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EMENTA DA DISCIPLINA F C O 0 0 3 G V 1 I. DADOS DA DISCIPLINA Curso: Farmácia Programa nº 01 Disciplina: QUÍMICA GERAL I Cód: FCO003GV Carga Horária Semanal: 3 h/a Teórica: 45 horas Elaborado pelo Professor: Jeferson Gomes da Silva II. PERÍODOS DE VIGÊNCIA DESTE PROGRAMA/PROFESSOR 2017/03 Jeferson Gomes da Silva III. EMENTA Fornecer os fundamentos da estrutura da matéria (partículas, átomos, moléculas, ligações, interações, estequiometria, reações químicas, noções ponderais e parâmetros físicos), fazendo a correlação entre aspectos microscópicos de substâncias e materiais diversos com suas propriedades macroscópicas. Estudo dos átomos, moléculas e compostos diversos, abordando as ligações/interações intermoleculares, bem como cálculos estequiométricos e de concentração. Estudar a energia envolvida nas transformações físico-químicas. Reações químicas: tipos de reações, previsão, balanceamento, identificação. IV. OBJETIVOS Fornecer embasamento teórico sobre fundamentos básicos a serem aplicado no curso de Farmácia. V. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO A Disciplina abordará os seguintes temas: 1) Estrutura da Matéria: Natureza elétrica da matéria; Teorias de Thomson e Rutherford; Origens da Teoria dos Quanta; O átomo de hidrogênio; Dualidade partícula-onda; Princípio da incerteza; Átomos polieletrônicos. 2) Propriedades Periódicas dos Elementos: A tabela periódica; Propriedades periódicas; Análise das variações das seguintes propriedades no quadro periódico: Raios atômico, Covalente e iônico; Energia de ionização; Eletronegatividade; Carga nuclear efetiva e números de oxidação. 3) Ligações Químicas: Ligação iônica: Ciclo de Born-Haber; retículos cristalinos; Outros tipos de atrações eletrostáticas; Ligação covalente: Ligações covalentes mais simples e Ligação Metálica; 4) Reações em Solução Aquosa: Teorias de Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis; Fatores que interferem na acidez e basicidade; Força dos ácidos e bases. 5) Equilíbrio Químico: Equilíbrios ácido-base; Hidrólise de sais; Soluções tampão; Produto de solubilidade. EMENTA DA DISCIPLINA F C O 0 0 3 G V 2 VI. DISTRIBUIÇÃO DAS AULAS VI. FORMA DE INTEGRALIZAR A DISCIPLINA. I 45 horas de carga horária teórica II 30 horas de carga horária prática III 75 horas de carga horária total (FCO0014GV + QUI003GV) VII. METODOLOGIA DE ENSINO. Constará de aulas expositivas ministradas pelo professor responsável. XIII. SISTEMA DE AVALIAÇÃO A avaliação constará de duas verificações de aprendizagem teórica, correspondendo a 50% da pontuação total, 15% em avaliações aplicadas a cada aula e 5% em estudos dirigidos, e do resultado da Disciplina prática QUI003GV (avaliação teórico-prática, relatório e análise) correspondendo a 30 % a nota final do curso. MÊS DIA ASSUNTO Horas/Aula setembro 04 Apresentação do conteúdo teórico - 11 Estrutura da matéria 03 18 Estrutura da matéria 03 25 Propriedades periódicas 03 outubro 02 Ligações químicas 03 09 Interações Intermoleculares 03 16 Interações Intermoleculares/Revisão 03 23 1ª Avaliação de conhecimentos 03 30 Reações em Solução Aquosa 03 novembro 06 Reações em Solução Aquosa 03 13 Equilíbrio Químico 03 20 Equilíbrio Químico 03 27 Teorias ácido-base 03 dezembro 04 Sistemas dispersivos 03 11 Sistemas dispersivos/Revisão 03 18 2ª Avaliação de conhecimentos 03 25 Feriado 03 janeiro 1 Feriado 03 8 Prova 2a chamada 03 EMENTA DA DISCIPLINA F C O 0 0 3 G V 3 Será considerado aprovado o aluno que frequentar no mínimo 75% (setenta e cinco por cento) das atividades realizadas pela disciplina (FS) e obtiver média igual ou superior a 6,0 (seis). O aluno que por motivos plenamente justificados deixar de realizar uma das avaliações previstas no plano de ensino, terão até 3 (três) dias úteis após a realização da avaliação para formalizar o pedido ao docente para efetuar a nova avaliação. Este poderá ser ou não indeferido conforme previsto pelo RAG. Se DEFERIDO, o aluno realizará a mesma em data e horário a ser estabelecido pelo docente responsável pela avaliação. IX. RECURSOS DIDÁTICOS Quadro Grupos de discussão Estudos dirigidos Data show X. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BIBLIOGRÁFICA BÁSICA: RUSSEL, J. B. Química Geral. 2ª edição. São Paulo: Editora Pearson Education do Brasil, 1994. Volume 1. RUSSEL, J. B. Química Geral. 2ª edição. São Paulo: Editora Makron Books, 2006. Volume 2. (e-book) CHANG, R. Química Geral – Conceitos Essenciais. 4ª edição. Porto Alegre: Editora Bookman, 2007. BIBLIOGRÁFICA COMPLEMENTAR: (e-book) BRADY, J. E.; SENESE, F., Química: A matéria e suas transformações, 5a edição, Rio de Janeiro: LTC, 2009. Volume 1. (e-book) BRADY, J. E.; SENESE, F., Química: A matéria e suas transformações, 5a edição, Rio de Janeiro: LTC, 2009. Volume 2. (e-book) ATKINS, P. W.; JONES, L. Princípios da Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente, 3ª edição, Porto Alegre: Editora Bookman, 2006. (e-book) CHANG, R.; GOLDSBY, A., Química, 11ª edição, São Paulo: Ed Bookman, 2013. (e-book) HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G., Química Inorgânica, 4ª edição, Rio de Janeiro : LTC, 2013. Volume 1. (e-book) HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G., Química Inorgânica, 4ª edição, Rio de Janeiro : LTC, 2013. Volume 2. Atkins, P. and Shriver, D. Química Inorgânica; 4ª Ed. Editora Bookman, 2006. 