átomos, moléculas e íons

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÂNICA E INORGÂNICA 
CURSO: ENGENHARIA DE PESCA 2012.2 
DISCIPLINA: CE 801 PROF. M A T O S 
 
 
 
ÁTOMOS, MOLÉCULAS E ÍONS 
 
TEORIA ATÔMICA DE DALTON 
 
Em 1808, as hipóteses acerca da natureza da matéria nas quais a teoria atômica 
de JOHN DALTON se baseia estão resumidas da seguinte forma: 
 
1. Os elementos são constituídos por partículas extremamente pequenas 
chamadas átomos. 
2. Todos os átomos de dado elemento são idênticos, tendo o mesmo tamanho, 
massa e propriedades químicas. Os átomos de um elemento são diferentes 
dos átomos de todos os outros elementos. 
3. Os compostos são constituídos por átomos de mais de um elemento. Em 
qualquer composto, a razão entre os números de átomos de qualquer 
elemento presentes é um numero inteiro ou uma fração simples. 
4. Uma reação química envolve apenas a separação, combinação ou rearranjo 
dos átomos: não resulta na sua criação ou destruição. 
 
 
ESTRUTURA DO ÁTOMO 
 
Com base na teoria atômica de Dalton, definimos átomo como a unidade básica de um 
elemento que pode participar de uma combinação química. A partir de 1850 uma serie 
de investigação demonstram que o átomo é constituído por partículas subatômicas: os 
elétrons, os prótons e os nêutrons. 
 
ELÉTRONS 
 
O tubo de raios catódicos trata-se de um tubo de vidro do qual se faz evacuar do seu 
interior boa parte do ar. Quando se ligam as duas placas metálicas à fonte de alta 
tensão, a placa carregada negativamente, denominada catodo, emite uma radiação 
invisível. Os raios catódicos são atraídos para a placa com carga positiva, conhecida 
como ânodo, passam através de um orifício e continuam o percurso até a outra 
extremidade do tubo. Quando os raios atingem a superfície do tubo coberta com um 
revestimento especial, produzem uma fluorescência forte ou uma luz intensa. 
 
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Quando duas placas carregadas eletricamente e um imã foram colocadas na parte 
externa do tubo de raios catódicos, observamos que quando o campo magnético esta 
ligado e o campo elétrico desligado, os raios catódicos atingem o ponto A. quando se 
aplica apenas o campo elétrico, os raios atingem o ponto C. quando ambos os campos, 
elétrico e magnético, estão desligados ou ligados, mas equilibrados anulando a 
influencia um do outro, a radiação atinge o ponto B. pela teoria eletromagnética, um 
corpo carregado em movimento comporta-se como um imã e pode interagir com os 
campos elétrico e magnético que atravessa. Como os raios catódicos são atraídos pela 
placa com carga positiva e repelidos pela placa com carga negativa devem ser 
constituídos por partículas com carga negativa, denominados ELÉTRONS. 
O físico inglês J.J.Thomson utilizou esses estudos e a teoria eletromagnética para 
determinar que a razão entre a carga do elétron e a massa de um elétron é de -1,76 x 
108 C/g. Millikan estudando gotas de óleo descobriu que a carga de um elétron era de 
– 1,6022 x 10-19 C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
RADIOATIVIDADE 
 
Em 1895, o físico alemão Wilhelm Rontgem observou que os raios catódicos faziam 
com que o vidro e os metais emitissem uma radiação altamente energética que 
penetrava a matéria, escurecia placas fotográficas cobertas e provocava fluorescência 
em varias substancias. Como essa radiação não sofria desvios na presença de imãs, não 
 
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podia conter partículas com carga, à semelhança dos raios catódicos. Rontgen 
chamou-lhes de raios – X. 
 
 
 
Em 1896 Henri Bequerel, realizando experimento com um composto de urânio 
conhecido como blenda resinosa, descobriu um novo tipo de radiação, batizada de 
partículas emitida espontaneamente pelo composto. Marie Curie determinou que 
essas partículas eram provenientes do interior do próprio átomo de urânio. Ela 
chamou esse fenômeno de radioatividade. 
 
