Estrutura Atômica e Estados da Matéria

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

●Matéria: é qualquer coisa que tenha massa e ocupe espaço.
●Substância: é uma forma simples e pura da matéria.
Ex.: ouro e água são substâncias (e matéria); carne humana é uma mistura de várias substâncias, é matéria.
Introdução – Conceitos Importantes
■ Matéria
1
GASOSO
LÍQUIDO
SÓLIDO
Forma e volume definidos
 Volume definido e forma variável
 Volume e forma variável
Volume fortemente influenciado por T e P
Estados da Matéria
2
● Composto
Molecular: um grupo discreto de moléculas ligados em um arranjo específico.
Iônico: um grupo de íons (átomos carregados positivamente ou negativamente) em um arranjo organizado.
É uma substância eletricamente neutra que consiste de dois ou mais elementos com seus átomos presentes em uma proporção definida.
3
Diamante (Cn)
Moléculas de Enxôfre(S8)
Composto Iônico
Cloreto de Sódio
Moléculas de 
Aspirina (C9H8O4)
4
Cobre metálico - Cu
Solução de CuSO4
(Cu2+)
Sódio metálico - Na
 Hidróxido de sódio (NaOH)
5
São MISTURAS de substâncias
Maioria dos materiais não são elementos puros ou compostos puros
Misturas
Homogêneas (ou SOLUÇÕES)
Heterogêneas
Ex.: misturas homogêneas: ar, sal de cozinha dissolvido em água, ligas metálicas
6
Diferenças entre MISTURAS E COMPOSTOS
MISTURA			 COMPOSTO
 os componentes podem ser separados usando-se técnicas físicas
 a composição é variável
 as propriedades estão relacionadas com as dos seus componentes
 os componentes não podem ser separados com técnicas físicas
 a composição é fixa
 as propriedades não são como as dos seus componentes
7
HIERARQUIA DOS MATERIAIS
Gás
Líquido
Sólido
Matéria
Misturas
Homogêneas
Heterogêneas
Substâncias
Técnicas físicas
Substância 
Composta
Substância 
Simples
Técnicas químicas
8
Estrutura Atômica
Leucipo (450 a.C) e Demócrito ( 460 a. C)
 constituídas por uma infinidade de partículas 
minúsculas, invisíveis, cada uma delas sendo
 eterna e imutável.
Matéria 
Final do Séc XVIII  Resultados experimentais
Leis ponderais das reações químicas
Lavoisier, Proust, Dalton e Richter
Filosoficamente
Demócrito
“Não existe nada a não ser átomos e espaço vazio” -Demócrito
Não é possível subdividir a matéria infinitamente
“a-tomos” = “não divisível”
átomos em movimento constante no espaço
forma e tamanho determina propriedades
átomos têm massa
John Dalton
Estudos sobre massas atômicas (1803)‏
Publicações (1805, 1807, 1808)‏
1808 – Teoria Atômica de Dalton
Átomo  partícula maciça e indivisível
John Dalton (~1800)‏
Elementos são compostos de átomos
Átomos têm massas características para cada elemento
J. J. Thomson
Tubo de raios catódicos
J. J. Thomson
Experimentos com tubo de raios catódicos (1897)‏
Prêmio Nobel (1906)‏
J. J. Thomson
observações e hipóteses
propriedades do raio independem do material do cátodo
raios são defletidos por ímãs
a matéria dos r.c. faz parte de todos materiais
ímãs defletem cargas em movimento; possivelmente os r.c. sejam partículas carregadas
J. J. Thomson
observações e hipóteses
raios são defletidos em direção a uma placa positivamente carregada
raios contornam obstáculos; geram sombras definidas
os raios catódicos são partículas negativamente carregadas
os r.c. se comportam como feixes de partículas
1897 – Modelo de Thomsom
Átomo  carregado positivamente com elétrons
 na superfície
J. J. Thomson
Modelo do Pudim de Ameixas
Ernest Rutherford
Prêmio Nobel (1908)‏
Radioatividade
Teoria atômica
Rutherford
Hipótese:
Pudim de ameixas => átomos sem concentrações de massa e carga.
i.e. átomos são alvos “macios”
Experimento:
Disparar partículas alfa (pesadas!)‏
alvo: folha fina de ouro
Previsão:
vão atravessar como balas contra o pudim macio de átomos.
Descoberta do próton
Raios canais ou raios positivos
1911- Experiência de Rutherford
Modelo do átomo 
nucleado
Rutherford
Experimento da Folha de Ouro
Rutherford
Experimento da Folha de Ouro
Thomson:
massa e carga difusas
Rutherford:
massa concentrada
núcleo positivo
elétrons vagam em torno no espaço vazio
Átomo de Rutherford
Núcleo incrivelmente pequeno (~10-14 m)‏
contém toda carga positiva
incrivelmente denso
Eletrosfera
elétrons movem-se ao redor do núcleo
espaço muito maior que o núcleo (~10-10 m)‏
Átomo de Rutherford
Modelo de Bohr
# Aceitou a suposição de Rutherford 
 “modelo planetário”
#Rejeitou a Física Clássica
1913 - Postulou :
Os elétrons se movem em órbitas circulares ao redor de um núcleo, sob ação de forças coulômbicas;
Apenas certas órbitas são permitidas e os elétrons nestas órbitas não emitem nem absorvem energia;
Para que um elétron passe de uma órbita (estado) para
 outra, é necessário que absorva um quantum de energia;
Limitações do átomo de Bohr:
os espectros dos átomos complexos
variação das intensidades das linhas
divisão de algumas raias
Em menos de 10 anos foi substituído por outro
 modelo que se mostrou mais apropriado
Modelo ondulatório
 A luz é onda ou partícula?
 Devemos aceitar os dois modelos e admitir que a 
verdadeira natureza da luz não pode ser descrita mediante
um único modelo clássico.
 1923 – Louis Victor de Broglie
 “Em virtude dos fótons terem características ondulatórias
 e corpusculares, talvez todas as formas de matéria tenham 
propriedades ondulatória e também corpusculares”.
1927- C. J. Daisson e J. H. Germer
Confirmaram experimentalmente a natureza ondulatória 
dos elétrons.
Elétron que é uma partícula talvez possa ser descrito
 como uma onda!
1926- Werner Heisenberg
É impossível determinar simultaneamente a posição e a velocidade de um elétron no átomo.
PRINCÍPIO DA INCERTEZA
Elétron  partícula-onda
 Elétron, que é uma partícula, talvez possa ser descrito como uma onda!
Visão do duque de Broglie do átomo de Bohr 
ESTRUTURAS DOS ÁTOMOS
Formadas por átomos (até fins séc. XIX = indivisível)
MATERIAIS
Núcleo
Prótons (+)
Nêutrons
Eletrosfera
Elétrons (-)
N
E
U
T
R
O
 Importância: O número de prótons, neutrons e elétrons são os responsáveis pelas propriedades químicas e físicas das substâncias. 
31
Número Atômico Z
Z = número atômico = número de prótons
Z é único para cada elemento
Adicionar ou retirar próton => novo elemento
Adicionar ou retirar nêutron => novo isótopo do mesmo elemento
Número de massa, simbolizado pela letra A, é a soma do número de prótons e neutrons contidos no núcleo de um átomo.
A = nº prótons + nº neutrons 
Exemplo, o núcleo de um átomo de sódio contem 11 prótons e 12 neutrons, portanto, o seu número de massa é 23.
O número de massa de um elemento químico é representado na parte superior do símbolo ou ao seu lado direito: 23Na 
Representação
X símbolo da tabela periódica
A em cima
Z embaixo
podendo ser omitido
A > Z, o número de cima é sempre maior
 No Prótons = Número Atômico (Z)  Elemento 							 Químico
Partícula
Massa (g)
Carga Elétrica
Próton
1 u.m.a
1,67 x 10-24g
+ 1
Neutron
1 u.m.a
1,674927x10-24g
0
Elétron
1/1836 u.m.a
9,10 x 10-28g
- 1
35
Partículas Subatômicas:
prótons, nêutrons, elétrons
Cabo-de-guerra nuclear
Força eletrostática
tendem a romper o núcleo
Força nuclear forte
mantém os núcleons unidos
curto alcance (10-13m)‏
  Equação de Schrödinger (1926)
 Desenvolveu uma equação  determina a região do espaço onde há a maior probabilidade de encontrar o elétron.
 Representando diagramas de “nuvens eletrônicas” que mostram as densidades de carga em átomos e moléculas.
 A região do espaço onde é máxima a probabilidade de encontrar um determinado elétron é chamado de orbital.
  Região no espaço descrita por um conjunto de números quânticos.
38
ÁTOMO: MODELO ATUAL
 MODELO ATÔMICO QUÂNTICO OU ONDULATÓRIO
Elétron como onda-partícula e situado em orbitais
 
