O átomo e sua estrutura

Prévia do material em texto

QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Todas as substâncias são formadas de pequenas partículas chamadas 
átomos. 
 Os gregos antigos foram os primeiros a saber que a matéria é formada 
por tais partículas, as quais chamaram átomo, que significa indivisível. 
 Os átomos porém são compostos de partículas menores: os prótons, os 
nêutrons e os elétrons. No átomo, os elétrons orbitam no núcleo, que 
contém prótons e nêutrons. 
 Elétrons são minúsculas partículas que vagueiam aleatoriamente ao 
redor do núcleo central do átomo, sua massa é cerca de 1840 vezes menor 
que a do Núcleo. 
 Prótons e nêutrons são as partículas localizadas no interior do núcleo, 
elas contém a maior parte da massa do átomo. 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Modelos atômicos 
400 aC 
Demócrito 
Modelo de Demócrito 
Modelo da bolinha maciça 
1808 
John Dalton 
Modelo de Dalton 
Modelo da bolinha maciça 
com base em dados 
experimentais 
2.200 anos 
1903 
Joseph John Thomson 
Modelo de Thomson 
“Pasta” positiva 
incrustada de elétrons 
negativos 
(Pudim de passas) 
95 anos 
1911 
Ernest Rutherford 
Modelo de Rutherford 
Núcleo positivo, elétrons 
girando em orbita 
circular 
8 anos 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
1911 
Ernest Rutherford 
Modelo de Rutherford 
2 anos 
1913 
Niels Bohr 
Modelo de Rutherford-Bohr 
Semelhante ao modelo 
de Rutherford, porém 
com orbitas quantizadas 
1916 
Arnold Sommerfeld 
Modelo de Sommerfeld 
orbitas elípticas 
3 anos 
8 anos 
1924 
Modelo atual 
Modelo de orbital 
 Louis de Broglie Werner Heisenberg 
Erwin Schrödinger 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Postulados de Bohr 
 A eletrosfera está dividida em camadas ou níveis eletrônicos, e os 
elétrons nessas camadas, apresentam energia constante; 
Em sua camada de origem (camada estacionária) a energia é constante, 
mas o elétron pode saltar para uma camada mais externa, sendo que, para 
tal é necessário que ele ganhe energia externa; 
 Um elétron que saltou para uma camada de maior energia fica instável e 
tende a voltar a sua camada de origem; nesta volta ele devolve a mesma 
quantidade de energia que havia ganho para o salto e emite um fóton de 
luz. 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
Características das partículas subatômicas: 
• O átomo é eletricamente neutro  (prótons = elétrons). 
• A massa do átomo está concentrada no núcleo. 
• O núcleo é cerca de 10000 X menor que o átomo. 
Partícula Carga Massa 
Próton + 1 1 
Elétron - 1 1/1840 
Nêutron 0 1 
1 Å = 10-10 m 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
Notação Química do Átomo: 
• Número Atômico (Z): n° prótons (p) 
• Número de Massa (A): A = p + n (nêutrons) X 
Z 
A 
Íons: é o átomo que perdeu ou ganhou elétrons. 
 
• Classificação: 
Cátion (+): átomo que perdeu elétrons. Ex. átomo: 23Na
11  Na+1 + e- 
Ânion (-): átomo que ganhou elétrons. Ex. átomo: 35,5Cl
17 + e-  Cl-1 
Cl 
17 
35,5 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
40Ar
18 e 40Ca
20 
42Sc
21 e 42Ti
22 
ISÓTOPOS – São átomos com o mesmo número de prótons 
12C
6 
13C
6 
14C
6 
15O
8 
16O
8 
1H
1 
2H
1 
3H
1 
Hidrogênio Deutério Trítio 
99,98% 0,02% 10-7% 
ISÓBAROS – São átomos com o mesmo número de massas 
ISÓTONOS – São átomos com o mesmo número de nêutrons 
A = n + p  n = A - p No. de nêutrons 
31P
15 n = 31 - 15 16 
32S
16 n = 32 - 16 16 
38Kr
18 n = 38 - 18 20 
40Ca
20 n = 40 - 20 20 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
RESUMO: 
Obs. Existem ainda as chamadas espécies isoeletrônicas, que possuem o 
mesmo número de elétrons. 
Exemplo: 23Na
11(+1) 16O
8(-2) e 20Ne
10 
Z (no de prótons) A (no. de massas) nêutrons 
Isótopos =   
Isóbaros  =  
Isótonos   = 
11 p 8 p 10 p 
23Na
11(+1) 10 e- 16O
8(-2) 10 e- 20Ne
10 10 e- 
12 n 8 n 10 n 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Os números quânticos 
 Os números quânticos descrevem as energias dos elétrons nos 
átomos e são de enorme relevância quando se trata de descrever a 
posição dos elétrons nos átomos. 
 
