1 Estrutura atômica clássica

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Modelos AtômicosModelos AtômicosModelos AtômicosModelos Atômicos
ProfªProfª. Lílian Fernandes Moreira. Lílian Fernandes Moreira
Por que utilizar modelos?
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• Modelos são construídos na busca de facilitar nossas interações com os entes modelados;
• Por meio de modelos, nas mais diferentes situações, podemos fazer inferências e previsões de propriedades;
• Os modelos não existem na natureza, são criações humanas , válidos enquanto puderem explicar um fenômeno.
A Evolução dos Modelos AtômicosA Evolução dos Modelos Atômicos
1808 1897 1913 19261911
Teoria Atômica ClássicaMecânica Newtoniana Teoria Atômica ModernaMecânica Quântica
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ESTRUTURA ATÔMICA CLÁSSICAESTRUTURA ATÔMICA CLÁSSICA
1808 1897 1911
Teoria Atômica ClássicaMecânica Newtoniana
 As três principais etapas desta evolução foram:
 a descoberta da natureza da matéria e do elétron;
 a constatação de que o átomo consiste num pequeno núcleo
ESTRUTURA ATÔMICA CLÁSSICAESTRUTURA ATÔMICA CLÁSSICA
 a constatação de que o átomo consiste num pequeno núcleorodeado de elétrons;
 A descoberta dos nêutrons.
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 Desde a antiguidade, o homem já sepreocupava em entender o comportamentoda matéria;
 Usavam o pensamento filosófico parafundamentar modelos e não utilizavam
A Evolução dos Modelos AtômicosA Evolução dos Modelos Atômicos
Leucipofundamentar modelos e não utilizavammétodos experimentais para tentarexplicá-los.
 Leucipo (440 a.C.) foi o primeiro apropor que a matéria era formada porpartículas indivisíveis que seu discípuloDemócrito (460 a 370 a.C.) chamou deátomos.
Demócrito
Leucipo
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Aristóteles
A Evolução dos Modelos AtômicosA Evolução dos Modelos Atômicos
 Átomo - do grego a = não, tomo = divisão
 No entando, o modelo era baseado apenasna intuição e na lógica.
(384 - 322 a.C.)
 Dentre os filósofos gregos, Aristóteles(e Platão) acreditava que a matéria poderiaser dividida indefinidamente → ‘continuum’
 Passaram-se, então 17 séculos para quealguma contribuição significativa fosseacrescentada à teoria atômica.
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 Por volta de 1808, o químico e físicoinglês John Dalton formulou sua teoriaatômica (propriedades dos gases)
A Evolução dos Modelos AtômicosA Evolução dos Modelos Atômicos
atômica (propriedades dos gases)
 a primeira tentativa de relacionarmudanças químicas a eventos que ocorrem anível de átomos individuais.
 O modelo de Dalton é considerado oprimeiro modelo atômico científico.
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“Cada elemento é composto de partes extremamente pequenas chamadas átomos.” 
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PORQUE?
4) Os átomos de um elemento não se convertem em4) Os átomos de um elemento não se convertem emdiferentes tipos de átomos por meio de reaçõesquímicas; os átomos não são criados nem destruídos nasreações.
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Modelo de Dalton
 De acordo com o Modelo de Dalton, átomos são oscomponentes básicos da matéria.
 Eles são as menores partes de um elemento que mantêm aidentidade química desse elemento.
 Como podemos observar nos postulados de Dalton, umelemento químico é composto de apenas uma espécie deátomo. Ex: Fe, H, Mg.
 Enquanto que um composto contém átomos de dois ou maiselementos. Ex: CO, H2, CH4.
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Modelo de Dalton
 A Teoria de Dalton explica várias leis simples de combinaçãoquímica que eram conhecidas naquela época.
 Por exemplo: A Lei da conservação de Massa - 1774 (leis ponderais).
 “A massa total dos compostos presentes depois de uma reaçãoquímica é igual à massa total antes da reação.”química é igual à massa total antes da reação.”
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A Evolução dos Modelos AtômicosA Evolução dos Modelos Atômicos
 A idéia do átomo indivisível de Dalton reinou por cerca de 90anos (1808 a 1897).
 No entanto, bem antes dos trabalhos de Dalton sedesenvolvia estudos sobre a natureza elétrica da matéria.