Investigações posteriores mostraram que na quebra ou desintegração de substancias 
radioativas, tipicamente nuclear, como o urânio, são produzidos três tipos de radiação 
dois dos quais desviados por placas metálicas com cargas opostas. A radiação  
consiste em partículas com carga positiva, chamadas de partículas , e são desviadas 
pela placa com carga positiva. A radiação , ou partículas , são elétrons e são 
desviados pela placa com carga negativa. O terceiro tipo de emissão radioativa 
consiste em raios de elevada energia, não possuem carga elétrica, não são afetados 
por campos externos elétrico e magnético e são denominados de raios . 
 
 
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PROTON E NUCLEO 
 
Em 1886, Eugen Goldstein utilizando um catodo perfurado em tubos semelhantes ao 
de Crookes, observou um foco luminoso surgir atrás do catodo, vindo da direção do 
anodo. Esses feixes foram denominados de raios anódicos. Por terem carga elétrica 
positiva, eram desviados para o eletrodo negativo na presença de um campo elétrico 
externo ao tubo. 
A razão carga/massa dos íons positivos mudava dependendo do gás utilizado. De todos 
os gases empregados nos experimentos, o hidrogênio era o que produzia raios 
anódicos com menor massa. A essa parte elementar dos raios anódicos chamou-se 
PRÓTON. 
Em 1913, o físico inglês Henry Moseley demonstrou que cada elemento químico 
possuía um numero atômico diferente e seqüencial, que ia desde o hidrogênio 
(numero atômico Z = 1) até o urânio (numero atômico Z = 92). 
 
ÁTOMO NEUTRO significa: quantidade de PRÓTONS = QUANTIDADE DE ELÉTRONS 
 
 
MODELO ATOMICO DE THOMSON 
 
Em 1898, J.J. Thomson baseado nas evidencias de que os átomos eram formados por 
pequenas partículas carregadas negativamente (elétrons) e positivamente (prótons), e 
que os elétrons compreendiam apenas uma pequena fração de massa, comparada 
com os prótons, propôs o seguinte modelo denominado de “pudim de passas”: 
Um átomo pode ser imaginado como uma esfera com carga positiva uniforme de 
matéria, na qual os elétrons estão embutidos semelhantes a passas em um bolo (ver 
figura abaixo). 
 
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ÁTOMO NUCLEAR 
 
Em 1910, o físico neo-zelandes Ernest Rutherford fez experimentos utilizando 
partículas  para analisar a estrutura dos átomos. Rutherford realizou uma serie de 
experimentos empregando laminas muito finas de ouro e de outros metais como alvos 
para partículas  oriundas de uma fonte radioativa. (ver figura abqaixo). 
Baseado no modelo de Thomson, ele esperava que as partículas  deveriam ter 
atravessado a lamina com desvios muitos pequenos devido às cargas positiva do 
átomo ser muito difusas. 
 
 
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Nesse experimento Rutherford observou: 
 
 A maioria das partículas  penetrava a lamina sem desvio ou com apenas 
ligeira deflexão. 
 Mas, de vez em quando, uma partícula  era desviada de um ângulo grande. 
 Em alguns casos, a partícula  era ricocheteada na direção de onde tinha vindo. 
(Esse foi o achado surpreendente, pois no modelo de Thomson a carga positiva 
do átomo era tão difusa que as partículas  deveriam ter atravessado a lamina 
com desvios muitos pequenos). 
 
Rutherford deu a seguinte explicação para os resultados obtidos: 
 
 Grande parte do átomo deve ser constituída de espaço vazio. Isso explica o 
porquê de a maioria das partículas  atravessarem a lamina de ouro 
praticamente sem desvios. 
 As cargas positivas do átomo se encontravam todas concentradas no NÚCLEO, 
um cerne denso no interior do átomo. No experimento, sempre que uma 
partícula  se aproximava de um núcleo, sofria grande força de repulsão e, 
portanto, era muito defletida. 
 Quando uma partícula  no percurso se dirigia diretamente para o núcleo, ela 
seria completamente repelida e sua direção, invertida. 
 