1 Estrutura da matéria Aula1 O que é matéria? Tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço. 2 Do que se constitui a matéria? Átomos moléculas Agregados moleculares ligações químicas Interações intramoleculares e intermoleculares Demócrito prôpos a 1a teoria atômica 460 – 370 AC História do átomo – linha do tempo Antoine Lavoisier faz um número substâncial de contribuições no campo da química 1766 – 1844 John Dalton prôpoe sua teoria atômica Em 1803 1743 – 1794 0 1856 – 1940 J.J. Thomson descobre o elétron e propõe o modelo “Pudim como passas” em 1897 1871 – 1937 Ernest Rutherford realiza o expermineto com folha de ouro em 1909 1885 – 1962 Niels Bohr prôpos o modelo de Bohr em 1913 1887 – 1961 Erwin Schrodinger descreve a equação para o elétron em 1926 1891 – 1974 Descoberta do neutron por James Chadwick em 1932 17 0 0 18 0 0 19 0 0 Demócrito de Abdera (460 – 370 AC) • Propôs uma teoria atômica (juntamente com seu mentor Leucipo de Mileto) no qual os átomos são partículas duras, pequenas, indivisíveis e indestrutíveis feitas de um único material assumindo diferentes formas e tamanhos. • Aristóteles contra esta teoria. Imagem: https://reich- chemistry.wikispaces.com/T.+Glenn+ Time+Line+Project Como se desenvolveu a ciência? A B Antoine Lavoisier (1743 – 1794) Conhecido como “Pai da Química Moderna” Gerou uma lista de trinta e três elementos seus trabalhos Desenvolveu o sistema métrico Foi casado por 13 anos com Marie-Anne Pierette Paulze e ela foi sua assistente em muitos de seus trabalhos Descobriu e propôs que a combustão ocorre quando o oxigênio combina-se com outros elementos Descobriu/propôsa “Lei da conservação das massa (ou matéria) que estabelece que em uma reação química, matéria não pode ser criada ou perdida Por ser um coletor de taxas foi guilhotinado durante a revolução francesa Imagem: www.ldeo.columbia.edu/.../v1001/geo time2.html John Dalton (1766 – 1844) Em 1803, propôs uma teoria atômica que estabelece que: o Todas as substâncias são constituídas por átomos; o átomos são pequenas partículas que não podem ser criadas, divididas ou destruídas. o átomos de um mesmo elemento são exatamente iguais e átomos de elementos diferentes são diferentes o Átomos quando encontram-se com outros podem formar novas substâncias Calculou a massa atômica de muitos elementos Image taken from: chemistry.about.com/.../John- Dalton.htm Modelo atômico de Dalton John Joseph Thomson (1856 – 1940) Provou que um átomo pode ser divido em partículas menores Em seus experimentos com raios descobriu o elétron Estabeleceu que o átomo é neutro Em 1897, propôs seu modelo atômico que estabelece que um átomo consiste de um material carregado positivamente com partículas negativas dispersas neste material Ganhou um prêmio Nobel. Imagem: www.wired.com/.../news/2008/04/d ayintech_0430 Os raios catódicos No interior do tubo existe gás submetido a uma descarga elétrica superior a 10 000 volts. Do cátodo parte um fluxo de elétrons denominado raios catódicos. Tubo de Crookes Os raios catódicos Os raios catódicos, quando incidem sobre um anteparo, produzem uma sombra na parede oposta do tubo, permitindo concluir que se propagam em linha reta. Os raios catódicos Os raios catódicos movimentam um molinete ou catavento de mica, permitindo concluir que são dotados de massa. Os raios catódicos são desviados por um campo de carga elétrica positiva, permitindo concluir que são dotados de carga elétrica negativa. Os raios catódicos 16 A Carga e a Massa do Elétron • Experimento de Thomson (1904) 8 1, 76 10e m C g Experimento de Millikan (1908) 19 1,6 10 Ce 28 9,1 10 gm Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. Modelo atômico de Thomson Material positivo elétrons Ernest Rutherford (1871 – 1937) Foi um estudante de J.J. Thomson Em 1909, através de seus experimentos verificou as seguintes características do átomo: o Ele apresenta um pequeno núcleo, que contém a maioria da massa do átomo o Este núcleo é feito de partículas chamadas prótons, que têm uma carga positiva o Os prótons estão rodeados pelos elétrons, mas a maior parte do átomo é constituída de espaços vazios Trabalhou extensivamente com radioatividade (partículas e β e radiação ) e considerado um dos pais da “Física Nuclear” Ganhou um prêmio Nobel Imagem: http://www.scientific- web.com/en/Physics/Biographies/Er nestRutherford.html O próton (p) • O físico alemão Eugen Goldstein, usando uma aparelhagem semelhante à de Thomson, observou o aparecimento de um feixe luminoso no sentido oposto ao dos elétrons. Concluiu que os componentes desse feixe deveriam apresentar carga elétrica positiva. • Posteriormente, em 1904, o cientista neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937), ao realizar o mesmo experimento com o gás hidrogênio, detectou a presença de partículas com carga elétrica positiva ainda menores, as quais ele denominou prótons (p). A massa de um próton é aproximadamente 1836 vezes maior que a de um elétron. Raios canais Eugen Goldstein Experimento de Rutherford (1911) Rutherford bombardeou uma fina lâmina de ouro (0,0001 mm) com partículas "" (núcleo de átomo de hélio: 2 prótons e 2 nêutrons), emitidas pelo "polônio" (Po), contido num bloco de chumbo (Pb), provido de uma abertura estreita, para dar passagem às partículas "" por ele emitidas. Envolvendo a lâmina de ouro (Au), foi colocada uma tela protetora revestida de sulfeto de zinco (ZnS). Observações e conclusões de Rutherford • Observação • a) A maior parte das partículas α atravessava a lâmina sem sofrer desvios. • b) Poucas partículas α (1 em 20.000) não atravessavam a lâmina e voltavam. • c) Algumas partículas α sofriam desvios de trajetória ao atravessar a lâmina. • Conclusões • A maior parte do átomo deve ser vazio. Nesse espaço (eletrosfera) devem estar localizados os elétrons. • Deve existir no átomo uma pequena região onde está concentrada sua massa (o núcleo). • O núcleo do átomo deve ser (+), o que provoca uma repulsão nas partículas α (+) O modelo atômico de Rutherford "modelo planetário" • Descobriu o núcleo. • Átomo imenso vazio. • Núcleo 10.000 x menor que o átomo. Niels Bohr (1885 – 1962) Trabalhou com Ernest Rutherford Em 1913, propôs um modelo atômico que sugere que elétrons viajam ao redor do núcleo do átomo em orbitas de definida. Adicionalmente, os elétrons podem migrar de um nível de energia (caminho) para outro dependendo apenas de sua energia Ganhou um prêmio Nobel Imagem: commons.wikimedia.org/wiki/File:Ni els_Bohr.jpg Evolução até o desenvolvimento do modelo de Bohr Esta teoria atômica moderna surgiu a partir de estudos sobre a interação da radiação com a matéria. 27 Espectro atômico Espectros de linhas • A radiação que se varre uma matriz completa de diferentes comprimentos de onda é chamada de contínua. • A radiação composta por um único comprimento de onda é chamada de monocromática. Fonte de luz lâmpada fluorescente hE Energia quantizada e fótons Evolução até o desenvolvimento do modelo de Bohr Estudos de Planck - A energia só pode ser liberada (ou absorvida) por átomos em certos pacotes de tamanhos mínimos, chamados quantum. - A relação entre a energia e a frequência é onde h é a constante de Planck (6,626 10-34 J s). Efeito fotoelétrico e fótons Evolução até o desenvolvimento do modelo de Bohr • Se a luz brilha na superfície de um metal, há um ponto no qual os elétrons são expelidos do metal. • Os elétons somente serão expelidos se a frequência mínima é alcançada. • Abaixo da frequência mínima, nenhum elétron é expelido. • Acima da frequência mínima, o número de elétrons expelidos depende da intensidade da luz. • Fornece evidências para a natureza de partícula da luz - “quantização”. • Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons. 31 Espectro de Linhas do Hidrogênio Kotz, J.C. e Treichel, P., Chemistry and Chemical Reactivity, 4ed. New York: Saunders College Publishing, 1999. 1129p. Espectro atômico Espectros de linha H2 Hg Ne 2 2 2 1 111 nnh RH Espectros de linhas e o modelo de Bohr • Balmer: descobriu que as linhas no espectro de linhas visíveis do hidrogênio se encaixam em uma simples equação. • Mais tarde, Rydberg generalizou a equação de Balmer para: onde RH é a constante de Rydberg (1,096776 107 m-1), h é a constante de Planck (6,626 10-34 J·s), n1 e n2 são números inteiros (n2 > n1). Séries Espectrais O modelo de Bohr • As cores de gases excitados surgemdevido ao movimento dos elétrons entre os estados de energia no átomo. Espectros de linhas e o modelo de Bohr O modelo de Bohr • Já que os estados de energia são quantizados, a luz emitida por átomos excitados deve ser quantizada e aparecer como espectro de linhas. • Após muita matemática, Bohr mostrou que onde n é o número quântico principal (por exemplo, n = 1, 2, 3, … e nada mais). 2 18 1 J 1018.2 n E O modelo de Bohr • A primeira órbita no modelo de Bohr tem n = 1, é a mais próxima do núcleo e convencionou-se que ela tem energia negativa. • A órbita mais distante no modelo de Bohr tem n próximo ao infinito e corresponde à energia zero. • Os elétrons no modelo de Bohr podem se mover apenas entre órbitas através da absorção e da emissão de energia em quantum (h). O modelo de Bohr Podemos mostrar que • Quando ni > nf, a energia é emitida. • Quando nf > ni, a energia é absorvida. 22 18 11 J 1018.2 if nn hc hE O modelo de Bohr 37 Postulados Os elétrons ocupam uma posição definida no átomo, chamada nível de energia no qual não irradia; Quando os elétrons estão localizados nos níveis de energia mais baixos, o átomo está no estado fundamental; Quando o elétron absorve uma quantidade definida de energia (ΔE=hν) é promovido para níveis de energia mais altos (estado excitado); No estado excitado, os elétrons com excesso de energia decaem para níveis de energia mais baixos, emitindo a energia excedente. O modelo de Bohr Limitações do modelo de Bohr • Pode explicar adequadamente apenas o espectro de linhas do átomo de hidrogênio. • Os elétrons não são completamente descritos como partículas pequenas. O modelo de Bohr O modelo de Bohr Órbitas: 1circular e as demais elípticas Modelo de Sommerfeld Arnold Sommerfeld (1868 – 1951) • Caráter dual da matéria. • De Broglie mostrou: • O momento, mv, é uma propriedade de partícula, enquanto é uma propriedade ondulatória. • De Broglie resumiu os conceitos de ondas e partículas, com efeitos notáveis se os objetos são pequenos. mv h O Comportamento ondulatório da matéria O princípio da incerteza de Heisenberg Na escala de massa de partículas atômicas, não podemos determinar exatamente a posição, a direção do movimento e a velocidade simultaneamente. • Para os elétrons: não podemos determinar seu momento e sua posição simultaneamente. • Se x é a incerteza