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Unidade I QUÍMICA BÁSICA Profa. Izilda Guedes Estrutura atômica, distribuição eletrônica e valência Evolução histórica. John Dalton propõe uma Teoria Atômica – Lavoisier e Proust; Átomo seria “a menor porção de um elemento que pode participar em uma combinação química”. Dalton imaginou o átomo indivisível, maciço e esférico. Em 1900, Thompson – elétrons depois, com a descoberta da radioatividade, Goldstein – prótons. Em 1932, Chadwick – bombardeio em uma folha de berílio com partículas alfa, observou a emissão de uma radiação semelhante à radiação gama por parte do metal – nêutrons. Partículas subatômicas e modelo atual Átomo é “a menor partícula que ainda caracteriza um elemento químico”. Contém inúmeras partículas e subpartículas, as fundamentais: o próton, o nêutron e o elétron. Prótons e os nêutrons – a região central do átomo – núcleo. Elétrons – a região ao redor do núcleo – eletrosfera. Prótons (p) – carga elétrica positiva. Elétrons (e) – carga elétrica negativa. Nêutrons (n) – carga elétrica neutra. Elemento químico (número atômico e número de massa) Elemento químico é um conjunto formado por átomos de mesmo número de prótons. O átomo de um elemento químico é representado por um símbolo químico. Número atômico (Z) representa a quantidade de prótons que é igual a de elétrons (Z = p = e). Número de massa (A) representa a soma de prótons e nêutrons (A = p + n). Exemplo: 11Na23. Átomo de sódio com: Z = 11 e A = 23 p = 11; e = 11 e n = 12. Definição de íons: cátions e ânions O átomo é eletricamente neutro, quantidade de cargas negativas (elétrons) igual de cargas positivas (prótons). O átomo ao perder ou ganhar elétrons – ligação química – íon positivo ou negativo. Íon positivo – cátion – perda de elétrons. Íon negativo – ânion – ganho de elétrons. 12Mg – átomo neutro de magnésio – perde 2 elétrons. 12Mg2+, então sua valência será 2+. Espécies isoeletrônicas apresentam o mesmo número de elétrons. 19K+ 16S2- 18Ar40 = 18 elétrons. Relações atômicas Isótopos são átomos que possuem o mesmo número de prótons (Z), ou seja, são pertencentes ao mesmo elemento químico, mas com diferente número de massa. 1H1 2H1 Isóbaros são átomos de elementos químicos diferentes, mas com o mesmo número de massa(A). 1940K e o 2040Ca Isótonos são átomos que possuem o mesmo número de nêutrons (elementos diferentes), apresentando número de prótons e de massa diferentes. 1737Cl e o 2040Ca Interatividade Um determinado íon de certo elemento químico apresenta 37 elétrons e carga (valência) +2 e número de massa 86. Qual é o número atômico desse íon? a) 35. b) 36. c) 37. d) 49. e) 85. Resposta Um determinado íon de certo elemento químico apresenta 37 elétrons e carga (valência) +2 e número de massa 86. Qual é o número atômico desse íon? a) 35. b) 36. c) 37. d) 49. e) 85. Substância química e sua classificação Substância é uma porção de matéria que tem propriedades bem definidas e que lhe são características. As propriedades são: o ponto de fusão, o ponto de ebulição, a densidade, o fato de ser inflamável ou não, a cor, o odor etc. As substâncias classificam-se em: I- pura formada por unidades químicas iguais, sejam átomos, apresentam propriedades químicas e físicas próprias. As substâncias puras podem ser classificadas como simples ou compostas. IA – substância pura simples formada por um ou mais átomos de um mesmo elemento químico. Ex.: O2. IB – substância pura composta formada por dois ou mais elementos químicos. Ex.: gás cianídrico (HCN). Camada eletrônica ou nível energético Pela teoria de Summerfeld, os elétrons giram na eletrosfera em torno do núcleo e ocupam as “camadas eletrônicas” ou “níveis de energia”. As camadas – letras maiúsculas K, L, M, N, O, P, Q ou níveis de energia são representados pelos números 1 a 7. Os elétrons se movem nas camadas e, quando passam de uma camada para outra, liberam ou absorvem energia. Distribuição eletrônica segundo o diagrama de Linus Pauling Fonte: http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/distribuicao-eletronica- no-diagrama-pauling.htm Distribuição eletrônica Camadas eletrônicas N° de elétrons K 02 L 08 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 08 Distribuição eletrônica Subnível s p d f N° máximo de elétrons 2 6 10 14 Distribuição eletrônica por camadas e por diagrama de Pauling Elétrons – distribuídos em ordem de energia, ou seja, seguindo as diagonais do diagrama. Distribuição por camadas: Cl com Z = 17 K = 2 L = 8 M = 7 Distribuição por Pauling: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Interatividade O íon negativo, chamado ânion bivalente A2-, significa que ganhou 2 elétrons e apresenta a configuração eletrônica 3s2 3p6 para o último nível. O número atômico do elemento A é: a) 8. b) 10. c) 14. d) 16. e) 18. Resposta O íon negativo, chamado ânion bivalente A2-, significa que ganhou 2 elétrons e apresenta a configuração eletrônica 3s2 3p6 para o último nível. O número atômico do elemento A é: a) 8. b) 10. c) 14. d) 16. e) 18. Definição do nível de valência e elétrons de valência Elétrons – distribuídos em ordem de energia, seguindo as diagonais do diagrama de Pauling. Exemplo: 26Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Ordem energética. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 Ordem geométrica. K = 2, L = 8, M = 14, N = 2. Camada de valência = 2 elétrons. Ligações interatômicas Estrutura de Lewis e regra do octeto. Gases nobres – encontrados na natureza, de forma isolada com oito elétrons na camada de valência. Surge a regra do octeto – átomos ligam-se em busca de estabilidade, com dois ou oito elétrons na camada de valência. Doar ou receber elétrons. Compartilhar elétrons. Ligações químicas Ligação iônica – átomo perde o elétron (cátion) e o outro ganha esse elétron (ânion). Entre: metal e ametal; metal e hidrogênio. Potássio – K = 19 K = 2, L = 8, M = 8, N = 1 forma cátion K1+ Cloro – Cl = 17 K = 2, L = 8, M = 7 forma o ânion Cl1- K1+ Cl1- → KCl Ligações químicas Ligação covalente – quando dois átomos têm a mesma tendência para ganhar ou perder elétrons, ou seja, os elétrons ficam compartilhados entre os átomos – compartilhamento de elétrons. Ocorre entre: ametal e ametal; ametal e hidrogênio; hidrogênio e hidrogênio. Compostos formados por ligação covalente. Fórmula molecular: H2O Fórmula eletrônica de Lewis: Fórmula estrutural: Cl – Cl Ligações químicas Características dos compostos covalentes. Apresentam baixos pontos de fusão e ebulição. Temperatura ambiente: sólido, líquido ou gasoso. Não são bons condutores de corrente elétrica em solução aquosa. Ligação metálica ocorre pela atração elétrica entre íons positivos e elétrons (encontram-se juntos átomos de um elemento metálico). Interatividade O óxido de magnésio apresenta a fórmula MgO e, em relação a esse composto, analise as afirmativas: I. A ligação entre o magnésio e o oxigênio se dá por ligação iônica. II. Os átomos não alcançaram a configuração do gás nobre após a ligação. III. Após a ligação entre os átomos de magnésio e oxigênio, há formação de um cátion Mg2+ e um ânion O2–. Dados: Mg (Z = 12); O (Z = 8). Está(ão) correta(s) apenas: a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III. Resposta O óxido de magnésio apresenta a fórmula MgO e, em relação a esse composto, analise as afirmativas:I. A ligação entre o magnésio e o oxigênio se dá por ligação iônica. II. Os átomos não alcançaram a configuração do gás nobre após a ligação. III. Após a ligação entre os átomos de magnésio e oxigênio, há formação de um cátion Mg2+ e um ânion O2–. Dados: Mg (Z = 12); O (Z = 8). Está(ão) correta(s) apenas: a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III. Teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência e formas intermoleculares Os químicos Ronald J. Gillespie e Ronald Sydney Nyholm – proposta do modelo da Teoria da Repulsão entre os Pares de Elétrons da Camada de Valência (RPECV) ou Valence Shell Electron Pair Repulsion Theory – VSEPR, prever a geometria molecular – os elétrons da camada de valência são distribuídos, aos pares, ao redor do átomo. Os elétrons que participam da ligação covalente são denominados ligantes; os que não participam dela são os não ligantes. Geometria molecular N° átomos da molécula Geometria Estrutura 2 Linear 3 Angular 4 Trigonal plana Fonte: www.infoescola.com Geometria molecular N° átomos da molécula Geometria Estrutura 4 Piramidal 5 Tetraédrica Fonte: www.infoescola.com Tabela Periódica Fonte: www.brasil.estadao.com.br Propriedades periódicas Eletronegatividade – tendência que um átomo tem em receber elétrons. Fonte: www.tabelaperiodicacompleta.com Propriedades periódicas Raio atômico Ponto de fusão e ponto de ebulição Propriedades periódicas Afinidade eletrônica Energia de ionização Interatividade Assinale a alternativa que associa corretamente a coluna de compostos químicos com a coluna de estruturas geométricas. I. NH3 A. Linear. II. HF B. Angular. III. SO2 C. Piramidal. IV. CH4 D. Tetraédrica. a) I-A, II-B, III-C, IV-D. b) I-A, III-B, IV-C, II-D. c) II-A, III-B, I-C, IV-D. d) II-A, IV-B, III-C, I-D. e) III-A, II-B, IV-C, I-D. Resposta Assinale a alternativa que associa corretamente a coluna de compostos químicos com a coluna de estruturas geométricas. I. NH3 A. Linear. II. HF B. Angular. III. SO2 C. Piramidal. IV. CH4 D. Tetraédrica. a) I-A, II-B, III-C, IV-D. b) I-A, III-B, IV-C, II-D. c) II-A, III-B, I-C, IV-D. d) II-A, IV-B, III-C, I-D. e) III-A, II-B, IV-C, I-D. ATÉ A PRÓXIMA! Slide Number 1 Estrutura atômica, distribuição eletrônica e valência Partículas subatômicas e modelo atual Elemento químico �(número atômico e número de massa) Definição de íons: cátions e ânions Relações atômicas Interatividade Resposta Substância química e sua classificação Camada eletrônica ou nível energético Distribuição eletrônica segundo o diagrama �de Linus Pauling Distribuição eletrônica Distribuição eletrônica Distribuição eletrônica por camadas e por diagrama �de Pauling Interatividade Resposta Definição do nível de valência e elétrons de valência Ligações interatômicas Ligações químicas Ligações químicas Ligações químicas Interatividade Resposta Teoria da repulsão dos pares eletrônicos da camada de valência e formas intermoleculares Geometria molecular Geometria molecular Tabela Periódica Propriedades periódicas Propriedades periódicas Propriedades periódicas Interatividade Resposta Slide Number 33
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