VÍDEO
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VÍDEO
A Natureza Elétrica da MatériaA Natureza Elétrica da Matéria
 A eletricidade está envolvida em muitas experiênciasrelacionadas ao desenvolvimento da Teoria Atômica.
 Ex: Os egípcios notaram que o âmbar (resina fóssil) ao serfriccionado com lã ou seda, atraía objetos.
 O fato de que alguns objetos eram capazes de atrair outrosfoi observado primeiro pelos antigos egípcios.
 Ex: Os egípcios notaram que o âmbar (resina fóssil) ao serfriccionado com lã ou seda, atraía objetos. (eletrização por atrito)
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A Natureza Elétrica da MatériaA Natureza Elétrica da Matéria
 Dois tipos de carga haviam sidodescobertos no início do século XVIII,pelo cientista e estadista norte-americano Benjamin Franklin.
 Ele as chamou de positiva (+) enegativa (-), isto porque, as cargas se Ele as chamou de positiva (+) enegativa (-), isto porque, as cargas seapresentaram como opostos e podiamneutralizar uns aos outros.
 Os experimentos de Franklinmostraram que as cargas iguais serepeliam e as cargas opostas se atraiam. Benjamin Franklin(1706-1790)
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 Após, os trabalhos de Benjamin Franklin, umdos primeiros indícios importantes relativos ànatureza elétrica dos átomos foi obtido em 1834,como resultado das experiências sobre eletrólisedo físico e químico inglês Michel Faraday.
A Natureza Elétrica da MatériaA Natureza Elétrica da Matéria
 1ª Lei de Faraday: ELETRÓLISE
Faraday
 1ª Lei de Faraday: ELETRÓLISE
"Quando a corrente elétrica passa através de umsal fundido ou em solução com o objetivo dedecompor o sal nos seus elementos, a açãoquímica da eletricidade é proporcional àquantidade absoluta de eletricidade que passa”.
 Exemplo: O fluxo contínuo de corrente através do PbBr2 fundidoproduz o dobro de Pb(s) e Br2 (g) em 10min do que 5min. 16
 Após, os trabalhos de Faraday, os cientistaspassaram a estudar, de forma mais aprofundada, osfenômenos de descarga elétrica na matéria.
 Nesse contexto, Willian Crookes, químico efísico inglês, obteve notáveis informações acercada natureza elétrica da matéria ao realizar seus
A Natureza Elétrica da MatériaA Natureza Elétrica da Matéria
da natureza elétrica da matéria ao realizar seusexperimentos com tubos de descarga de gás sobvácuo.
Tubos de Crookes 
Crookes
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Tubos de Tubos de CrookesCrookes
catodo
 Nesse experimento, quando uma alta voltagem era aplicadadentro do tubo, um tipo de radiação era produzida.
 Essa radiação, ficou conhecida como raios catódicos, porqueela originava-se no eletrodo negativo ou catodo.
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A Natureza Elétrica da MatériaA Natureza Elétrica da Matéria
 Mas afinal o que eram esses tais raioscatódicos?
 Nessa época, os cientistas defendiamopiniões divergentes sobre a natureza detais raios catódicos.tais raios catódicos.
 Foi então, no final do século XIXexperimentos realizados pelo físico inglêsJ. J. Thomson mostraram que os raioscatódicos eram desviados por camposelétricos ou magnéticos, sugerindo dessaforma, que os tais raios catódicos possuíamcerta carga elétrica.
Thomson
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A Natureza Elétrica da MatériaA Natureza Elétrica da Matéria
 Thomson, construiu um tubo de raios catódicos com uma telafluorescente, de modo que ele pôde medir de maneiraquantitativa os efeitos de campos elétricos e magnéticos no jatofino de raios catódicos que passava através de um orifício emum eletrodo carregado positivamente.
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A Natureza Elétrica da MatériaA Natureza Elétrica da Matéria
Tubos de Crookes e experiência de Thomson
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Tubos de Tubos de CrookesCrookes
 Tubos de imagem de televisão CRT (cathode ray tube) e monitoresCRT são construídos a base de raios catódicos.
 Uma TV CRT, por exemplo, é construída usando-se placaseletricamente carregadas para direcionar os raios catódicos sobre aparte de trás de uma tela fosforescente na qual enxergamos a imagem.