da posição e mv é a incerteza do momento, então: 4 · h mvx O Comportamento ondulatório da matéria Erwin Schrodinger (1887-1961) • Em 1926, ele explicou melhor a natureza do elétron em um átomo, confirmando que a exata localização de um elétron obtida. • Definiu um região onde o eletron pode ser encontrado a nuvem eletrônica • Encontrou uma função que define o comportamento ondulatório do elétron Equação de Schrodinger • Ganhou o prêmio Nobel Imagem: nobelprize.org/.../1933/schrodinger- bio.html Mecânica quântica e orbitais atômicos • Schrödinger propôs uma equação que contém os termos onda e partícula. • A resolução da equação leva às funções de onda. • A função de onda fornece o contorno do orbital eletrônico. • O quadrado da função de onda fornece a probabilidade de se encontrar o elétron, isto é, dá a densidade eletrônica para o átomo. Mas, no caso geral , não – relativístico: ),()(),( 2 ),()( 2 22 trrVtr m p trErV m p E ),()(),( 2 ),( 2 2 trrVtr mt tr i Equação de Schrödinger (Postulada!) A equação de Schrödinger Onda estacionária: )exp()(),( tirtr ),()(),( 2 ),( 2 2 trrVtr mt tr i )()()( 2 )()( 2 2 rrVr m rEr substituindo na Eq. de Schrödinger: obtemos: Equação de Schrödinger independente do tempo. A equação de Schrödinger Onda estacionária e partícula na caixa Coordenadas cartesianas Coordenadas esféricas polares (r,,) = R(r) Y(,) R(r) = função de onda radial Y(,) = função de onda angular )()()( 2 )()( 2 2 rrVr m rEr Equação de Schrödinger independente do tempo. • Se resolvermos a equação de Schrödinger, teremos as funções de onda e as energias para as funções de onda. • Chamamos as funções de onda de orbitais. Precisamos definir as condições de contorno. A equação de Schrödinger necessita de três números quânticos (condições de contorno): 1. Número quântico principal, n. Este é o mesmo n de Bohr. À medida que n aumenta, o orbital torna-se maior e o elétron passa mais tempo mais distante do núcleo. 2. Número quântico azimuthal, l. Esse número quântico depende do valor de n. Os valores de l começam de 0 e aumentam até n -1. Normalmente utilizamos letras para l (s, p, d e f para l = 0, 1, 2, e 3). Geralmente nos referimos aos orbitais s, p, d e f. 3. Número quântico magnético, ml. Esse número quântico depende de l. O número quântico magnético tem valores inteiros entre -l e +l. Fornecem a orientação do orbital no espaço. Nome: Data: Teste no 1 Represente na forma de desenhos todos os modelos atômicos de Dalton até o proposto por Sommerfeld. Escreva, ainda, as principais diferenças entre os modelos. 1 Estrutura da matéria Aula 2 Mecânica quântica e orbitais atômicos • Schrödinger propôs uma equação que contém os termos onda e partícula. • A resolução da equação leva às funções de onda. • A função de onda fornece o contorno do orbital eletrônico. • O quadrado da função de onda (ψ2) fornece a probabilidade de se encontrar o elétron em um átomo, isto é, dá a densidade eletrônica para o átomo. No caso geral , não – relativístico: ),()(),( 2 ),()( 2 22 trrVtr m ptrErV m pE rrrrr ψψψ +=⇒+= ),()(),( 2 ),( 2 2 trrVtr mt tri rrrh r h ψψψ +∇−=∂ ∂ Equação de Schrödinger (Postulada!) A equação de Schrödinger Equação de Schrödinger é uma equação diferencial parcial que descreve como o estado quântico de um sistema físico muda com o tempo. Onda estacionária e partícula na caixa Onda estacionária: )exp()(),( tirtr ωϕψ −= rr ),()(),( 2 ),( 2 2 trrVtr mt tri rrrh r h ψψψ +∇−=∂ ∂ )()()( 2 )()( 2 2 rrVr m rEr rrrhrrh ϕϕϕωϕ +∇−== substituindo na Eq. de Schrödinger: obtemos: Equação de Schrödinger independente do tempo. A equação de Schrödinger Coordenadas cartesianas Coordenadas esféricas polares ψ(r,θ,φ) = R(r) Y(θ,φ) R(r) = função de onda radial Y(θ,φ) = função de onda angular )()()( 2 )()( 2 2 rrVr m rEr rrrhrrh ϕϕϕωϕ +∇−== Equação de Schrödinger independente do tempo. Max Born foi o primeiro a dar uma interpretação física a equação de Schröndiger. Não a função de onda em si, mas ao seu quadrado. O módulo da função de onda ao quadrado Ψ2 é uma grandeza não complexa, portanto ele deve ter significado físico. De acordo com Max Born, para movimentos em uma única dimensão x, ele é uma probabilidade por unidade x isto é: é a probabilidade de que se encontre a partícula em uma posição entre x e x + dx. A mecânica quântica não é determinística, mas probabilística. Ela nos força a abandonar a noçãode trajetórias precisamente definidas das partículas no tempo e no espaço. Devemos falar em termos de probabilidades como alternativa a configurações do sistema. Esta interpretação de Ψ fornece uma conexão estatística entre a partícula e onda a ela associada; ela nos diz onde a partícula provavelmente estará e não onde de fato está. • Se resolvermos a equação de Schrödinger, teremos as funções de onda e as energias para as funções de onda. • Chamamos as funções de onda de orbitais. Precisamos definir as condições de contorno. A equação de Schrödinger necessita de três números quânticos (condições de contorno): 1. Número quântico principal, n. Este é o mesmo n de Bohr. À medida que n aumenta, o orbital torna-se maior e o elétron passa mais tempo mais distante do núcleo. 