QGI - AULA 01 - Estrutura da Matéria

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Estrutura Básica 
da Matéria
AULA 01
Matéria, substancias, elementos e compostos, propriedades Físicas e químicas, 
teoria atômica, elétrons, massa atômica e molecular, MOL, 
distribuição eletrônica, orbitais e números quânticos 
QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA
PROFESSOR NELSON ALENCAR
É a ciência que estuda a composição, estrutura,
propriedades da matéria, as mudanças sofridas por ela
durante as reações químicas e sua relação com a energia.
•A matéria;
•As transformações da matéria;
•E a energia envolvida nessas transformações;
Matéria (Um Pouco de História)
DEMÓCRITO (IV a.c)
O filósofo grego
“Há apenas átomos e vazio”
marginalizada durante mil anos.
Antoine LAVOISIER (1774)
“Na natureza, nada se cria, 
nada se perde, tudo se transforma”
Sistema Fechado m(reagentes) = m(produtos)
lei da conservação das massas
Joseph Louis PROUST (1801)
lei das proporções constantes
"Toda substância apresenta uma 
proporção em massa constante 
em sua composição".
John DALTON (1808)
“átomo é uma minúscula partícula 
(esfera) maciça, indestrutível, 
impenetrável e indivisível” 
Modelo Atômico
Bola de Bilhar
Matéria (Um Pouco de História)
J. J. THOMSON (1897)
Descoberta dos Elétrons
Modelo de pudim com passas
Premio Nobel de Fisica 1906
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑜 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛
𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑜 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑜𝑛
=
𝑞
𝑚
≅ 1,76 × 108 𝐶 𝑔
Ernest RUTHERFORD (1911)
experiência do espalhamento das partículas alfa
𝑅𝑎𝑖𝑜 𝐴𝑡ô𝑚𝑖𝑐𝑜 ≅ 10.000 𝑥 𝑟𝑎𝑖𝑜 𝑑𝑜 𝑛ú𝑐𝑙𝑒𝑜 ≅ 1Å
Niels BOHR (1913)
Descoberta do Orbital Molecular 
um elétron num átomo adquire apenas certas energias, e cada 
energia é representada por uma orbita definida, particular
Evolução da Teoria Atômica
O Modelo Atual
Arnold SOMMERFELD (1920)
Estabeleceu que o elétron descreve, também, orbitas 
Elípticas, além das circulares, assemelhando-se a uma 
sistema planetário em miniatura
Louis DE BROGLIE (1927)
Propoe que o elétron possui um comportamento duplo 
(Dualistico), ou seja, de uma partícula e de uma onda. 
Justificado mais tarde por Davisson e Germer
Werner HEISENBERG (1927)
Demonstrou, matematicamente, o princípio da incerteza, 
onde é impossível determinar, ao mesmo tempo a 
posição, a velocidade e a trajetória dos elétrons.
Erwin SCHRÖDINGER (1927)
estudou o comportamento ondulatório do elétron e 
formulou equações matemáticas a fim de determinar a 
energia e as probabilidades de encontrar elétrons 
O Modelo Atual
Modelo quântico
No modelo atual as
órbitas bem definidas
dos elétrons foram
substituídas por zonas
de probabilidade ele-
trônica – os orbitais.
O Modelo Atual (Características)
 O átomo pode ser dividido;
 O átomo é composto por partículas menores;
 o átomo é composto por prótons, nêutrons e elétrons;
 A maior parte da massa do átomo está no seu núcleo;
 Os elétrons estão posicionados em regiões bem determinadas chamadas de órbitas;
 Os elétrons ocupam níveis (camadas) e subníveis de energia;
 Quanto mais afastada do núcleo é a órbita de um elétron, maior é sua energia;
 Quando um elétron salta de um orbital para outro ele deve emitir ou absorver
energia na forma de luz (fóton).
Orbita do átomo de Hidrogênio
A figura mostra um átomo
constituído de um núcleo e
um elétron (bolinha azul)
em meio a várias partículas
(bolinhas amarelas). Uma
partícula colide com o
átomo (1) que se excita,
fazendo com que seu
elétron pule para um nível
de maior energia (2). Em
seguida o elétron volta
para seu nível de energia
original, liberando a
energia extra na forma de
um fóton de luz (3)
Os Elétrons 
Quando um elétron transita de uma órbita mais interna para uma órbita mais externa, absorve energia.
Os Elétrons 
Quando um elétron transita de uma órbita mais externa para uma órbita mais interna, emite energia.
Classificação da Matéria
MATÉRIA: tudo aquilo que ocupa espaço e tem massa
 ESTADOS: sólido, líquido, gasoso e plasma
PLASMA (Uma pitada de curiosidade)
Em física, Plasma é denominado o quarto estado da matéria. Difere-se dos
sólidos, líquidos e gasosos por possuir seus átomos separados ao ponto de
desprenderem-se dos elétrons. Por este motivo o plasma é também chamado
de gás ionizado. Estima-se que 99% de toda matéria existente esteja no estado
de plasma, o que faz deste o estado da matéria mais comum e abundante do
universo.
Um bom exemplo de plasma no nosso planeta é a formação da aurora boreal
(pólo norte) ou aurora austral (pólo sul).
MATÉRIA