1) Número quântico principal; 
 
 
2) Número quântico de momento angular, azimutal ou secundário; 
 
 
3) Número quântico magnético 
 
 4) Número quântico de spin 
 Existem quatro números quânticos: 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Estes quatro números quânticos, além de se complementarem, nos 
permitem fazer uma descrição completa dos elétrons nos átomos. 
 Cada combinação dos quatro números quânticos é única para um 
elétron. 
 Pois eles dizem o nível principal de energia do elétron, o subnível de 
energia, a orientação espacial da nuvem eletrônica e a orientação do 
próprio elétron na nuvem. 
 Os primeiros três números quânticos são usados para descrever 
orbitais atômicos e a caracterização dos elétrons que neles se encontram. 
 O quarto número quântico, número quântico de spin, é utilizado na 
descrição do comportamento específico de cada elétron. 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Assim, qualquer par de elétrons pode ter até três números quânticos 
iguais sendo que, neste caso, necessariamente, o quarto número quântico 
deverá ser diferente, ou seja, este par de elétrons estará ocupando o 
mesmo orbital sendo que os elétrons apresentam spins opostos. 
 Número quântico principal (n) 
 Este número foi introduzido no terceiro postulado da teoria atômica de 
Niels Böhr, representando aproximadamente a distância do elétron ao 
núcleo. 
 O Número quântico principal pode apresentar os seguintes 
valores: n = 1,2,3,4,5,6,....∞. Os números fracionários, negativos e o 
zero, não são válidos para o número quântico principal. 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
Camadas da eletrosfera 
de um átomo 
Nível de 
energia 
n Camada 
1º 1 K 
2º 2 L 
3º 3 M 
4º 4 N 
5º 5 O 
6º 6 P 
7º 7 Q 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Número quântico de momento angular, azimutal ou secundário (l) 
 O número quântico de momento angular, ou azimutal, informa-nos 
sobre a forma das orbitais. 
 Foi introduzido por Sommerfeld, pois verificou-se que um elétron, numa 
mesma órbita, apresentava energias diferentes. 
 Tal fato não é possível se as órbitas forem circulares. Sommerfeld 
sugeriu que as órbitas são elípticas, pois elipses apresentam diferentes 
excentricidades, ou seja, distâncias diferentes do centro, gerando energias 
diferentes para uma mesma camada eletrônica. 
 O número quântico secundário indica a energia do elétron no subnível. 
Um nível de energia n é formado por n subníveis de energia, cujos valores 
de l variam de 0 a (n - 1). 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Esses subníveis são representados pelas letras s, p, d, f,respectivamente. O nome dos orbitais (s, p, d, f) vem dos nomes dados às 
linhas do espectro do Hidrogênio em Inglês: s para sharp (afiado), p para 
principal (principal), d para diffuse (difuso), e f para fundamental 
(fundamental). 
 O nome dos orbitais (s, p, d, f) vem dos nomes dados às linhas do 
espectro do Hidrogênio em Inglês: s para sharp (afiado), p para principal 
(principal), d para diffuse (difuso), e f para fundamental (fundamental). 
 Os subníveis teóricos, com l = 4, 5, 6, ..., são representados pelas letras 
g, h, i, ..., na seqüência alfabética. A representação de cada subnível é 
feita pelo valor de n, seguido da letra que indica o subnível (s, p, d, f). 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Os valores atribuídos para o número quântico secundário l são 0, 1, 2, 3, 
... n – 1. 
 O número máximo de elétrons, em cada subnível, é dado pela equação 
2 (2l + 1). Considerando apenas os subníveis conhecidos, com isso temos: 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 O número quântico secundário define o formato do orbital e localiza o 
elétron no seu subnível de energia: 
 
 l = 0, orbitais s, com formato esférico; 
 
 l = 1, orbitais p, com formato de dois lóbulos e um nódulo; 
 
 l = 2, orbitais d, com formato de quatro lóbulos e dois nódulos; 
 