2. O número quântico azimuthal, l. Esse número quântico depende do valor de n. Os valores de l começam de 0 e aumentam até n -1. Normalmente utilizamos letras para l (s, p, d e f para l = 0, 1, 2, e 3). Geralmente nos referimos aos orbitais s, p, d e f. 3. O número quântico magnético, ml. Esse número quântico depende de l. O número quântico magnético tem valores inteiros entre -l e +l. Fornecem a orientação do orbital no espaço. Mecânica quântica e orbitais atômicos Analisar Ψ2 em coordenadas esféricas polares ψ(r,θ,φ) = R(r) Y(θ,φ) R(r) = função de onda radial Y(θ,φ) = função de onda angular Como se comporta Ψ2 como a variação das condições de contorno (números quânticos)? Principais tipos de representação do orbital: • Diagramas de superfície limite • Gráficos de Ψ e Ψ2 em função da distância ao núcleo • Diagramas de nuvens de densidade eletrônica • Mapas de densidade eletrônica constante. Diagrama de superfície-limite de um orbital • Indica a região dentro da qual o elétron é mais facilmente encontrado. Superfície limite de um orbital s. Superfície limite dos orbitais p. Diagrama de superfície limite dos orbitais d. Diagrama de superfície limite dos orbitais f. Gráficos de Ψ e Ψ2 em função da distância ao núcleo Gráficos de Ψ x r (cima ) eΨ2 x r (baixo) para orbitais do subnível s. Diagramas de nuvens de densidade eletrônica Gráficos nuvens de densidade eletrônica para orbitais do subnível s. • Permitem visualizar os orbitais mais facilmente. • São semelhantes aos diagramas de superfície limite na medida em que dão as formas dos orbitais. • São mais informativos, pois mostram como a densidade de probabilidade varia no espaço em torno do núcleo. • Quanto mais escura uma região, maior a densidade de probabilidade. Mapas de densidade eletrônica constante Mapa de densidade probabilidade para o orbital 2pz do carbono. • Mapas quantitativamente precisos. • Apresentam um conjunto de linhas que unem os pontos que têm uma mesma densidade de probabilidade. Diagrama de Aufbau – átomos hidrogenoides • Os orbitais podem ser classificados em termos de energia para produzir um diagrama de Aufbau. • Observe que o seguinte diagrama de Aufbau é para um sistema de um só elétron. • À medida que n aumenta, o espaçamento entre os níveis de energia torna-se menor. • Orbitais de mesma energia são conhecidos como degenerados. • Para n ≥ 2, os orbitais s e p não são mais degenerados porque os elétrons interagem entre si. • Portanto, o diagrama de Aufbau apresenta- se ligeiramente diferente para sistemas com muitos elétrons. Diagrama de Aufbau – átomos polieletrônicos CARGA NUCLEAR EFETIVA A carga nuclear efetiva, Zef, “sentida” por um elétron é sempre menor que a carga nuclear real, Z. Z = Zef - B •Efeito de blindagem da carga nuclear: s < p < d < f Mecânica quântica e orbitais atômicos Spin eletrônico • O espectro de linhas de átomos polieletrônicos mostra cada linha como um par de linhas minimamente espaçado. • Stern e Gerlam experimentos para explicar esse efeito. • Um feixe de átomos passou através de uma fenda e por um campo magnético e os átomos foram então detectados. Átomos polieletrônicos •Duas marcas foram encontradas: uma com os elétrons girando em um sentido e uma com os elétrons girando no sentido oposto. Já que o spin eletrônico é quantizado, definimos ms = número quântico de rotação = ± ½. O princípio da exclusão de Pauli Dois elétrons não podem ter a mesma série de 4 números quânticos. Portanto, dois elétrons no mesmo orbital devem ter spins opostos. Regra de Hund As configurações eletrônicas nos dizem em quais orbitais os elétrons de um elemento estão localizados. Três regras: • Os orbitais são preenchidos em ordem crescente de n. • Dois elétrons com o mesmo spin não podem ocupar o mesmo orbital (Pauli). • Para os orbitais degenerados, os elétrons preenchem cada orbital isoladamente antes de qualquer orbital receber um segundo elétron (regra de Hund). Configurações eletrônicas • Exercício 1 Qual é a distribuição eletrônica para o átomo de cloro(17 e-)? • A tabela periódica pode ser utilizada como um guia para as configurações eletrônicas. • O número do periodo é o valor de n. • Os grupos 1A e 2A têm o orbital s preenchido. • Os grupos 3A -8A têm o orbital p preenchido. • Os grupos 3B -2B têm o orbital d preenchido. • Os lantanídeos e os actinídeos têm o orbital f preenchido. Configurações eletrônicas e a tabela periódica Configurações eletrônicas e a tabela periódica Configurações eletrônica condensadas • O neônio tem o subnível 2p completo. • O sódio marca o início de um novo período. • Logo, escrevemos a configuração eletrônica condensada para o sódio como Na: [Ne] 3s1 • [Ne] representa a configuração eletrônica do neônio. • Elétrons mais internos: os elétrons no [Gás Nobre]. • Elétrons de valência: os elétrons fora do [Gás Nobre]. Metais de transição • Depois de Ar, os orbitais d começam a ser preenchidos. • Depois que os orbitais 3d estiverem preenchidos, os orbitais 4p começam a ser preenchidos. • Metais de transição: são os elementos nos quais os elétrons d são os elétrons de valência. Configurações eletrônicas James Chadwick (1891 – 1974) • Verificou que a massa atômica da maioria dos elementos era o dobro do número de protons Æ descobriu o neutron em 1932. • Trabalhou no Projeto Manhattan. • Trabalhou com Ernest Rutherford • Ganhou o prêmio Nobel. Imagem: www.wired.com/.../news/2009/02/d ayintech_0227 37 O átomo atual 38 O átomo atual 39 nº atômico ??? Z Quantidade de prótons 40 41 nº Atômico 42 O átomo atual Z A prótons prótons + nêutrons + + + - - - 3 7 prótons prótons + nêutrons nº de