Aula 2 (Teórica) Estrutura atômica%2c números quanticos e tabela periodica

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AULA 2- ESTRUTURA ATÔMICA E LIGAÇÃO INTERATÔMICA
Introdução 
Algumas propriedades importantes dos materiais sólidos dependem dos arranjos geométricos dos átomos e também das interações que existem entre os seus átomos ou moléculas constituintes. 
Estrutura Atômica – Conceitos fundamentais
Átomo prótons e nêutrons, rodeado por elétrons em movimento. Um átomo para estar em seu estado fundamental precisa ter o número de próton igual ao número de elétron. 
Cargas das partículas subatômicas
Prótons = + 1,602 x 10-19 C
Elétrons = - 1,602 x 10-19 C
Nêutrons = eletricamente neutros 
Massas das partículas subatômicas
Prótons = 1,67 x 10-27 kg
Elétrons = 9,11 x 10-31 kg
Nêutrons = 1,67 x 10-27 kg
Número Atômico (Z) e número de massa (A)
Z representa o número de prótons presentes no núcleo do átomo; 
A representa a massa do átomo: é a soma dos prótons e nêutrons. 
A = Z + N ; A = P + N ou N=A-Z
Isótopos: átomos com o mesmo número de P (8O16,8O17, 8O18);
Isóbaros: átomos com o mesmo número de A (19K40,20C40); 
Isótonos: átomos com mesmo número de N (17Cl37, 20C40).
Representação de um átomo
número de massa
 ou ZXA
número atômico
Íons – São átomos que ganham ou perdem elétrons. 
Exemplos: 
Determine o número atômico e o numero de massa de um átomo com 22 elétrons e 26 nêutrons?
Para o cátion abaixo determine seu número de prótons, elétrons e nêutrons: 
+2
Quais são os números de prótons (Z), massa (A), nêutrons (N) e de elétrons (e-) de um átomo de potássio (19K39) em seu estado normal?
Complete a tabela:
O peso atômico corresponde a média ponderada das massas atômicas dos isótopos do átomo que ocorrem naturalmente, onde os pesos da média são a abundância de cada isótopo na natureza. 
Unidades de medida do peso atômico 
- uma/átomo 
uma: corresponde a 1/12 da massa atômica do isótopo mais comum do carbono (A=12)
- g/mol
Mol= 6,023x1023 átomos (elemento) ou moléculas (composto). 
1 uma/átomo = 1 g/mol
Exemplo: Peso atômico do ferro 55,85 uma/átomo = 55,85 g/mol
MODELOS ATÔMICOS
Modelo atômico de Bohr
- considera que os elétrons circulam ao redor do núcleo atômico em orbitais discretos e a posição do elétron é estabelecida em termos de seu orbital. 
Representação esquemática do átomo de Bohr
- considera que as energias dos elétrons são quantizadas, isto é, aos elétrons só são permitidos valores específicos de energia. Cada órbita estava relacionada a uma energia. (conceito de física quântica). 
- Esses estados não variam de forma continua com a energia: estados adjacentes são separados por quantidades finitas de energia (gap). 
- Problema: limitações no modelo de Bohr não permitiam a compreensão de fenômenos envolvendo os elétrons. 
Modelo mecânico-ondulatório (atual)
- Considera que o elétron possui características de onda e de partícula. 
- Distribuição de probabilidades: agora a posição do elétron é considerada como sendo a probabilidade dele estar em vários locais ao redor do núcleo. Em outras palavras, a posição é descrita por uma distribuição de probabilidades, ou uma nuvem eletrônica. 
Comparação entre os modelos atômicos de (a) Bohr e (b) mecânico ondulatório em termos da distribuição eletrônica
Características do modelo atual 
- Impossibilidade de localizar os elétrons com precisão total. Cai o conceito de órbita circular. 
- Quantização da energia: somente certos estados eletrônicos são permitidos. Para cada estado, uma energia associada. 
- Orbitais possíveis: regiões onde se podem encontrar os elétrons. Para cada estado permitido, um orbital associado. 
- Números quânticos. 
Limitação do modelo: não explicava fenômenos que envolviam elétrons. 
Três primeiros estados de energia eletrônica para o átomo de hidrogênio de Bohr. 
Estados de energia eletrônica para as primeiras três camadas do átomo de hidrogênio pela mecânica ondulatória/quântica. 
NÚMEROS QUÂNTICOS
Número quântico principal: n 
Caracterizam cada elétron em um átomo, determinando a forma, o tamanho e a orientação espacial da densidade de probabilidade de um elétron. Refere-se ao nível de energia. 
n=1,2,3, ...
Determinação da energia de um elétron.
Tamanho dos orbitais;
Define o tamanho de um orbital 
Número quântico secundário: l
Refere-se ao subnível de energia
Cada subnível possui um número especifico de orbitais 
Define o formato de um orbital 
Representação dos orbitais 
Número quântico magnético: ml
Pode ter valores inteiros entre +l e – l , incluindo zero. 
Descreve a orientação do orbital no espaço. 
Orbitais em um determinado subnível diferem apenas quanto à sua orientação no espaço, não quanto à sua energia.
Valores permitidos de ml: 2.l+1
Número quântico magnético de spin: ms
O elétron aparentemente comporta-se como se fosse uma esfera minúscula rodando em torno do seu próprio eixo. 
 