 l = 3, orbitais f, com formato de oito lóbulos e quatro nódulos. 
 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Número quântico magnetico (ml) 
 O número quântico magnético, que foi estabelecido também por 
Sommerfeld, especifica a orientação permitida para uma nuvem eletrônica 
no espaço, sendo que o número de orientações permitidas está 
diretamente relacionado à forma da nuvem (designada pelo valor de l). 
Dessa forma, este número quântico pode assumir valores inteiros de -l, 
passando por zero, até +l. 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 O número de orbitais em cada subnível é dado pela equação (2 l + 1): 
 l = 0 : corresponde ao subnível s, onde existe somente uma orientação 
(ml = 0). 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 l = 1 : corresponde ao subnível p, onde existem três orientações 
permitidas, que surgem em decorrência dos três valores de ml (+1, 0, -1). 
Os três orbitais p são denominados px, py e pz e são orientados de acordo 
com os três eixos cartesianos (x, y e z). 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 l = 2 : corresponde ao subnível d onde existem cinco orientações 
permitidas, ou seja, cinco valores de ml (-2, -1, 0, +1, +2). São designados 
por dz
2 (orientação coincidente com o eixo z), dx
2
-y
2 (orientação 
coincidente com os eixos x e y, simultaneamente), dxy (orientado entre os 
eixos x e y), dyz (orientado entre os eixos y e z) e dxz (orientado entre os 
eixos x e z). 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
l = 3 : corresponde ao subnível f onde existem sete orientações 
permitidas, ou seja, sete valores de ml (-3, -2, -1, 0, +1, +2, +3). Os 
orbitais f apresentam formas ainda mais exóticas, que podem ser 
derivadas da adição de um plano nodal às formas dos orbitais d. 
Apresentam n-4 nós radiais: 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
Forma dos orbitais atômicos 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Número quântico de spin (mS) 
 Spin é o movimento de rotação do elétron em torno do seu eixo. 
 O movimento do elétron ao redor do núcleo atômico gera um campo 
magnético externo. Por outro lado, o movimento de rotação do elétron em 
torno do seu eixo gera outro campo magnético. 
 A mecânica quântica estabelece que a interação desses dois campos 
magnéticos é quantizada e são possíveis apenas dois estados. 
 Esses dois campos magnéticos ou se orientam paralelamente e no 
mesmo sentido ou paralelamente e em sentidos opostos. 
 Às duas orientações do spin eletrônico estão associadas energias 
diferentes, embora muito próximas uma da outra. 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Foram introduzidos os números quânticos + ½ e – ½ para os dois spins 
possíveis, denominados spin paralelo e spin antiparalelo. 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
Distribuição Eletrônica por Subnível 
Como num átomo de prótons (Z) é igual ao número de elétrons,conhecendo 
o número atômico podemos fazer a distribuição dos elétrons nos subníveis. 
H1: 1s1 Quantidade de e- 
Subnível s 
nível 1 
(camada K) 
Mg12  1s2 2s2 2p6 3s2 
Nível 1 2 3 
Camada K L M 
No. de elétrons 2 8 2 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
 Para podermos fazer a distribuição eletrônica precisamos conhecer o 
Principio de exclusão de Pauli, a regra de Aufbau e a regra de Hund. 
 O Principio de exclusão de Pauli postula que “em um sistema fechado, 
dois elétrons não podem ocupar o mesmo estado”, ou seja, não podem ter 
os 4 números quânticos idênticos. 
 A Rega de Aufbau diz que os elétrons 
preenchem sucessivamente os 
subníveis de energia em ordem 
crescente de energia, com o número de 
elétrons permitidos em cada subnível. 
 A Rega de Hund diz que o arranjo 
mais estável é aquele com maior 
número de spins paralelos. 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
Diagrama de 
Linus Pauling 
Subnível 
Nível s p d f e- 
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 2 
2 6 10 14 
Máximo de e- 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA 
K19 – 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s1 
 
K19 – [Ar], 4s1 
 
Quais são os 4 números quânticos da 
camada de valência? 
Camada 
de 
Valência 
n = 4  camada N ou 4 
l = 0  subnível s 
ml = 0  orientações possíveis 
ms = +1/2  spin do elétron 
Dê a distribuição eletrônica e os 4 números quânticos 
da camada de valência dos seguintes átomos: 
 
a) S b) N c) Br d) Xe e) Ba 
QUÍMICA GERAL E ORGÂNICA PROF. LEONARDO 
 
O ÁTOMO E SUA ESTRUTURA