MISTURAS
MISTURAS 
HOMOGÊNEAS
MISTURAS 
HETEROGÊNEAS
SUBSTÂNCIAS 
PURAS
COMPOSTOS ELEMENTOS
Separação 
métodos físicos
Separação 
métodos químicos
Substâncias e Misturas
 SUBSTÂNCIA: forma de matéria que tem uma composição definida
e propriedades características, diferindo uma das outras pela
composição (aspecto, odor, sabor, etc.).
Ex: água, a prata, o etanol, o sal de cozinha e o dióxido de carbono.
 MISTURA: combinação de duas ou mais substâncias em que estas
conservam suas identidades características, podendo ser
separadas por métodos físicos.
Ex: ar, bebidas refrigerantes, leite e cimento.
HOMOGENEAS HETEROGENEAS
Elementos e Compostos
 ELEMENTO QUÍMICO: Um conjunto de átomos que têm o
mesmo número de prótons em seu núcleo, ou seja, o
mesmo número atômico (Z).
Ex: Ouro (Au), Oxigenio (O)
 COMPOSTO QUÍMICO: é uma substância química constituída
por moléculas ou cristais de 2 ou mais átomos ou íons ligados
entre si
Ex: Água (H2O), Sal de Cozinha (NaCl)
TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS
Identificação do Átomo
 NÚMERO ATÔMICO (Z): é o numero de prótons (p) no núcleo
do átomo.
 NÚMERO DE MASSA (A): é a soma do numero de prótons (p)
mais numero de nêutrons (n) no núcleo do átomo.
Z = p = e
A = Z + n
Isótopos (número atômicos iguais)
Os isótopos são dois átomos do mesmo elemento químico com números de massa
(A) diferentes e números atômicos (Z) iguais. A diferença se encontra no número de
nêutrons. Os isótopos podem diferir em algumas características, como a densidade.
BOMBA H - na fusão nuclear os átomos 
de hidrogênio (deutério e trítio) se unem 
para liberar energia.
Isóbaros (massas atômicas iguais)
Isóbaros são átomos de diferentes elementos químicos e, portanto, de diferentes
números atômicos(Z), que apresentam o mesmo número de massa (A).
Isótonos (número de nêutrons iguais)
Isótonos são átomos de elementos diferentes que possuem número atômico
diferente (Z), número de massa diferente (A), porém o mesmo número de nêutrons.
Alotropia
São definidas como variedades alotrópicas substâncias simples diferentes que são
formadas pelo mesmo elemento químico. Sempre uma das variedades alotrópicas
é a mais estável e abundante na natureza.
Os principais exemplos são:
Cdiamante , Cgrafite* e C60 (fulereno)
O2* e O3
Pbranco e Pvermelho *
Srombico* e Smonoclínico
* forma alotrópica mais estável
Íons
São átomos em desequilíbrio elétrico, ou seja, átomos que ganharam ou perderam elétrons.
Exemplo:
𝟏𝟐𝑴𝒈
𝟎 ⇌ 𝟐𝒆− + 𝟏𝟐𝑴𝒈
𝟐+
Observe que o átomo de magnésio perde dois elétrons, o átomo de magnésio possui 12
prótons e 12 elétrons. O íon de magnésio possui 12 prótons e 10 elétrons, sendo assim sua carga é
2+.
Exemplo:
𝟕𝑵
𝟎 + 𝟑𝒆− ⇌ 𝟕𝑵
𝟑−
Observe que o átomo de nitrogênio recebe 3 elétrons, o átomo de nitrogênio possui 7 prótons
e 7 elétrons. O íon de nitrogênio possui 7 prótons e 10 elétrons, sendo assim sua carga é 3 -.
O íon positivo (Mg2+) é denominado cátion, já o íon negativo é chamado de ânion (N3-).
Massa dos Átomos
Os átomos são extremamente pequenos e tem uma massa extremamente reduzida
Ex:massa do oxigênio = 0,00000000000000000000002656g (é errado exprimir isso em g) 
No início do século XX, surgiu a idéia de usar um certo átomo como
Padrão de pesagem para átomos e moléculas.
Portanto, Massa Atômica (MA) é o número
que expressa quantas vezes um átomo é
maior que 1/12 da massa do carbono 12.
O magnésio tem uma
massa que vale 24 u, ou
seja, 24 x 1/12 do
carbono 12, o que
corresponde a 2 átomos
de carbono.
Cálculo da Massa Atómica
A massa atômica do elemento é determinada pela média ponderada das massas atômicas
dos seus isótopos. Isso é feito multiplicando-se as massas atômicas de cada isótopo pela
porcentagem que aparece na constituição do elemento. Depois, somam-se esses valores,
que são divididos por 100, resultando na porcentagem total.
Calculando a massa atômica (MA) desse elemento:
MAneônio = (20 . 90,92) + (21 . 0,26) + (22 . 8,82)
100
MAneônio = 20,179 u
Massa Molecular (Peso Molecular)
Como o próprio nome diz, é usada para substâncias moleculares, ou seja, átomos
ligados através de um compartilhamento de pares de elétrons, que são as
denominadas ligações covalentes.
A massa molecular é conseguida multiplicando-se a quantidade de átomos de cada
elemento pelas suas massas atômicas e somando-se os resultados
Por exemplo, a molécula de CO2 contém um carbono e dois oxigênios, assim multiplicaremos a
massa atômica do carbono por 1; e a do oxigênio por dois, somando-as posteriormente:
MMCO2 = (1 . MAC) + (2 . MAO)
MMCO2 = (1 . 12) + (2 . 16)
MMCO2 = 12 + 32
MMCO2 = 44 u
MOL (Do mundo Micro ao mundo Macro)