 Os raios catódicos “pintam” a imagem na tela.
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 Então, em um artigo publicado em 1897, Thomson apresentousuas observações e concluiu que os raios catódicos eram jatos departículas com massa, carregadas negativamente.
 O artigo de Thomson ficouconhecido como a descobertadaquilo que chamaríamos posteriormente de ELÉTRONS.
A Descoberta do ElétronA Descoberta do Elétron
daquilo que chamaríamos posteriormente de ELÉTRONS.
J. J. Thomson, Philosophical Magazine, 44, 293 (1897).
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 Em 1898, com base nas evidênciasexperimentais da época e no fato damatéria ser eletricamente neutra, Thomsonapresentou seu modelo atômico.
Seu modelo consistia, portanto, em uma
Modelo atômico de Thomson“ O Pudim de Ameixas”
 Seu modelo consistia, portanto, em umaesfera maciça de carga positiva na qual oselétrons estariam incrustados, semelhantea um pudim de ameixas.
 No modelo de Thomson, os elétronspossuíam um único movimento possível, o davibração e a carga positiva estariaespalhada por todo o átomo compensando acarga negativa dada pelos elétrons. 24
 Com a contribuição de Robert Millikan(1908) ficou demonstrado incontestavelmenteque a matéria era formada por partículascarregadas eletricamente.
A Massa e Carga do ElétronA Massa e Carga do Elétron
 No seu experimento chamado de gota deóleo, Millikan foi capaz de provar que todascargas elétricas são múltiplos de uma unidadeelementar definida, cujo valor é igual à1,6 x 10-19C.
Robert Millikan 
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• Millikan introduziupequenas gotas deóleo, provenientes deum atomizador, nacâmara de observação.
A Experiência de A Experiência de MillikanMillikan
• As gotas de óleoaspergidas dentro dacâmara caiamlivremente através deum pequeno orifícioapenas sob influênciada gravidade.
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A Experiência de A Experiência de MillikanMillikan
• As gotas de óleo, nacâmara inferior eramionizadas através deum feixe de raios X.
• Dessa forma, uma gota• Dessa forma, uma gotaera carregadaeletricamente epoderia ser facilmentereconhecida pela suaresposta a um campoelétrico, monitorando-se seu deslocamentoatravés domicroscópio.
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A Experiência de A Experiência de MillikanMillikan
• Carregando a placa superior positivamente e a inferiornegativamente, tornava-se possível parar a queda de uma gota pormeio de um ajuste da quantidade de carga elétrica nas placas e assimdeterminar a carga de uma única gotícula.
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A Experiência de A Experiência de MillikanMillikan
• Diferentes gotas possuíam diferentes cargas;• Milikan notou que elas eram um múltiplo inteiro da mesmacarga: 1,60 x 10-19 C
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A Experiência de A Experiência de MillikanMillikan
Video
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Video
Millikan Oil drop experiment
 Ernest Rutherford, cientistanoezelandês, era um pesquisador ligadoà equipe de Thomson quando realizou umexperimento que viria a mudarcompletamente a visão do homem a
Modelo atômico de Rutherford
completamente a visão do homem arespeito do átomo.
 No entanto, para o estabelecimentodo modelo de Ernest Rutherford foinecessário o descobrimento daradioatividade. Ernest Rutherford 
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Radiotividade
 Em 1896, o cientista francês HenriBecquerel estava estudando o mineral urânio,quando descobriu que ele espontaneamenteemitia radiação de alta energia capaz deescurecer uma placa fotográfica, mesmo queessa placa estive coberta por um papel pretoessa placa estive coberta por um papel pretopara evitar sua exposição à luz.
Becquerel
urânio
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 Essa emissão espontânea foi posteriormente chamada deradioatividade.
 Para Becquerel eram considerados radioativos os elementoscujos núcleos atômicos não eram estáveis, isto é, decaemespontaneamente em outros núcleos, emitindo partículas em
Radiotividade
espontaneamente em outros núcleos, emitindo partículas emforma de radiação.
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 Posteriormente, com a sugestão deBecquerel, Marie e Pierre Curiecomeçaram experimentos para isolaros componentes radioativos de váriosminerais.