Principio da exclusão de Pauli 
Dois elétrons em um átomo não podem ter o conjunto de qautro números quânticos (n, l, ml e ms) iguais. 
Um orbital pode receber o máximo de dois elétrons, e eles devem ter spins opostos.
Regra de Hund 
Exercícios: 
Qual é o conjunto dos 4 números quânticos que caracteriza o elétron mais energético do 35Br?
n= 3, l= 2, m= +2, s= +1/2
n= 4, l= 0, m= 0, s= +1/2
n= 3, l= 1, m= +2, s= +1/2
n= 4, l= 1, m= 0, s= +1/2
n= 4, l= 3, m= +2, s= +1/2
Coloque no esquema abaixo, que representa determinado subnível, um total de 7 elétrons: 
Indique os quatro números quânticos do último elétron colocado, sabendo que esse subnível é da camada M. 
Um elétron localiza-se na camada “2” e subnível “p” quando apresenta os seguintes valores de números quânticos: 
n = 4 e l = 0
n = 2 e l = 1 
n = 2 e l = 2
n = 3 e l = 1 
n = 2 e l = 0
CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS
Distribuição dos elétrons em um átomo, maneira como os elétrons se distribuem nos orbitais. 
Princípio da Energia Mínima – os elétrons estão distribuídos nos orbitais de menor energia, de modo a que a energia do átomo seja mínima (o átomo está no estado fundamental e é mais estável). 
Se os átomos estiverem excitados, haverá elétrons em níveis de energia superiores, quando podiam estar em orbitais com menor energia. 
Elétrons de valência: são aqueles que ocupam a camada mais externa. São extremamente importantes, pois participam da ligação entre os átomos para formar agregados atômicos e moleculares, além de determinarem muitas propriedades físicas e químicas dos sólidos. 
Configuração eletrônica estável: os estados dentro da camada de valência estão completamente preenchidos. 
Alguns átomos dos elementos que não possuem configuração estável podem assumir tal configuração. 
Exercícios 
Qual a configuração eletrônica do elemento de número atômico 21?
Qual a distribuição eletrônica do íon K+? (Z=19)
Faça a distribuição eletrônica para os elementos Ca, Co, P e Br. Mostre quais são os elétrons da camada de valência. 
DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA DE ÍONS
Realize a distribuição eletrônica no diagrama de Pauling na ordem energética, isto é, seguindo a ordem dada pelas setas, para o átomo do elemento no estado fundamental. 
Retire ou adicione a quantidade de elétrons que o átomo perdeu ou ganhou a partir do subnível e do nível mais externo no átomo no estado fundamental. 
Exemplos: 
48Cd2+
53I1-
Exercício: Quando um átomo se transforma em um íon, a variação do número de elétrons (ganho ou perda de elétrons) ocorre sempre na camada ou nível eletrônico mais externo que é a camada de valência. Com base nisso, faça a distribuição eletrônica dos seguintes íons: 
26Fe3+
15P3-
DISTRIBUIÇÃO ENERGÉTICA
Ordem crescente de energia; 
Soma das energias potenciais (n) e cinética (l)
n + l 
Exemplo: 
Subniveis: 3s, 3p, 3d, 4s
	Subnível 
	n
	l
	n+l
	3s
	
	
	
	3p
	
	
	
	3d
	
	
	
	4s
	
	
	
Exercícios:
Quantos subníveis e quantos orbitais existem nos
níveis L, N e P?
Coloque os subníveis 4p, 6d, 5s, 2p e 4f na ordem crescente de energia. 
subníveis s	 p	d	f
 valores de l 0 1 2 3 
Para os átomos 27Co e 34Se, indique: 
A distribuição eletrônica na ordem crescente de energia segundo os subníveis; 
O conjunto de números quânticos para cada elétron mais energético e mais afastado do núcleo de cada átomo. 
TABELA PERIÓDICA
Tabela Periódica: guia para a ordem na qual os orbitais são preenchidos. 
Elementos com mesmo padrão de configurações eletrônicas de níveis mais externos (valência) estão distribuídos em colunas. 
FAMÍLIA OU GRUPO: organização dos elementos com propriedades físicas e químicas semelhantes. Exemplos: 1A, 2A, 3A, ...
PERÍODO: Fileiras horizontais que distribuem os elementos em ordem crescente de número atômico. 
CLASSIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS: Representativos (1A a 8A). Exemplos: Metais Alcalinos, metais alcalinos terrosos, grupo do Boro, grupo do Carbono, grupo do nitrogênio, Calcogênios, Halogênios, gases nobres. Metais de Transição e Metais do bloco f. 
PROPRIEDADES DOS ELEMENTOS 
Metais – Sólidos, maleáveis, dúcteis, bons condutores de eletricidade e tendem a perder elétrons. 
Não-metais – Quebradiços, opacos e tendem a ganhar elétrons. Á exceção do C grafite, não conduz eletricidade.