Novas observações e experiências levaram a supor que o elétron, a exemplo da luz (Einstein-1905)
se comporta ora como partícula, ora como onda (De Broglie – 1923).
 Princípio da Dualidade ou de De Broglie: ”A todo elétron em movimento está associada uma onda característica”.
39
ÁTOMO MODELO ATUAL
 MODELO ATÔMICO QUÂNTICO OU ONDULATÓRIO
 Princípio da Incerteza ou de Heisenberg (1927): “Não é possível calcular a posição e a velocidade de um elétron, num mesmo instante”.
 Devido à dificuldade de calcular a posição exata do elétron, Schrödinger (1926), matematicamente, definiu a região de maior probabilidade de encontrar o elétron. Essa região do espaço foi denominada ORBITAL. 
40
DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA NOS SUBNÍVEIS
	 A energia do elétron em um nível e subnível de energia  distância do núcleo e forma da nuvem eletrônica foi deduzida pela mecânica quântica e pode ser determinada em ORDEM CRESCENTE DE ENERGIA, usando o Diagrama de Linus Pauling.
Diagrama de Pauling
41
 Número Quântico Magnético ( m ou ml)
 orientação do elétron no espaço
-l a +l
Tipo de subnível
Valores del
Valores de m
Quantidade de orbitais
s
0
0
1
p
1
-1, 0, +1
3
d
2
-2, -1, 0, +1, +2
5
f
3
-3,-2,-1,0,+1,+2,+3
7
Representação gráfica 1 orbital: 
 FORMATO CARACTERÍSTICO E DISPOSIÇÃO ESPACIAL
z
y
x
Orbital 1s
Orbital 2s
42
 Num mesmo orbital  e- com spins opostos = mais estável
  Elétrons emparelhados (par) num mesmo orbital = sem campo elétrico. Magnetismo devido ao spin de um elétron é anulado pelo magnetismo do elétron de spin oposto 
Cada elétron se comporta como um pequeno imã.
b) Magnetismo do elétron resultante da rotação (spinning) da carga negativa
ms = + 1/2 -1/2 
e- gira ao redor do seu eixo no sentido horário ou anti-horário
 Número Quântico Spin 
43
Distribuição eletrônica em orbitais
 Princípio da exclusão de Pauli: num orbital existem no máximo 2 e- com spins opostos.
 