RadioatividadeRadioatividade
 Inicialmente eles isolaram o polônioe o rádio, que também emitiam omesmo tipo de radiação.
 Em 1899, eles sugeriram quedeterminados elementos emitiam essesraios quando se desintegravam. Marie e Pierre Curie 
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 Os experimentos do casal Curie indicaram três tipos de radiação(alfa, beta e gama) que foram descritas por Ernest Rutherford
RadioatividadeRadioatividade
 Cada uma difere da outra quanto a sua reação a um campoelétrico.
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RadioatividadeRadioatividade
 Interessante notar que os raios  e  eram defletidos aopassar pela placa eletricamente carregada. No entanto, os raios passavam sem qualquer deflexão pelas placas.
 Com isso, o casal Curie pode concluir que os raios  e  erampartículas carregadas eletricamente, porque as cargas eramatraídas ou repelidas pelas placas. 36
RadioatividadeRadioatividade
 Outro detalhe interessante é que apesar de cada partícula ser duas vezes maior do que a partícula , as partículas  eramdefletidas em menor extensão e em menores desvios angulares,o que implica o fato de que as partículas  deveriam ser maispesadas do que as partículas .
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RadioatividadeRadioatividade
 A sugestão do casal Curie de que os átomos se desintegravamse opunha ao Modelo de Dalton que dizia que o átomo eraindivisível.
 De acordo com o casal Curie se os átomos podem então serdivididos, deve existir algo ainda menor do que o átomo, ou seja,divididos, deve existir algo ainda menor do que o átomo, ou seja,os átomos devem ser compostos de partículas subatômicasainda menores.
 Em 1903, Becquerel e o casal Curie, compartilharam o PrêmioNobel de Física pela descoberta da radioatividade.
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RadioatividadeRadioatividade
VÍDEO 03:20
BBC Atom.The.Key.to.The.Cosmos
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BBC Atom.The.Key.to.The.Cosmos
Modelo atômico de Rutherford
 No início do século XX, J. J. Thomsonhavia argumentado que já que os elétronscompreendiam apenas uma pequenafração de massa de um átomo, elesprovavelmente seriam responsáveis poruma fração igualmente pequena doprovavelmente seriam responsáveis poruma fração igualmente pequena dotamanho do átomo.
 Em 1910, Ernest Rutherford teveentão um raciocínio, baseado naradioatividade, que viria a mudar todo oconceito de átomo dado por Thomson.
Rutherford
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Experiência de Rutherford
rádio
 Rutherford, Marsden e Geiger bombardearam uma finíssimalâmina de ouro (0,0001 cm) com partículas alfa (que tem cargapositiva) oriundas de uma amostra contendo Rádio.
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Experiência de Rutherford
rádio
 O que se observou foi que a grande maioria das partículas alfadisparadas contra a placa passou por ela como se não existissenada. No entanto, para espanto deles, algumas partículaspassavam com desvios e algumas outras retrocediam.
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Experiência de Rutherford
rádio
 Os pesquisadores projetaram um aparelho para medir o ângulode desvio sofrido pelas partículas alfa pela fina folha de ouro.Consistia em um anteparo móvel revestido com sulfeto de zincoligado a um transferidor circular que indicaria os ângulos. 45
Experiência de Rutherford
Vídeo 12:12
BBC.Atom The.Clash.of.the.Titans
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Experiência de Rutherford
 Tal resultado levou Rutherford a propor que a matéria éconstituída principalmente por espaços vazios.
 Como as partículas alfa são positivas, concluiu-se que osdesvios e retrocessos fossem resultado da interação dessas comalgo de mesma carga.algo de mesma carga.
 Como estes desvios e retrocessos foram muito poucos,concluiu-se que a matéria do átomo fosse concentrada numaregião central positiva chamada núcleo.
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• Pai da física nuclear: 714N + 24α → 9F → 817O + 11p 
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Modelo de Rutherford
• Elétrons dispersos no espaço ao redor do núcleo• Espaço ocupado pelos elétrons é cerca 100.000 vezes maior que espaço ocupado pelo núcleo
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 Na seqüência dos estudos sobre a estrutura do átomo,Rutherford percebeu-se que no núcleo dos átomos existiria maisdo que um único próton.
