresênta nú mero atômico lgua a 37. Em Ìeação a e$e átomo, moíre: a) a distribuÌção eletónica €m camadas; b) adisÍibu ção eletrônica em ordem cÍescente de eneÊ gla de subniveis; c) os quatrc iúmeros q!ánticos do últìmoelétrcn disÍi- (CesgranrÌo-RJ) a distribuição eletrônica corcta do áto- mo',:Fe, em camadas, é: a) 1s2 2s'12pí 3s '13p6 4s'13dó btt , ) . ] /p6. . )p"4. ] 3í t4pr5. 4d'rp o c) K=2 L:A M:16 d)K-2 L:A M 14 N=2 e)K=2 L=A M r8 N 18 O a P=2 íUfac) Um átomo que posui, no últlmo níve, !m elé . t ron desempafe hado com os seguÌntes números qudrrro\ .n \ t u i4 u ' 2 Fmlum-r^ a) 3l b) 37 c) 41 .t) 47 e) sl 35 e 3p, dos quas apenas um é desemparclhado, eÍão ndicados nas â temat vas: a) r3 b) 14 c) rs d) 16 e) t 17 g) 19 t8 69 DC a confiquração eeirônica do íon de sódio (Na ), .dbêrdo qu" o ún " .o "ròmko do .ódrÕ ó | L consideíando que o íon de sódÌo tem.arga elétrica +1, concluímos que e e equiva e ao átomo de sódio subtraindo um elétron da última camada ou nível eletrônico. Desse modo, paE resolver o probema baía Íazer a distrbulção eletrôni.anormal para o átomo neuÍo de sódio e, a seguir, subtÍair um elé tron do último nível: . para o átomo de sódio (Nar) - 112ç2p"ts1 r para o íon de sódio (Na-) - 1ç2ç2p^ (FE 5P) Qual é a distribuição eleÍônica, em subníveú, (Dado: nqatôíìico do cáclo = 20.) a) 1 sì 2s12p6 313p6 4s) d) 1 s '2s ' 2p'3ç 3p" 4s'1ê Dê a configuraçâo do íon Ct , sabendo que o átonìo neu- tÍo de clorÕ possuium totalde dezesete eétrons. (TE Ba!tu 5P) SabendÕ q!ê o número atômicô do ÍerÕ é 26, relponda:na cÕnfiguraçãoeletrônica doíon Fe", o úliimo subnÍve o.upâdo e o número de elétrons dese íon são respectivamente: a) 34 com ó eétÍons c) 34 com I eìét.ons b) 34 com 5 eétrcns d) 4i, com 2 elétÍons (Unip 5P) Quaôtos elétrons nâo empare hados existem no átomo de manganês (número atômico :ë), .o es- t)2 c) l .r) 5 .)1 /rEl-SP) sÕndo o \ub1nê a. ( o- ur ê l i ro l ) o m. . enêrgético de um átÕmo, podemôs aÍlrmar que: L o número tota de eléÍons dene átomo é iquala 19; ll. erte átomo apresenta 4 camadas eetrônicas; ll. sua configuração eletÍôni.a ê:1s'1i2lj 2p6j 3ç;3p') a) Apenas a afirmação ré coreia. b) Apenas a afirmação ll é cotreta. c) Apenas a afiÍmação lllé coreta. d) As afjrmações le llsao coÍetas. e) As afifmações le lllsão coíretas. I' 70 71 j € a)0 b)t 72 77 ê) 10 76 104 Química Ceraì a) c) e) A configuração eletrônÌca do íon NÌ' (Z: 28) é: a) 1st 2ç 2p6 3s1 3p' 4s' 3dr b) 1s' 2t 2p" ]sl 1pL 452 3tl'z c) 1? 2? 2pó 3s1 3pó 41 3d d) 1s'1 2? 2! 31 3p" 4ç 3d" e) 1s'1 2; 2p6 3s'1 3pó 3d: (UFRcs-Rs) O ion nìonoatômico 4' apÍesenta a conr guração eletÌônièa l;3p6parao úlumo nÍveL. O número atÔmico do eemento Á é: c) 14 e) 18 d) ró A ârnpada de sód o. ul izada nas c dades eÌte uz amare a produzidê peos !alos dos eló1rons fos á1omos de sódo (Un granrio-RJ) O ãtomo de magnésìo tem número atô mico 12 e número dê masta 24. Assiiale a alieÍnatva coreta re ativa ao Mg que perde! 