As partículas com cargas positivas no núcleo chamam-se PRÓTONS. Em experimentos 
separados, verificou-se que cada próton transporta a mesma quantidade de carga que 
um elétron e tem massa de 1,67262 x 10-24 g – cerca de 1.840 vezes a massa do elétron 
de carga contraria. 
Enquanto os prótons estão confinados ao núcleo do átomo, concebem-se os elétrons 
como estando espalhado à volta do núcleo e a alguma distancia deste. 
O NEUTRON 
 
O MODELO ATOMICO DE Rutherford trouxe o seguinte problema: o hidrogênio, o 
átomo mais simples, continha apenas um próton e o átomo de Helio dois prótons. 
Portanto, a razão entre a massa do átomo de Helio e a massa do átomo de hidrogênio 
deveria ser 2:1. Na realidade, contudo, é 4:1. Rutherford postulou a existência de 
outro tipo de partícula subatômica no núcleo atômico. 
 
Em 1932, o físico inglês James chadwick bombardeou uma folha fina de berílio com 
partículas , o metal emitiu uma radiação de energia muito elevada, semelhante aos 
raios . Experiências posteriores mostraram que a radiação era constituída por um 
terceiro tipo partícula subatômica, à qual Chadwick deu o nome de NEUTRON, porque 
 
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elas mostraram serem partículas eletricamente neutras com uma massa ligeiramente 
superior à massa dos prótons. 
 
PARTÍCULA 
MASSA 
(g) 
C A R G A 
Coulomb Unidades de Carga 
Elétron 9,10939 x 10-28 - 1,6022 x 10-19 - 1 
Próton 1.67262 x 10-24 + 1,6022 x 10-19 + 1 
Neutron 1,67493 x 10-24 0 0 
 
 
Explicando o problema: 
 
No núcleo de Helio há dois prótons e dois nêutrons, mas, no núcleo de hidrogênio, 
apenas um próton e nenhum nêutron, daí a razão 4:1. 
NÚMERO ATÔMICO, NÚMERO DE MASSA E ISÓTOPOS. 
 
NÚMERO ATÔMICO 
 
Todos os átomos são identificados pelo numero de prótons e de nêutrons que contem. 
O NÚMERO ATÔMICO (Z) é o numero de prótons no núcleo de cada átomo de um 
elemento. Em um átomo neutro, o numero de prótons é igual ao numero de elétrons 
e, por isso, o numero atômico também indica o numero de elétrons presentes no 
átomo. A identidade química de um átomo pode ser determinada apenas pelo seu 
numero atômico. 
EXEMPLO: 
O numero atômico do carbono é 6. Portanto, cada átomo de carbono contem 6 
prótons e 6 elétrons. 
NÚMERO DE MASSA 
Número de massa (A) é o numero total de prótons e de nêutrons presentes no núcleo 
de um átomo de um elemento. 
Número de Massa (A) = 
Número de Prótons + Número de Nêutrons 
 
Número Atômico + Número de Nêutrons 
 
Número de Nêutrons = A – Z 
Observe que o numero atômico, o numero de nêutrons e o numero de elétrons devem 
ser inteiros positivos. 
 
 
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Os átomos de um dado elemento nem todos possuem a mesma massa. A maior parte 
dos elementos possui dois ou mais isótopos. 
ISÓTOPOS – átomos que possuem o mesmo número atômico, 
mas número de massa diferente. 
 
X
A
Z
Número de Massa
Número Atômico
 
Apenas os isótopos do hidrogênio possuem denominações diferentes: 
H
1
1
Hidrogenio 
H
2
1
Deutério 
H
3
1
 Trítio 
 
Os isótopos dos demais átomos levam o nome do próprio átomo e identificados pelos 
seus números de massa. 
 U
 235
 92 U
 238
 92 
 
As propriedades químicas de um elemento são determinadas pelos prótons e elétrons 
nos seus átomos: os nêutrons não participam das transformações químicas em 
condições normais. 
 
Isótopos do mesmo elemento possuem propriedades 
químicas semelhantes, formam os mesmos tipos de 
compostos e apresentam reatividade semelhante. 
 
 
Indique o numero de prótons, de nêutrons e de elétrons, em 
 
 
RESOLUÇÃO 
 
O numero atômico é 8, logo existem 8 prótons.  Z = 8 
O numero de massa é 17.  A = 17  N = A – Z 
N = 17 – 8 = 9 nêutrons 
O numero de elétrons é igual ao numero de prótons, ou seja, 8. 
 