Massa nº Atômico 43 +-+-+ - ISÓTOPOS ??? Prótio Deutério Trítio H11 H 2 1 H 3 1 99,99% 0,01% ELEMENTO 44 ÍONS ??? + + + - - + + + - - - -+ _ - Cátion Ânion 45 Na Exemplos: 11 23 +1 Z = A = p = e = n = 11 23 11 10 12 F 9 19 1 _ Z = A = p = e = n = 9 19 9 10 10 Ne 10 19 Z = A = p = e = n = 10 19 10 10 9 X 10 21 Z = A = p = e = n = 10 21 10 10 11ISOELETRÔNICOS ISÓBAROS ISÓTOPOS 46 Constantes, Fatores e Fórmulas • Número de Avogadro: NA = 6,02x1023 mol-1 • Relação carga-massa: e/m = -1,76x108 C/g • Carga do elétron: e = -1,6x10-19 C • Massa do elétron: me = 9,1x10-28 g (0,0005486 uma) • Carga do próton: cp = +1,6x10-19 C • Massa do próton: mp = 1,67x10-24 g (1,007276 uma) • Massa do nêutron: mn = 1,67x10-24 g (1,008665 uma) • Unidade de massa atômica: uma = 1,66054x10-24 g • Velocidade da luz: c= 2,99792x108 m/s • Constante de Rydberg: RH = 1,10x107 m-1 (3,28984x1015 Hz) • Constante de Planck: h = 6,63x10-34 J.s • Constante de Bohr: A = 2,18x10-18 J • ħ = 1,054x10-34 J/s • 1eV = 1,602x10-19 J = 96,485 kJ/mol • 1J = 1kgm2/s2 • 1m = 10-3mm = 10-6µm = 10-9nm = 10-10Å = 10-12pm = 10-15fm c λν= ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −= 2 2 2 1 111 nn Rλ E hν= vmp Δ=Δ vm x Δ=Δ 2 h Efóton= hc/λ 2E mc= Nome: Data: Teste no 2 Considerando a mecânica quântica, defina o que é orbital e represente o diagrama de superfície limite para os orbitais do subnível s, p e d. 1 Propriedades periódicas Aula 3 Evolução Histórica 1817 – Lei das Tríades / Dobereiner (alemão) 1862 – Parafuso Telúrico / Chancourtois (francês) 1864 – Lei das Oitavas / Newlands (inglês) 1871 – Ordem de Massa Atômica / Mendeleev (russo) e Meyer (alemão) 1913 – Ordem de Número Atômico / Moseley (inglês) Parafuso telúrico de De Chancourtois Tabela periódica de Newlands, apresentada em 1866 e baseada na lei das oitavas. • Mendeleev O químico russo Dimitri Ivanovich Mendeleev foi o primeiro a conseguir enunciar cientificamente a lei que diz que as propriedades físicas e químicas dos elementos são em função periódica da massa atômica. Ele publicou a tabela periódica em seu livro Princípios da Química em 1869, época em que eram conhecidos apenas cerca de 60 elementos químicos. HISTÓRIA DA TABELA PERIÓDICA • Moseley Henry G. L. Moseley definiu que a verdadeira identidade de um elemento não está relacionada diretamente com a massa dele, mas com a carga nuclear do átomo que o representa. Formação da Tabela Periódica s d p f Sua estrutura é baseada na distribuição eletrônica dos elementos em ordem de número atômico. ORGANIZAÇÃO DA TABELA PERIÓDICA Na tabela periódica atual, os elementos químicos: • 1 - estão dispostos em ordem crescente de número atômico (Z). • 2 - originam os períodos na horizontal ( em linhas ). • 3 – originam as famílias ou grupos na vertical (em colunas ). • Grupos são enumerados de IA até VIIA e mais o grupo O ou VIII A dos gases nobres. • Região Central grupos de transição ou grupo B. NOMENCLATURA • 1 ou IA metais alcalinos • 2 ou IIA metais alcalinos terrosos • 13 ou IIIA família do boro • 14 ou IVA família do carbono • 15 ou VA família do nitrogênio • 16 ou VIA calcogênios • 17 ou VIIA halogênios • 18 ou VIIIA gases nobres Propriedades dos Elementos Definição: são as propriedades que variam em função dos números atômicos dos elementos. Podem ser de dois tipos: Periódicas: são as propriedades cujos valores aumentam ou diminuem continuamente com o aumento do número atômico. Aperiódicas: são as propriedades que oscilam em valores mínimos e máximos, repetidos regularmente com o aumento do número atômico. PROPRIEDADES PERIÓDICAS • São aquelas que, à medida que o número atômico aumenta, assumem valores crescentes ou decrescentes em cada período, ou seja, repetem-se periodicamente. RAIO ATÔMICO ENERGIA DE IONIZAÇÃO AFINIDADE ELETRÔNICA ELETRONEGATIVIDADE ELETROPOSITIVIDADE PROPRIEDADES FÍSICAS CARGA NUCLEAR EFETIVA • A carga nuclear efetiva é a carga sofrida por um elétron em um átomo polieletrônico. • A carga nuclear efetiva não é igual à carga no núcleo devido ao efeito dos elétrons internos. • A carga nuclear sofrida por um elétron depende da sua distância do núcleo e do número de elétrons mais internos. • A carga nuclear efetiva sofrida pelos elétrons mais externos aumenta quando passamos de elemento para elemento do mesmo período da tabela. O número de elétrons internos permanece o mesmo à medida que se move no período, mas a carga nuclear aumenta. • A carga nuclear efetiva aumenta ligeiramente à medida que se desce no grupo. Porque elétrons internos maiores são mais eficientes em blindar da carga nuclear os elétrons mais externos. TAMANHO ATÔMICO O tamanho atômico varia consistentemente através da tabela periódica. •Ao descermos em um grupo, os átomos aumentam. •Ao longo dos períodos da tabela periódica, os átomos tornam-se menores. Existem dois fatores agindo: 1. Número quântico principal, n, e 2. A carga nuclear efetiva, Zef. Raio Atômico é definido como a metade da distância entre os núcleos de dois átomos vizinhos. RAIO ATÔMICO He H Li Na K Rb Cs Fr RAIO ATÔMICO O raio atômico geralmente decresce da esquerda para a direita ao longo de um período e cresce de cima para baixo em um grupo. 1. À medida que o número quântico principal aumenta (ex., descemos em um grupo), a distância do elétron mais externo ao núcleo aumenta. Consequentemente, o raio atômico aumenta. 