Regra de Hund: para preencher os orbitais de um mesmo subnível deve ser feito de modo que tenhamos o maior número possível de elétrons desemparelhados.
Em um átomo, dois elétrons não podem apresentar o mesmo conjunto de nos quânticos.
1s2
1o elétron
n = 1
l = 0
ml = 0
ms = +1/2
2o elétron
n = 1
l = 0
ml = 0
ms = -1/2
Exemplo: 2He4
44
Distribuição eletrônica em orbitais
 Elétron mais energético: último na distribuição
Exemplo:
Sc21 
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1
Distribuição eletrônica para o último nível do átomo de carbono
6C12 1s2 2s2 2p2 
Estado normal: 
45
 Um átomo, em seu estado normal, é eletricamente neutro. 
 Um átomo pode ganhar ou perder elétrons sem sofrer alteração em seu núcleo, resultando partículas denominadas ÍONS.
* íon positivo Cátion
* íon negativo Ânion
46
 DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA EM ÍONS 
Átomo
Neutro
PERDER e-
RECEBER e-
ÍON POSITIVO
ÍON NEGATIVO
EXERCÍCIO: Distribuição eletrônica do Fe+3, Fe+2, O-2
47
Isótopos
mesmo Z, diferente M
fisicamente distintos
quimicamente
quase indistinguíveis
Isótopos
Alguns são comuns
Alguns são instáveis e muito raros
Exercícios:
Quantos elétrons tem um átomo que possui apenas as camadas K L, sabendo-se que estas estão lotadas de elétrons?
2. Qual a distribuição eletrônica num átomo de bromo que possui um total de 35 elétrons?
3. Quais são os números de prótons (Z), de massa (A), de nêutrons (N) e de elétrons (e) de um átomo de potássio 19K39 em seu estado normal?
4. Quais são os números Z, A, nêutrons e elétrons de um cátion de potássio (K+) com carga elétrica +1?
5.Quais são os números Z, A, nêutrons de um ânion S-2, com carga elétrica -2, sabendo-se que o enxofre em seu estado norma é 32S.
6. Quais são os subníveis que formam a camada eletrônica L?
7. Qual o número máximo de orbitais que podem existir no nível energético M?
8. Apresente a distribuição eletrônica para o átomo de carbono. Apresente como os elétrons mais energéticos estão distribuídos em orbitais.
9. Um átomo possui, em uma camada, os subníveis s, p e d com o máximo de elétrons. Quantos elétrons possui essa camada, supondo que somente os subníveis s, p e d estejam presentes?
10.Coloque no esquema abaixo, que representa o subnível “d” um total de 7 elétrons.
11. Qual a estrutura eletrônica do enxofre (Z=16) por nível e subnível eletrônicos?
12. Qual a estrutura eletrônica do ânion S-2 
- por subníveis:
- por camadas:
Sheet1
	Partícula	Massa (g)	Massa (u.m.a.)	Carga*
	próton (p+)	1,6727x10-24	1,007276	1
	nêutron (n)	1,6750x10-24	1,008665	0
	elétron (e-)	9,110x10-28	0,000548	-1
	
	*em unidades de 1,602x10-19 coulomb
Sheet1
	Isótopos do carbono
	isótopo	abundância natural	massa (u.m.a.)	meia-vida
	carbono-12	98,89%	12 (por definição)	estável
	carbono-13	1,11%	13,003354	estável
	carbono-14	traço		5730 anos
	carbono-15	zero		2,4 s
	carbono-16	zero		0,74 s