Átomos e Moléculas à Gramas 
Amedeo AVOGADRO
O número 6,02 × 1023 é uma
constante física fundamental, por
isso ficou conhecida como
Constante de Avogadro, uma vez
que é um número padrão para
representar um Mol de quaisquer
entidades elementares (átomos,
moléculas, íons, elétrons).
MOL – quantidade de
matéria de um sistema que
contem a mesma
quantidade de partículas
elementares existente em
0,012 kg de C12
MOL (Do mundo Micro ao mundo Macro)
Átomos e Moléculas à Gramas 
Massa Molar
A expressão correta para se referir a massa de uma porção de substancia cuja a
quantidade de matéria é um mol, é a Massa Molar (M).
A Massa Molar (M) é numericamente igual à Massa Molecular (MM), só que, a massa
molecular é adimensional, enquanto que a Massa Molar tem como unidade (SI) g/mol
(ou g.mol-1)
Exemplo:
MM(H2O) = 18 U, enquanto M(H2O) = 18 g/mol
Exemplo:
MM(Ca) = 40,1 U, enquanto M(Ca) = 40,1 g/mol
Quantidade de Matéria 
(Número de Moles)
Exemplos Resolvidos
Distribuição eletrônica dos Átomos
Um problema para os químicos era construir uma teoria consistente que explicasse como
os elétrons se distribuíam ao redor dos átomos, dando-lhes as características de reação
observadas em nível macroscópico.
Linus PAULING
Foi o cientista americano Linus C. Pauling quem apresentou a teoria até o
momento mais aceita para a distribuição eletrônica.
Ganhou 2 prêmios Nobel, o de química em 1954, por suas descobertas sobre
as ligações atômicas, e o da Paz em 1962, por sua militância contra as armas
nucleares
Para entender a proposta de Pauling, é preciso primeiro dar uma
olhadinha no conceito de camadas eletrônicas, o princípio que rege a
distribuição dos elétrons em torno do átomo em sete camadas, identificadas
pelas letras K, L, M, N, O, P e Q.
Camadas Eletrônicas
Uma característica destas camadas é
que cada uma delas possui um número
máximo de elétrons que podem
comportar, conforme as tabelas
Camada Número máximo de elétrons
K 2
L 8
M 18
N 32
O 32
P 18
Q 8
Subnível Número máximo 
de elétrons
Nomenclatura
s 2 s2
p 6 p6
d 10 d10
f 14 f14
Pauling apresentou esta distribuição
dividida em níveis e subníveis de energia,
em que os níveis são as camadas e os
subníveis divisões destes (representados
pelas letras s, p, d, f), possuindo cada um
destes subníveis também um número
máximo de elétrons.
Combinando Tudo
Camada Nível Subnível Total de 
elétronss2 p6 d10 f14
K 1 1s 2
L 2 2s 2p 8
M 3 3s 3p 3d 18
N 4 4s 4p 4d 4f 32
O 5 5s 5p 5d 5f 32
P 6 6s 6p 6d 18
Q 7 7s 7p 8
Diagrama de Linus Pauling
Na distribuição eletrônica, conforme Pauling, os elétrons se
distribuem segundo o nível de energia de cada subnível, numa
seqüência crescente em que ocupam primeiro os subníveis de menor
energia e, por último, os de maior.
É esta a tradução do diagrama de energia de Pauling, que
define esta ordem energética crescente que é também a seqüência
de distribuição dos elétrons:
Elemento químico Número atômico Distribuição eletrônica
He Hélio 2 1s2
K = 2
Cl Cloro 17 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
K = 2, L = 8, M = 7
Zr Zircônio 40 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2
K = 2, L = 8, M = 18, n = 10, O =2
Pt Platina 78 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d9
K = 2, L = 8, M = 18, N = 32, O = 17, P = 1
Orbitais
A orientação de um orbital é dada em função do sistema tridimensional de eixos
cartesianos. Assim é lógico admitir que o orbital “s”, por apresentar forma esférica, deva
apresentar somente uma orientação no espaço. Os orbitais “p” podem se orientar de
acordo com os eixos x, y, e z do sistema de eixos cartesianos.
Representação do orbital “s”
Representação dos orbitais “p”
é a denominação dos estados estacionários da função de onda de 
um elétron (funções próprias do Hamiltoniano (H) na equação de 
Schrödinger HΨ = EΨ, onde Ψ é a função de onda).
Orbitais
Os orbitais “d” e “f” apresentam, respectivamente, 5 e 7 orientações no espaço. O conjunto dos cinco orbitais “d”
é chamado subnível “d” e o conjunto dos sete orbitais “f” de subnível “f”. as notações 1s, 3p e 4f representam,
respectivamente, o subnivel s, situado no primeiro nível de energia, o subníve p, no terceiro nível de energia, e o
subnível f, no quarto nível de energia.
Números Quânticos
Estudos visando melhorar o conhecimento sobre átomo deram origem a uma nova teoria, a mecânica
quântica. Esta ciência estuda as diferentes energias dos elétrons associada a números quânticos, conheça-os
agora:
1- Número quântico principal (n)
Representa o nível de energia em que os elétrons estão localizados, pode variar de 1 a 7 
dependendo da camada em que se encontra. Confira na tabela abaixo: 
 
