Módulo 1 Estrutura Atômica

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Prof. Msc. Fernando Machado
Módulo 1.
Estrutura Atômica
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 Modelos Atômicos são os aspectos estruturais dos átomos que foram apresentados por cientistas na tentativa de explicar o átomo e a sua composição.
Modelo Atômico de Dalton (Bola de bilhar)
Em 1808, o cientista inglês John Dalton propôs uma explicação para a propriedade da matéria. Trata-se da primeira teoria atômica que dão as bases para o modelo atômico conhecido atualmente.
Modelo Atômico
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Figura 1. Modelo atômico de Dalton.
Todas as substâncias são formadas de pequenas partículas chamadas átomos;
Os átomos de diferentes elementos têm diferentes propriedades, mas todos os átomos do mesmo elemento são exatamente iguais;
Os átomos não se alteram quando formam componentes químicos;
Os átomos são permanentes e indivisíveis, não podendo ser criados nem destruídos;
As reações químicas correspondem a uma reorganização de átomos.
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Modelo Atômico de Thomson (Pudim de passas)
O Modelo de Thomson foi o primeiro a realizar a divisibilidade do átomo.
Pesquisando sobre raios catódicos, em 1887, Thomson demonstrou que esses raios podiam ser interpretados como sendo um feixe de partículas carregadas de energia elétrica negativa.
Modelo Atômico
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Figura 2. Modelo atômico de Thomson.
Apresentou as primeiras ideias relativas à estrutura interna dos átomos;
Thomson indicava que os átomos deviam ser constituídos de cargas elétricas positivas e negativas distribuídas uniformemente;
Descobriu essa mínima partícula e assim estabeleceu a teoria da natureza elétrica da matéria;
Concluiu que os elétrons eram constituintes de todos os tipos de matéria, pois observou que a relação carga/massa do elétron era a mesma para qualquer gás empregado em suas experiências;
Em 1897, Thomson tornou-se “pai do elétron”.
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Modelo Atômico de Rutherford (Modelo planetário)
Em 1911, Rutherford colocou uma folha de ouro bastante fina dentro de uma câmara metálica. Seu objetivo era analisar a trajetória de partículas alfa a partir do obstáculo criado pela folha de ouro.
Observações:
1) Grande parte das partículas α atravessam a lâmina sem sofrer desvio;
Existe região de vazio, eletrosfera.
2) Algumas partículas sofreram repulsão de outras partículas positivas;
Havia um núcleo pequeno e positivo.
3) Poucas partículas batiam na lâmina e voltavam.
Havia núcleo pequeno e denso.
Modelo Atômico
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Figura 3. Modelo atômico de Rutherford.
“Rutherford conclui que o átomo é formado por um núcleo muito pequeno, denso e positivo, rodeado por uma região comparativamente grande onde estariam os elétrons em movimentos circulares ao redor do núcleo.”
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Modelo Atômico de Rutherford-Bohr
O modelo apresentado por Rutherford foi aperfeiçoado por Bohr. Por esse motivo, o aspecto da estrutura atômica de Bohr também é chamada de Modelo Atômico de Bohr ou Modelo Atômico de Rutherford-Bohr.
A teoria de Niels Bohr estabeleceu as seguintes concepções atômicas:
Modelo Atômico
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Figura 4. Modelo atômico de Rutherford-Bohr.
Os elétrons que giram ao redor do núcleo não giram ao acaso, mas descrevem órbitas determinadas;
O átomo é incrivelmente pequeno, mesmo assim a maior parte do átomo é espaço vazio. O diâmetro do núcleo atômico é cerca de cem mil vezes menor que o átomo todo;
Bohr conseguiu prever os comprimentos de onda a partir da constituição do átomo e do salto dos elétrons de uma órbita para a outra.
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Modelo Atômico de Rutherford-Bohr
Ao saltar para um nível mais externo, os elétrons absorvem energia;
Ao retornar ao nível mais interno, os elétrons emitem energia.
Modelo Atômico
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Figura 6. Níveis ou camadas de energia.
Cada órbita é representada pelas letras K, L, M, N, O, P, Q.
 
Cada nível quântico é caracterizado por um número quântico (n), de valor inteiro: 1, 2, 3...
Figura 5. Transição eletrônica.
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 A estrutura atômica é composta por três partículas fundamentais: prótons (com carga positiva), nêutrons (partículas neutras) e elétrons (com carga negativa). Toda matéria é formada de átomo sendo que cada elemento químico possui átomos diferentes.
Prótons
O próton é uma partícula fundamental na estrutura atômica. Juntamente com os nêutrons, forma todos os núcleos atômicos, exceto para o hidrogênio, onde o núcleo é formado de um único próton;
A massa de um átomo é a soma das massas dos prótons e nêutrons. Como a massa do elétron é muito pequena, ela não é considerada;
A massa do átomo é representada pela letra (A). O que caracteriza um elemento é o número de prótons do átomo, conhecido como número atômico do elemento;
O nº de prótons é representado pela letra (Z);
O número da massa (A) do átomo é formado pela soma do número atômico (Z) com o número de nêutrons (N), ou seja, A = Z + N.
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Nêutrons
Os nêutrons são partículas neutras que fazem parte da estrutura atômica dos átomos, juntamente com os prótons. Possui massa, mas não carga.
A massa é muito parecida com a do próton. O nêutron se localiza na porção central do átomo (núcleo).
Para se calcular a quantidade de nêutron que um átomo possui basta fazer a subtração entre o número de massa (A) e o número eletrônico (Z), N = A – Z.
