Química 1 Atomos Moleculas e Ions

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Capítulo 2 
Átomos, moléculas e Íons
Teoria atômica da matéria
Demócrito (460–370 a.C.) e outros antigos filósofos gregos diziam que o mundo material é composto por minúsculas partículas indivisíveis, que eles chamavam de atomos, que significa “indivisível”.
Após abandono dessa hipótese, por causa de críticas feitas por Platão e Aristóteles, a noção de átomo ressurgiu na Europa durante o século XVII. 
Entretanto, uma teoria atômica que ligava a ideia de elemento ao átomo surgiu apenas a partir do trabalho de John Dalton, no período de 1803 a 1807.
Teoria atômica da matéria
A teoria atômica de Dalton baseou-se em quatro postulados:
Todo elemento é composto por partículas extremamente pequenas chamadas de átomos.
Todos os átomos de um dado elemento são idênticos, porém os átomos de um elemento são diferentes dos átomos de todos os outros elementos.
Os átomos de um elemento não podem ser convertidos em átomos de outro elemento por meio de reações químicas; átomos não podem ser criados ou destruídos em reações químicas. (Explica a lei de conservação de massa).
Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam; um dado composto sempre tem o mesmo número relativo e os mesmos tipos de átomos. (Explica a lei das proporções constantes).
Teoria atômica da matéria
Dalton usou sua teoria para deduzir a lei das proporções múltiplas:
Se dois elementos A e B são combinados para formar
mais de um composto, as diferentes massas de B que
podem ser combinadas com uma dada massa de A 
guardam entre si uma relação de números inteiros e
pequenos.
Descoberta da estrutura atômica
À medida que os cientistas desenvolveram métodos para investigar a natureza da matéria, o átomo, supostamente indivisível, começou a mostrar sinais de que é uma estrutura mais complexa. Hoje, sabemos que ele é composto de partículas subatômicas.
Parte do átomo é composta por partículas eletricamente carregadas, algumas com carga positiva e outras com carga negativa.
Descoberta da estrutura atômica
A radiação resultante da alta tensão aplicada a eletrodos em um tubo de vidro quase desprovido de ar, chamada de raios catódicos, foi muito estudada por cientistas a partir de meados do século XIX. 
J. J. Thomson (1856–1940) observou que os raios catódicos são iguais, independentemente da identidade do material que compõe o cátodo, e os descreveu como correntes de partículas carregadas negativamente, os elétrons. Thomson determinou também a razão carga elétrica/massa do elétron: 1,76 X 108 coulombs por grama. 
Robert Millikan (1868–1953), em 1909, determinou a carga (1,602 X 10-19 C) e a massa (9,10 X 10-28 g) do elétron em famoso experimento. 
Descoberta da estrutura atômica
Em 1896, o cientista francês Henri Becquerel (1852‑1908) descobriu a emissão espontânea de radiação por compostos de urânio, chamada de radioatividade. Marie Curie (1867–1934) e seu marido, Pierre concluíram que eram os átomos de urânio a fonte da radioatividade.
Ernest Rutherford (1871–1937), em outro estudo, revelou três tipos de radiação: alfa (α), beta (β) e gama (γ). As radiações α e β consistem em partículas de carga positiva e negativa, respectivamente, que se movem rapidamente. A radiação gama é uma radiação de alta energia semelhante aos raios X; porém não é composta por partículas e não tem carga.
Descoberta da estrutura atômica
No início do século XX, Thomson sugeriu que o átomo seria uma esfera de matéria positiva uniforme na qual a massa estaria distribuída uniformemente e os elétrons estariam incrustados. Essa proposta ficou conhecida como modelo de pudim de ameixas e teve uma vida muito curta.
Descoberta da estrutura atômica
Em 1910, após uma série de experimentos cujos resultados eram incompatíveis com o modelo de Thomson, Rutherford postulou o modelo nuclear do átomo, segundo o qual a maior parte da massa do átomo e toda sua carga positiva se concentra em uma região muito pequena e densa, o núcleo, e a maior parte do volume de um átomo é constituído de espaço vazio, no qual os elétrons se movem ao redor do núcleo. 
Experimentos subsequentes levaram ao descobrimento de partículas positivas (prótons) e neutras (nêutrons) no núcleo. Assim, o átomo é composto por elétrons, prótons e nêutrons.
Visão moderna da estrutura atômica
Por convenção, as cargas das partículas atômicas e subatômicas geralmente são expressas em múltiplos de 1,602 X 10-19 C (carga eletrônica ou carga elementar) em vez de em coulombs (C). Assim, a carga de um elétron é 1- e a de um próton é 1+. Os nêutrons são eletricamente neutros.