 Rutherford havia observado ainda que apenas cerca da metadeda massa do núcleo se justificava pelos prótons. Rutherford havia observado ainda que apenas cerca da metadeda massa donúcleo se justificava pelos prótons.
 Entretanto esse fato comprometeria a estabilidade do núcleo,pois entre prótons (+) existiriam forças de repulsão queprovocariam a fragmentação do núcleo.
 Como isso não ocorria, Rutherford passou a admitir aexistência, no núcleo, de partículas com massa semelhante à dosprótons, mas sem carga elétrica. 51
 Essas partículas serviriam para diminuir a repulsão entre osprótons, aumentando a estabilidade do núcleo.
Além disso, essas partículas justificariam a massa maior que osnúcleos apresentavam.núcleos apresentavam.
 Essas partículas foram descobertas, em 1932, duranteexperiências com material radioativo, por James Chadwick, queas denominou de nêutrons.
Vídeo 8:30BBC Atom.The.Key.to.The.Cosmos
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James Chadwick (experimento nêutrons)
Joliot-Curie
Radiação γ: efeito compton (o próton é 2000x mais pesado)
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4 pulsos/minuto (mesmo com Pb)
10 pulsos/minuto
Átomo de RutherfordÁtomo de Rutherford
 O átomo é composto por elétrons, prótons e nêutrons.
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 Na tabela abaixo são apresentadas algumas propriedades daspartículas subatômicas.
Partículas SubatômicasPartículas Subatômicas
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Partículas SubatômicasPartículas Subatômicas
 Os átomos possuem massas extremamente pequenas.
 Dessa forma para expressar massas tão pequenas, criou-se otermo de unidade de massa atômica ou u.
 1 u = 1,66 x 10-24 g1 u = 1,66 x 10 g
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Descrição do átomoDescrição do átomo
 Os átomos são extremamente pequenos. A maioria deles temdiâmetro entre 1 x 10-10 m e 5 x 10-10 m.
 Uma unidade conveniente para se expressar dimensõesatômicas é o angstrom (Å).
1 Å = 10-10 m 1 Å = 10-10 m
 Os átomos tem, portanto, diâmetrosde 1 – 5 Å.
 Os diâmetros dos núcleos atômicossão da ordem de 10-4Å.
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Descrição do átomoDescrição do átomo
 O que torna um átomo de um elemento diferente de um átomode outro elemento?
É O NÚMERO DE PRÓTONS NO NÚCLEO
 Um átomo individual é especificado basicamente por dois Um átomo individual é especificado basicamente por doisnúmeros:
 Número atômico (Z): número de prótons no núcleo. Umátomo eletricamente neutro ou estável, tem número de elétronsigual ao de prótons, ou seja, Z = p = e-.
 Número de massa atômica (A): número total de núcleons(partículas do núcleo: prótons e nêutrons), ou seja, A = p + n.
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Descrição do átomoDescrição do átomo
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Relações atômicasRelações atômicas
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Isótopos, Números atômicos e números de massa
• Todos os átomos de um elemento têm o mesmonúmero de prótons no núcleo!• Somente em poucos casos (Al, P, F) os átomos deum mesmo elemento apresentam a mesma massa;• Isótopos: átomos de um elemento cujo número denêutrons e massa diferem;
• No isótopo, o número de nêutrons varia;
nêutrons e massa diferem;
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Massa atômica média
• Maioria dos elementos são encontrados na formade isótopos;• A massa atômica média é determinada usando:– Massa dos vários isótopos e suas abundâncias
• O carbono encontrado na natureza:98,892 % de 12C + 1,107 % de 13CAs massas são 12 u e 13,0035 u• A massa média do C:(0,9893)(12 u) + (0,01107)(13,00335) = 12,01 u
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Exercícios
• 1) Quantos prótons, nêutrons existem em umátomo de 197Au?
• 2) O magnésio tem três isótopos com massas24, 25 e 26.a) Escreva o símbolo químico completo para cada uma) Escreva o símbolo químico completo para cada umdeles;b) Quantos nêutrons existem no nuclídeo de cadaum dos isótopos?
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Exercício
• O cloro encontrado na natureza é constituído de75,78% de 35Cl, que tem massa atômica 34,969u,e 24,22% de 37Cl, que tem massa atômica36,966u. Calcule a massa atômica média do Cloro.
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