2. Ao longo de um período na tabela periódica, o número de elétrons mais internos mantém-se constante. Entretanto, a carga nuclear aumenta. Conseqüentemente, aumenta a atração entre o núcleo e os elétrons mais externos. Essa atração faz com que o raio atômico diminua. RAIO ATÔMICO RAIO ATÔMICO RAIO ATÔMICO Número de elementos em cada período: 2, 8, 8, 18, 18, 32 Raio Iônico é a sua parte na distância entre íons vizinhos em um sólido iônico. A distância entre os centros de um cátion e um ânion vizinhos é a soma dos dois raios iônicos. RAIO IÔNICO Todos os cátions são menores que seus átomos geradores, porque os átomos perdem um ou mais elétrons para formar o cátion. Raios iônicos crescem de cima para baixo num grupo e decrescem da esquerda para a direita em um período. Átomos e íons com o mesmo número de elétrons são chamados de isoeletrônicos. Exemplo: Na+, F- e Mg2+ são isoeletrônicos, tem a mesma configuração eletrônica [He] 2s2 2p6. Pergunta: Qual deles tem o maior raio iônico? RAIO IÔNICO RAIO IÔNICO Raio Covalente é a sua parte na distância entre íons vizinhos em um composto covalente. A distância de ligação entre os átomos vizinhos é a soma dos dois raios covalentes. RAIO COVALENTE Raio de van der Waals é o raio de uma esfera sólida imaginária empregada para representar um átomo. Os gases reais não se comportam exatamente como prevê o modelo de um gás ideal, havendo desvios consideráveis em alguns casos. RAIO DE VAN DER WAALS ENERGIA (OU POTENCIAL) DE IONIZAÇÃO É a energia mínima necessária para remover um ou mais elétrons de um átomo isolado no estado gasoso. X (g) + Ei → X + (g) + e - Exemplo: ENERGIA DE IONIZAÇÃO Primeira Energia de Ionização: Segunda Energia de Ionização: é a energia necessária para remover um elétron de um cátion gasoso. As energias da primeira ionização crescem, em geral, ao longo de um período e diminuem ao longo das colunas dos grupos. ENERGIA DE IONIZAÇÃO ENERGIA DE IONIZAÇÃO •Quanto maior a energia de ionização, maior é a dificuldade para se remover o elétron. •A tendência ao longo do período se explica pelo aumento do número atômico. •A tendência ao longo de um grupo se explica ao considerarmos que o aumento do tamanho facilita a remoção de um elétron. AFINIDADE ELETRÔNICA OU ELETROAFINIDADE • É a energia liberada quando um átomo isolado, no estado gasoso, “captura” um elétron. X (g) + e - → X-(g) + EAE AFINIDADE ELETRÔNICA OU ELETROAFINIDADE Afinidadeao Elétron é a quantidade de energia envolvida no processo em que um átomo isolado gasoso, no seu estado fundamental, recebe um elétron, formando um íon negativo. ELETRONEGATIVIDADE A força de atração exercida sobre os elétrons de uma ligação. Uma propriedade periódica associada à reatividade química. B C N O F Cl Br I H Fr ELETRONEGATIVIDADE ELETRONEGATIVIDADE Esta força de atração se relaciona com o raio atômico: quanto menor o tamanho do átomo, maior será a força de atração, portanto maior a eletronegatividade. ELETRONEGATIVIDADE EXERCÍCIOS 1- Ordene os átomos e íons a seguir em ordem decrescente de tamanho: Mg 2+ ; Ca 2+ e Ca. 2- Coloque os seguintes átomos em ordem crescente de raios atômicos: Na; Be; Mg 3- Qual dos seguintes átomos e íons é o maior: S 2- ; S ou O2-? 4- Recorrendo a uma tabela periódica, ordene os seguintes átomos em ordem crescente de primeira energia de ionização: Ne; Na; P; Ar; K. ELETROPOSITIVIDADE • CARÁTER METÁLICO: Propriedade periódica associada à reatividade química. ELETROPOSITIVIDADE Fr PROPRIEDADES FÍSICAS DOS ELEMENTOS DENSIDADE • É relação entre a massa e o volume de uma amostra D = Massa (g) Volume (cm3) Os Ósmio (Os) é o elemento mais denso (22,57 g/cm3) ALGUNS VALORES: • dNa= 0,97 g/cm 3 • dMg = 1,74 g/cm 3 • dHg = 13,53 g/cm 3 • dOs= 22, 57 g/cm 3 Observação: • Metais leves ( d < 5 g/cm3 ): Mg, Al, Na, K, Sr, Ba … • Metais pesados (d > 5 g/cm3 ): Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ag, Pt, Pb, Au, Hg, Os TEMPERATURA DE FUSÃO (TF) E TEMPERATURA DE EBULIÇÃO (TE) • TF : temperatura na qual uma substância passa do estado sólido para o estado líquido. • TE: temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso. O tungstênio (W) apresenta TF = 3410 C Propriedades Periódicas RESUMO GERAL: F Fr R. Atômico / Eletrop. F Fr P. Ioniz. / Eletron. Os Densidade Os C Vol, Atômico W C PF / PE 1 Ligações químicas Aulas 4 e 5 Fórmula empírica é a que representa um composto químico através dos símbolos atômicos dos elementos que o compõem, com os menores subscritos possíveis. Ex.: NaCl, HCl, NaCO3 e Fe. Carga real ou imaginária que um átomo possui num íon- fórmula ou numa molécula. Regras: Número de oxidação (nox) ou estado de oxidação Número de oxidação (nox) ou estado de oxidação Número de oxidação (nox) Carga formal (CF) Exercício 1) Represente a fórmula de Lewis e estrutural para os compostos abaixo: 2) Para cada caso anterior responda ainda. a) Qual a carga formal e o nox sobre o átomo central? b) Qual a geometria da espécie? c) Ela apresenta ressonância? 101 Ligações químicas Professor: Jeferson Gomes da Silva Governador Valadares, 28/06/2016 Disciplina: Química Geral I Aula 6 Quais os tipos de interações intermoleculares? Interações eletrostáticas • Íon-íon • Íon-dipolo Interações de Van der Waals • Interações de Keeson - (interação dipolo-dipolo). • Interac ̧ões de Debye - (interação dipolo-dipolo induzido, efeito de indução). • Interac ̧ões de London - (interação dipolo induzido- dipolo induzido, efeito de dispersão). Dependem da polarizabilidade. 