Cada átomo tem um número igual de elétrons e prótons, portanto átomos são eletricamente neutros. 
Prótons e nêutrons ficam localizados no minúsculo núcleo do átomo. A maior parte do seu volume é o espaço no qual os elétrons estão posicionados. O angstrom (Å) é a unidade utilizada para as dimensões atômicas.
Visão moderna da estrutura atômica
A estrutura do átomo:
Visão moderna da estrutura atômica
Os átomos de cada elemento têm um número característico de prótons. O número de prótons de um átomo de qualquer elemento específico é chamado de número atômico do elemento.
Na representação dos átomos, o número atômico é indicado pelo número subscrito; já o número sobrescrito, chamado número de massa, representa a quantidade de prótons somados ao número de nêutrons do átomo.
Visão moderna da estrutura atômica
Átomos com números atômicos idênticos, mas diferentes números de massa são chamados de isótopos.
Uma vez que todos os átomos de um dado elemento possuem o mesmo número atômico, o número subscrito é redundante e, muitas vezes, omitido.
Massas atômicas
A unidade de massa atômica é utilizada para lidar com números de massa extremamente pequenos. A unidade de massa atômica é definida por meio da atribuição de uma massa de exatamente 12 uma a um átomo quimicamente não ligado do isótopo de carbono 12C.
A massa atômica média de um elemento, ou a massa atômica do elemento, é determinada pelo somatório das massas de seus isótopos multiplicadas pelas abundâncias relativas.
Tabela periódica
A tabela periódica é a ferramenta mais importante que os químicos utilizam para organizar dados químicos e lembrar-se deles. Na tabela periódica os elementos estão dispostos em ordem crescente de número atômico, suas propriedades químicas e físicas apresentam um padrão de repetição, ou periódico.
A tabela mostra o número atômico e o símbolo atômico de cada elemento, e a massa atômica é também muitas vezes fornecida. Um exemplo:
Tabela periódica
As linhas horizontais da tabela periódica são chamadas de períodos. As colunas verticais são os chamados grupos. 
Tabela periódica
O código de cor mostra que, exceto pelo hidrogênio, todos os itens no lado esquerdo e no meio da tabela são elementos metálicos, ou metais. 
Os metais são separados dos elementos não metálicos, ou não metais, por uma linha diagonal em forma de escada, que vai do boro (B) ao astato (At). O hidrogênio, apesar de estar do lado esquerdo da tabela, é um não metal.
Muitos dos elementos que se encontram próximos da linha que separa os metais dos não metais têm propriedades desses dois tipos de elementos e são frequentemente chamados de metaloides.
Moléculas e compostos moleculares
Várias substâncias simples são encontradas na natureza na forma molecular — dois ou mais átomos do mesmo tipo ligados entre si. As moléculas são representadas com a fórmula química. Por exemplo, O2, O3, Br2. O número subscrito indica a quantidade de átomos presentes em na molécula.
Uma molécula composta por dois átomos é chamada de molécula diatômica (o gás oxigênio, por exemplo).
Compostos constituídos por moléculas com mais de um tipo de átomo são chamados de compostos moleculares. Por exemplo, CH4, o metano.
Grande parte das substâncias moleculares contém apenas não metais.
Moléculas e compostos moleculares
As fórmulas químicas que indicam o número real de átomos de uma molécula são chamadas de fórmulasmoleculares. Fórmulas químicas que dão apenas o número relativo de átomos de cada tipo em uma molécula são chamadas de fórmulas empíricas.
Uma fórmula estrutural mostra a forma como os átomos estão ligados na molécula. Ela geralmente não descreve a geometria real da molécula e pode ser representada como um desenho em perspectiva.
Moléculas e compostos moleculares
Há outros modelos para a visualização das moléculas. Os modelos de bola e vareta mostram átomos como esferas e ligações como varetas. Um modelo de preenchimento espacial representa como seria uma molécula na qual os átomos tivessem seu tamanho ampliado. As identidades dos átomos são geralmente indicadas por uma determinada cor.
Íons e compostos iônicos
Se os elétrons são removidos ou adicionados a um átomo, forma-se uma partícula carregada, chamada íon. Um íon com carga positiva é um cátion; um íon carregado negativamente é um ânion.
Em geral, os átomos de metal tendem a perder elétrons para formar cátions, e átomos de não metal tendem a ganhar elétrons para formar ânions. 