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MOLÉCULAS e ÍONS 
 
De todos os elementos, apenas os seis gases nobre, (He, Ne, Ar, Kr, Xe e Rn) existem na 
natureza como átomos isolados. 
 
A maior parte da matéria é composta por 
moléculas ou íons formados por átomos. 
 
 
MOLECULAS 
 
Uma molécula é um agregado de, pelo menos, dois átomos ligados em um arranjo 
definido por forças químicas. 
Uma molécula pode conter átomos do mesmo elemento ou átomos de dois ou mais 
elementos unidos em uma razão fixa, conforme a lei das proporções definidas. Tal 
como os átomos, as moléculas são eletricamente neutras. 
Moléculas como H2, N2, HCl, CO, são denominadas moléculas diatômicas porque 
contem apenas dois átomos. 
A maioria das moléculas contém mais de dois átomos. Podem ser átomos do mesmo 
elemento, como a molécula de ozônio, O3, que é constituída por três átomos de 
oxigênio, ou podem ser combinações de dois ou mais elementos diferentes que são 
chamadas de moléculas poliatômicas, como o O3, H2O e NH3. 
 
ÍONS 
Um íon é um átomo ou grupo de átomos 
que tem uma carga positiva ou negativa. 
 
Durante as transformações químicas o numero de prótons no núcleo de um átomo 
mantém-se inalterado, embora esse átomo possa ganhar ou perder elétrons. A perda 
de um ou mais elétrons origina um CÁTION, ou seja, um íon com carga positiva. 
 
EXEMPLO 
Átomos de Na Íon Na+ 
11 prótons 11 prótons 
11 elétrons 10 elétrons 
 
 
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Quando um átomo ganha um ou mais elétrons origina um ÂNION com carga negativa. 
EXEMPLO 
Átomo de Cloro Íon Cl- 
17 prótons 17 prótons 
17 elétrons 18 elétrons 
 
Um átomo pode ganhar ou perder mais de um elétron. 
 
Íons como Mg2+, Fe3+, Na+ e Cl- são chamados de íons monoatômicos porque contêm 
apenas um átomo. 
Dois ou mais átomos podem combinar-se formandoum íon com carga positiva ou 
negativa e são chamados íons poliatômicos. Exemplo: OH--, CN-- e NH4
+. 
O cloreto de sódio – NaCl – o sal de cozinha, é denominado um composto iônico 
porque é formado por cátions e ânions. 
 
FÓRMULAS QUÍMICAS 
 
Os químicos usam formulas químicas para representar a composição das moléculas e 
dos compostos iônicos em termos de símbolos químicos. Por composição, entende-se 
tanto os elementos presentes como também, o numero de cada tipo de átomos que 
estão combinados. 
FÓRMULAS MOLECULARES 
A fórmula molecular indica o numero exato de átomos de cada elemento em uma 
substancia. Assim, 
H2 Fórmula molecular do hidrogênio 
O2 Fórmula molecular do oxigênio 
O3 Fórmula molecular do ozônio 
H2O Fórmula molecular da água 
 
Observe que o oxigênio, O2 e o ozônio, O3 são alótropos do oxigênio. 
Um alótropo corresponde a uma de duas 
ou mais formas distintas de um elemento. 
 
As duas formas alotrópicas do carbono são: diamante e grafite. 
 
 
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A formula estrutural mostra a maneira como os átomos se ligam entre si na molécula. O
O O
H2O
 
Na molécula de água, cada um dos átomos de H se encontra ligado ao átomo de O. 
Portanto a formula estrutural da água está mostrado acima. Um traço entre dois 
símbolos atômicos representa uma ligação química. 
FORMULAS EMPIRICAS 
A FÓRMULA EMPIRICA revela quais os elementos presentes e a 
razão mais simples em números inteiros, entre eles. 
 
A fórmula molecular do peróxido de hidrogênio - água oxigenada – é H2O2. Essa formula indica 
que cada molécula de peróxido de hidrogênio consiste em dois átomos de hidrogênio e de dois 
átomos de oxigênio. A razão do numero de átomos de hidrogênio para o numero de átomos 
de oxigênio é 2:2 ou 1:1. A fórmula empírica do peróxido de hidrogênio é HO.