102 Interações eletrostáticas 103 104 Caso especial dipolo induzido-dipolo induzido 108 Estrutura cristalográfica do CO2 Caso especial dipolo permanente-dipolo permanente 117 Ligações de hidrogênio Proteínas 118 119 120 121 ADN Universidade Federal de Juiz de Fora Campus Governador Valadares Curso de Farmácia // Disciplina de Química Geral I // 1ª Lista de exercícios Prof. Jeferson Gomes da Silva Aluno(a): ______________________________________________________________________________________ valor: 2,5 pontos Questão 1 – Represente, na forma de figuras, todos os modelos atômicos baseados no método científico e descreva as principais inovações apresentadas por cada um deles. Questão 2 – A) O elemento enxofre (S) pode formar vários compostos químicos nos quais ele pode apresentar os mais variados estados de oxidação. Considerando o elemento enxofre isolado, responda: i) Qual a distribuição eletrônica do átomo de enxofre? A que família ele pertence? A que período ele pertence? ii) Represente na forma de diagrama de quadrículas todos os elétrons da camada de valência para esse átomo. ii) Represente adequadamente, na forma de diagramas de superfície limite, os prováveis orbitais onde podemos encontrar o último elétron da camada de valência desse átomo. B) Com relação ao ácido sulfídrico (H2S), ácido sulfuroso (H2SO3) e ácido sulfúrico (H2SO4), responda: i) Nesses compostos químicos que tipo de ligação primária é característica? ii) Qual é a estrutura de Lewis para cada uma dessas espécies? iii) Qual o arranjo e a geometria ideal do átomo de enxofre em cada um dos compostos do item anterior. iv) Qual a carga formal e o nox do átomo de enxofre em cada um desses compostos. v) Qual a polaridade das ligações e da molécula em cada um dos compostos do item iii. Questão 3 – Represente adequadamente em um gráfico de energia potencial em função das distâncias interatômicas para a formação de um ligação as seguintes curvas: a) Forças atrativas (elétron-núcleo). b) Forças repulsivas (elétron-elétron ou núcleo-núcleo). c) Força resultante (resultante entre as forças atrativas e repulsivas para formação de ligação). d) Represente os pontos onde temos a distância média de ligação e a energia liberada na formação da ligação química. Questão 4 – Complete o quadro abaixo: Questão 5 – Complete a tabela abaixo. Estrutura de Lewis Geometria em torno do Nox e carga formal do Polaridade da espécie química I3- Iodo central = Iodo central = NO+ Nitrogênio = Nitrogênio = ClO4- Cloro = Cloro = HNO3 Nitrogênio = Nitrogênio = 5dxy Número de nós radiais = Número de nós angulares = diagrama de superfície limite Gráfico de x r 2s Número de nós radiais = Número de nós angulares = diagrama de superfície limite Gráfico de 2 x r 2py Número de nós radiais = Número de nós angulares = diagrama de superfície limite Gráfico de 2 x r 3dz2 Número de nós radiais = Número de nós angulares = diagrama de superfície limite Gráfico de x r Questão 6 – Considerando os elementos de número atômico (Z) igual a 8, 17, 26, 36, 92 e 87, faça o que lhe é pedido a seguir: a) Represente a distribuição eletrônica para cada um desses elementos. b) Represente na forma de diagramas de quadrículas (considerando a regra de Hund) todos os elétrons na camada de vâlencia para o elemento com Z = 26. Quantos elétrons desemparelhados tem esse átomo? c) Quais são os quatro números quânticos que representam o último elétron para o atómo de Z= 17 (considere ms=-1/2 para o primeiro elétron a preencher um orbital)?d) Dentre os elementos acima qual o símbolo do elemento mais eletronegativo? Qual a tendência observada para a eletronegatividade com o aumento do número atômico? e) Dentre os elementos acima apresentados, qual é o mais eletropositivo? Qual a tendência observada para a eletropositividade com a diminuição do número atômico? f) Qual o elemento com menor afinidade eletrônica? Escreva a equação química que representa essa propriedade. g) Qual o elemento com maior 1ª energia de ionização? Escreva a equação química que representa essa propriedade Questão 7 – Considerando a teoria de ligação de valência (TLV), complete a tabela abaixo: Questão 8 – Considerando as interações intermoleculares, responda: a) Qual(is) a interação(ões) podemos observar em uma solução de amônia (NH3 + H2O)? Represente na forma de desenhos essa(s) interação(ões)? b) Qual(is) a interação(ões) podemos observar na solução de Lugol (I2 + KI + H2O)? Represente na forma de desenhos essa(s) interação(ões)? c) Qual(is) a interação(ões) podemos observar na gasolina (mistura de hidrocarbonetos do tipo (C8H8) e metanol (C2H6O))? Represente na forma de desenhos essa(s) interação(ões)? orbitais Desenho para a sobreposição dos orbitais Tipo de ligação química 1s (átomo 1) com 2s (átomo 2) sendo a direção da ligação química o eixo z (não esqueça de representar o eixo da ligação) 2px (átomo 1) com 2px (átomo 2) sendo a direção da ligação química o eixo y 3py (átomo 1) com -2py (átomo 2) sendo a direção da ligação química o eixo y Plano de ensino Química Geral I Material primeira parte da disciplina de Química Geral I.pdf Plano de ensino Química Geral I Aula 1 - QG1.pdf Aula 2 - QG1 Aula 3 -QG1 Aulas 4 e 5 1a prova de Química Geral Tipo 1 1a LEQGI
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