Os íons poliatômicos consistem em átomos ligados como em uma molécula, mas que carregam uma carga líquida positiva ou negativa.
Muitos átomos ganham ou perdem elétrons para adquirir as configurações eletrônicas dos gases nobres porque elas são muito estáveis.
Íons e compostos iônicos
Compostos iônicos são aqueles formados por cátions e ânions.
Compostos iônicos, como o NaCl, costumam ser combinações de metais e não metais. Em contrapartida, os compostos moleculares são geralmente formados apenas por não metais, como em H2O.
Os íons em compostos iônicos estão dispostos em estruturas tridimensionais, não há nenhuma “molécula” isolada de NaCl, por exemplo.
Podemos escrever a fórmula empírica de um composto iônico se soubermos as cargas dos íons.
Nomeação por nomenclatura
O sistema utilizado para nomear substâncias é chamado de nomenclatura química.
As regras para a nomenclatura química são baseadas na divisão das substâncias em categorias. As principais são compostos orgânicos e inorgânicos. Os primeiros geralmente contêm carbono e hidrogênio em combinação com oxigênio, nitrogênio ou outros elementos. Todos os outros são compostos inorgânicos.
Nomeação por nomenclatura
Como visto, compostos iônicos geralmente consistem em íons de um metal combinados com íons de um não metal. Os nomes dos compostos iônicos são formados pelo nome do ânion, seguido pelo nome do cátion. 
Nome dos cátions:
Cátions formados a partir de átomos de metal têm o mesmo nome que o metal. 
Se um metal formar cátions com diferentes cargas, a carga positiva será indicada por um algarismo romano entre parênteses após o nome do metal.
Cátions formados a partir de átomos de não metais têm nomes que terminam em –io.
Nomeação por nomenclatura
Nome dos ânions:
Os nomes dos ânions monoatômicos são formados ao substituir o final do nome do elemento pelo sufixo -eto ou -ido. Alguns ânions poliatômicos também têm nomes que terminam com -eto ou –ido.
Ânions poliatômicos que contêm oxigênio têm nomes terminados em ato ou ito e são chamados de oxiânions. Prefixos são usados quando a série de oxiânions de um elemento se estende a quatro membros, como ocorre com os halogênios.
Ânions derivados da adição de H+ a um oxiânion são nomeados ao colocar como prefixo as palavras hidrogeno- ou di-hidrogeno-, conforme o caso.
Nomeação por nomenclatura
Os ácidos são nomeados de uma maneira especial. Esses compostos são formados, de acordo com uma definição possível, por um ânion, que se liga a uma quantidade de íons H+ suficiente para neutralizar, ou anular, a carga do ânion. Sua nomenclatura está associada ao nome do ânion:
Ácidos derivados de ânions cujos nomes tem terminação -eto são nomeados substituindo o final –eto por ídrico e utilizando a palavra ácido no início.
Ácidos derivados de ânions com terminação –ato ou -ito são nomeados substituindo a terminação –ato por -ico, e -ito por -oso. Em seguida, a palavra ácido é adicionada no início. Os prefixos do nome do ânion são mantidos no nome do ácido.
Nomeação por nomenclatura
Os procedimentos utilizados para nomear compostos moleculares binários são semelhantes aos utilizados para nomear os compostos iônicos:
O nome do elemento mais à esquerda na tabela periódica é sempre colocado em primeiro lugar. Exceto quando o composto contém oxigênio ligado a qualquer halogênio exceto o flúor.
Se ambos os elementos pertencerem ao mesmo grupo da tabela periódica, o que estiver mais abaixo no grupo aparece em primeiro lugar na fórmula química.
O nome do composto molecular binário é dado pelo nome do segundo elemento da fórmula química com a terminação -eto seguido da preposição de e do nome do primeiro elemento na fórmula química.
Prefixos gregos indicam o número de átomos de cada elemento na fórmula.
Alguns compostos orgânicos simples
A Química orgânica estuda os compostos orgânicos. 
Compostos orgânicos que contêm apenas carbono e hidrogênio são chamados de hidrocarbonetos. Nos hidrocarbonetos mais simples, os alcanos, cada carbono está ligado a quatro outros átomos. Outras classes de compostos orgânicos são obtidas quando um ou mais átomos de hidrogênio em um alcano são substituídos por grupos funcionais.
Um álcool, por exemplo, é obtido a partir da substituição de um átomo de H de um alcano por um grupo -OH.
Os compostos que possuem fórmula molecular igual, porém diferentes configurações de átomos, são chamados isômeros.