2 êlétÍons. d) Tem coniiguraçâo eletrôni.a lç 2ç 2pL 3s1. e) Tem conÍ iguÍaçâo idênt ica à do Na (Z: 11) que peÊ No i im da décadâ de 70, um acidente na empresa Pd dibu d d" Me d. rF,- ro. ro oê pêto oê n ê (u o e cádmiono Rio PaÍaibuna. Campos, a cÌdade maisafetada, leve s€u abasLecimento de água srspenso por 72 hoüs. o 6/obo I âbr 2003. Os íons dos metaÌs citados são facilmente dúsÕlvidos na á9ua. Or- iê 'odê.rnddd.u i /ddd n"di . bu\ io" l - ro i ca do cátion bivalenie dô cãdmio é: (Dado: númefo atômÌ.o dô cádmio :48.) (U n B DF) 5ão dados os seq ! intes n ú merÕs quânticos para os elétÍons de maÌoÍ en€Eia de um átomo no estado '-1ddÌìFnrdr ' . L i r . Lq .Arêprp sentação corcta paÌa o seu s!bníve serã: mtr al N-T ] Flh lÌ l F lilil a2 79 a0 t ã)8 b) r0 a)4b)5 ( )6 d)9 : ! 3 I I , I USOS DAS RADIAçOES ELETROMACNETICAS Vimos, à págÌna 89, o espectrc eletÍomagnético completo e podemos dizerque; atualrnente, toda! as freqúêncjas ali presentes têm ap icâções pfáticas importantês. Ëm i luminação empregamos os mais vãÍ iados t Ìpos de lámpadas: as comuns (de f i iamento ìncandescente), as fluorescentes, as de uìtravioleta (usadas ern dancetefiat, as de infraverÌnelho (usadas ern tratamentos médicot etc. Os Íoqos de anfico qle lminam nossas mites Íestvas contêm o eemento magnésio, qle qlena eÍr t rdo !z branca muito rtênsâ Parâ prôdlz I ollras.ores colo.am se compostôs dê cobrê (dão.or az! ), de estÍôico (dâo .or veÍme ha) etc. i t r ì Capítulo 4 â A FVoLUçÃo Dos MoDELos aÌôMrcos 'Ì 05 Nos ralos /oser as ondas el€tfornagnétìcas tem um com- portamenlo especial como rnostramos abaixol N. !z.otruÍr as onnas sâo eTlnas l l ra de lâse' cômô uíà mú I lão. i . Í r f Ì ra Ì lo No /asef, ascndas.an nhaÌn emfase .omô !Ír bataLirâo de so dados marcirardo em Em comunicações, dlspomos de emissoras de rádio, de tel€visão, de relefonia celulaf etc. Darnos abaixo uma idéia das faixas de f f€qüência de €missão de a guns desses m€Ìos de telecomunicação. ' : . r " ' I ; I : ; 5 * mtf I90n Ì !0! 900 !0n 500 t l6 t7! 108 3a ' T\I LLH l ÌV nlHz kFz ' . r - ' . ' : R. oF1 Rid.AN1 J'geràção Eifdr B Baf.a ( : LìnndiA, ÌeLefôncs.elL l i res No cotidiano é comum o uso dos fornos de mÌcrcondãs, nos quais há um gerador de ondas eletromagnéticas (magnétron) qre emite na freqúência da oÍdem de 2.450 MHz. Essa freqúênciâ "aqlta" as molécu as de água existen tes nos alimentos/ provocando asslm o seu aquecimento (é por isso que a imentos rnuÌto "secoí' não são aquecldos de modo eficaz). l0ó Química Cefal Na ciência, o uso das ondas eletromagnéticas é tarnbém rÍuito comum. O! dois exemp os abaixo nos clão urna idéja do empÍego dessas ondas na identificação dos €lernentos químicos. , q j O chamadô tesle de chama é !n tcsie s np es p3ra ident i tcar cálons em ebôralórô t lmlodepar ina mpoé .ò. , todo.è o doõ òoè d a. oõpol eladó à chanìa âr! d. !m bco de Bunser e cada elemeftô lrafsmtirá à dì.m. lma.or cârâ.teristcà (!!e a ás corcsporde à cor aFresêrìta.ta na qlema dos ôllos crc ad tíc o) azu (.obrè) àmare o (só.tio). lerme rro (êsÍÔ.co) e âss Ín por d anre Aanálisê especÍâ é d-è.ena foma lnìasôtsrcâçãô dô Com aparê hos espe.rais .hâmados especlrômerros .