Camadas K L M N O P Q 
Quantidade de n 1 2 3 4 5 6 7 
 
As camadas estão localizadas na eletrosfera do átomo, cada uma comporta uma quantidade 
específica de elétrons. 
 
Camadas K L M N O P Q 
Quantidade de e– 2 8 18 32 32 18 2 
 
2- Número quântico secundário ou azimutal (l)
3- Numero quântico magnético (ml)
Indica a orientação do orbital no espaço. É representada ela letra m. O número de orientações que um
orbital pode apresentar é dado pela expressão 𝑚 = 2𝑙 + 1 dessa forma temos:
Estuda os subníveis (presentes nas camadas K, L, M...). É identificado pela letra L (minúscula), veja abaixo
os valores para cada subnível.
Subnível Nº Quântico (l) Máximo de elétrons 
s 0 2 
p 1 6 
d 2 10 
f 3 14 
 
Orbital Nº quântico 
secundário (l) 
Numero de 
orientações no 
espaço (2l + 1) 
Valores de m 
s 0 2 ∙ 0 + 1 = 1 0 
p 1 2 ∙ 1 + 1 = 3 -1, 0, +1 
d 2 2 ∙ 2 + 1 = 5 -2, -1, 0, +1, +2 
f 3 2 ∙ 3 + 1 = 7 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 
 
Spins ou Número Quântico Spin (mS)
Indica o sentido da rotação do elétron ao redor de seu eixo. É representado por um ms e pode ter dois
valores –1/2 e +1/2. Arbitrariamente ao sentido de rotação anti-horario é associado o valor –1/2 e ao sentido de
rotação horário o valor +1/2.
Regra de Hund
Friedrich HUND (1936)
Princípio da Maxima Multiplicidadeou Regra de Hund
“No preenchimento de um subnível de energia, enquanto cada orbital não
apresentar o 1º eletron, nenhum terá o 2º eletron.
Veja um exemplo: para o átomo de potássio (19K): 19K 1s
2 2s2 2p6 3s2 3p6 3s1. Os
números sobrescritos na letra correspondem ao número de elétrons existentes na
subcamada. Fazendo a distribuição eletrônica nos orbitais para o potássio, teremos:
O princípio da Construção ou
Princípio de AufBau