Elétrons
O elétron é uma partícula subatômica que circunda o núcleo atômico, sendo responsável pela criação de campos magnéticos elétricos.
Um próton na presença de outro próton se repele, o mesmo ocorre com os elétrons, mas entre um próton e um elétron existe uma força de atração. Dessa maneira atribui-se ao próton e ao elétron uma propriedade física denominada carga elétrica.
Os elétrons dos átomos giram em órbitas específicas e de níveis energéticos bem definidos. Sempre que um elétron muda de órbita, um pacote de energia seria emitido ou absorvido.
Essa teoria envolve conhecimentos da mecânica quântica e estes pacotes de energia são chamados quantum.
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Átomo: unidade fundamental da matéria. Consiste de um núcleo pequeno, denso e positivamente carregado, e de uma nuvem circundante de elétrons localizados em níveis ou camadas energéticas.
Cargas das partículas subatômicas
Prótons: + 1,602.10-19 C
Elétrons: - 1,602.10-19 C
Nêutrons: eletricamente neutros
Massas das partículas subatômicas
Prótons: 1,67.10-27 Kg
Elétrons: 9,11.10-31 Kg
Nêutrons: 1,67.10-27 Kg
Elemento: formado por átomos de mesmo número de prótons. A Tabela Periódica dos Elementos representa a disposição sistemática dos elementos de acordo com suas propriedades.
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Figura 7. Representação do átomo de carbono.
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Isótopos: Átomos de mesmo Z e diferentes A e N.
16O8 17O8 18O8
Isóbaros: Átomos de mesmo A e diferentes Z e N.
40K19 40Ca20
Isótonos: Átomos de mesmo N e diferentes Z e A.
37Cl17 40Ca20
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Exemplo:
Determine o número atômico e o número de massa de um átomo com 22 elétrons e 26 nêutrons.
2) Para o cátion abaixo determine seu número de prótons, elétrons e nêutrons:
Figura 8. Representação do número atômico e número de massa em um elemento químico.
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 Os Números Quânticos descrevem a energia e a posição dos elétrons nos átomos. São representados por “n”, “l”, “m” e “s”.
Número Quântico Principal (n)
O número quântico principal define o nível de energia ou a camada que os elétrons possuem, definindo também a distância do orbital em relação ao núcleo.
Números Quânticos
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Figura 9. Níveis ou camadas do número quântico principal.
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Número Quântico Secundário (l)
O número quântico secundário é característico por definir o tipo de orbital que o elétron se encontra.
*Número de elétrons por orbital: s = 2; p = 6; d = 10; f = 14.
Números Quânticos
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Figura 10. Tabela com valores do número quântico secundário.
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Número Quântico Terciário ou Magnético (m)
O número quântico terciário é característico por definir a orientação dos orbitais no espaço.
Números Quânticos
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Figura 11. Números quânticos terciários.
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Número Quântico de Spin (s)
O número quântico deSpin é característico por definir o sentido da rotação dos elétrons.
Números Quânticos
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Figura 12. Representação simbólica de dois elétrons com seus respectivos spins
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A distribuição desses elétrons em seus níveis e subníveis de energia é feita de forma crescente de energia. E sua representação gráfica é dada pelo Diagrama de Pauling, criado pelo químico Linus Pauling (1901-1994), que recebeu dois prêmios Nobel, um de Química (1954) e o outro da Paz (1962).
O diagrama de Pauling representa os níveis, que são as camadas eletrônicas do átomo. São sete níveis, enumerados de forma crescente do mais próximo ao núcleo para fora (1, 2, 3... 7) e, denominados, respectivamente, pelas letras K, L, M, N, O, P e Q.
Distribuição eletrônica de Linus Pauling
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Figura 13. Diagrama de Linus Pauling.
Visto que, para um mesmo nível, os orbitais possuem energias diferentes, nem sempre o subnível energético é o mais afastado do núcleo. Por isso, é importante seguir a ordem crescente de energia dos subníveis no momento de fazer a distribuição dos elétrons. Essa ordem é dada pelas setas indicadoras no Diagrama de Pauling:
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Portanto, veja exemplos de distribuição dos elétrons de dois elementos químicos:
Exemplo 1: Magnésio (12Mg)
Ordem energética da distribuição eletrônica do 12Mg: 1s2, 2s2, 2p6 e 3s2.
Distribuição eletrônica de Linus Pauling
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Exemplo 2: Vanádio (23V)
Ordem energética da distribuição eletrônica do 23V: 1s2, 2s2, 2p6,3s2, 3p6, 4s2 e 3d3.
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Exercício 1: Qual é o conjunto dos quatro números quânticos que caracteriza o elétron mais energético do 35Br?
Distribuição eletrônica de Linus Pauling
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Exercício 2: Sobre o elemento químico vanádio, de número atômico 23, são feitas as seguintes afirmações:
I. A camada de valência do vanádio possui três (3) elétrons;
II. Possui onze (11) elétrons na terceira camada eletrônica;
III. Os quatro números quânticos para os e- da última camada são: 3; 2; 0; -1/2;
IV. A camada de valência do vanádio possui dois (2) elétrons.
Indique a alternativa correta:
 a) somente as afirmações II e IV estão corretas.
 b) somente as afirmações I e II estão corretas.
 c) somente as afirmações III e IV estão corretas.
 d) somente as afirmações I e III estão corretas.
 e) somente as afirmações I e IV estão corretas.
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