Ô.sÉ!!cm se .lentlcar os eemenlôs q!Íncos com grande precsãô pea mêd ção exara da posçãô feal !a dc s las ra as esp-êctras Ess. ucsma idé a é !1 izâdâ pârâ êsìudâr. !z e ì t.la p. as esÍe es e descobr r quais são sels ccmenlos q!:m cos JormadoÍês Um exempo lnleressanrê é o do !ás hélo, q le fo desc.beÍ lo rc So (1868)27aios enles íe ser descobeno na Ìera (1995) o iome héÌo provénr do dêús do So na mitooqa !rela Concluindo, podemos dizer que vivemos/ atua mente, rodeados por ondas e etfomag néticas, especia mente nas grandes.dades. Esse e um tipo d€ po uição invisíve e s€m cheiro, mas que pod€ aÍetar a saúde das pessoas. E conhec do, por e\ernp o/ o risco que os poÍtadores de marca-passo caÍdíaco cofrem ao passar pelos detecioÍes de metais, existentes nos aeroportos e nas ponas dos bancos. Ainda não é bem conhecida a influêncla das radiações eletromagnéticas sobre a saúde humana depois de tongos prazos d€ exposição. Não há dúvida, porém, de que o aurnerito da freqüênciâ e da potência das radiações acaÍeta um aumento cle dsco para nossa saúde, como aconte(e com as pessoas que sofrem mujtas exposições aos raios X. Questões sobre a leitura 83 84 85 a6 a7 A que rê deve a luz emitda por lâmpadas de sódio o! por ámpadas fuorescentes? Qual a diíefença enÍe a luz comum e a luz /oser? o que Íansmite cores aosJogos de aúíício? Qualé a Íonte de calor num fofno de mì.Ìoondãs7 O que é um espectrÕmetro de emissâo? 107Capítulo 4 n A Evor.uçÃo Dos MoDELos aÌôMtcos a9 90 9t 92 88 (Vuiesp) O eemento quim co I po$ui 20 nêutrons, é Ìsótopo do elenrento químico 4 que po$ui l8 prótons, e isóbarc do elemento químico C, que tem ló nèutrons. com base nessas iiformações, pode se afirmaÍ que os e emeitos químicos,4, Be capresentam/ respecuvamen te, números atômicÕs iguais a: expanda dando uma faixa de coÍes desde ov€m€lho até o vioÌeta (como num aÍco íìs); num sequndo, uma sene de linhas separadas com áreas escu.as entÍe elas. A paÍtiÍdo exposto, julgue os itens. (0) No pimeirocaso, tem-se u m chaínado espectro con (l ) Quando se usa a vÌsão humana para detectar radia- ções, é possive abranger todas as faixas do espectro eletromagnéuco. (2) No segundo caso, fala-se de um espectÍo d screto ou oes.ontn!o. (3) o aparelho no qual é feÌta a decompolição da luz em seus diversos componentes é chamado especÍograÌo. 94 (U"B Df) o ê1têndimen o dd "nrulu d do dtomo. ndo é importante apenas para satÌsÍazeÍ à curiosidade dos cientistas; posibilita a produção de novas tecnologÌas. Um exeÍììplo disso é a descôbeda dos raios catódicos, feita pelo fGico WÌlliam CÌookes, enqlanto estudava as propÌiedades da eletÌicidade- TaldescobeÌta, a em deter contribuido paft um melhor entend Ìmento a respeito da conÍitulção da matéÍia, deu origem aos tubos de rma gem de te eviso.es e dos rnonitores dos computadores. Alguns 9Êndes cientistas que contribuíram para
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