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TEORIA ATÔMICA Copyright © 2015 Stoodi Ensino e Treinamento à Distância www.stoodi.com.br 1 AULA 1 - ATOMÍSTICA / MODELOS ATÔMICOS Evolução histórica dos modelos atômicos 450 a.C. Demócrito e Leucipo Cunhagem do termo ÁTOMO Toda matéria era formada por átomos Séc. XIX J. Dalton Modelo “Bola de Bilhar” Átomos: esferas maciças, indivisíveis e imutáveis Séc. XIX J.J. Thomson Modelo “Pudim de Passas” Átomos divisíveis: descoberta do elétron Séc. XX E. Rutherford Átomo é um grande vazio Átomo dividido em núcleo (prótons e nêutrons) e eletrosfera (elétrons) AULA 2 - DESCRIÇÃO DO ELEMENTO - NÚMERO ATÔMICO E NÚMERO DE MASSA Número Atômico (Z) O número atômico é dado pela letra Z. Representa a quantidade de prótons no núcleo. É este número que caracteriza um elemento químico. Número de Massa (A) O número de massa é o somatório do número de prótons (p) com o número de nêutrons (n) existentes no núcleo atômico. Assim, temos: A = p + n Através desta fórmula, podemos calcular o número de nêutrons de um determinado átomo: n = A - p É importante lembrar que quando falamos de átomos, estamos pensando numa espécie eletricamente neutra, ou seja, a quantidade de elétrons é igual em relação à quantidade de prótons: Átomo Elétricamente Neutro n elétrons = n prótons Exemplo 23 11 sódio Z = 11 A = 23 Na n = 12 e = 11 Elemento Químico Dizemos elemento químico quando pensamos na reunião de átomos de mesmo número atômico (Z). AULA 3 – DESCRIÇÃO DO ELEMENTO - ÍONS Os íons são espécies não eletricamente neutras, ou seja, são espécies carregadas positiva ou negativamente. Isto ocorre pela perda de elétrons. Dividimos os íons em cátions (positivos) e ânions (negativos). perde elétrons perde 1e23 23 11 11 íons positivos ganha elétrons ganha 1e19 19 9 9 íons negativos Átomo Cátions Na Na Átomo Ânions F F AULA 4 – DESCRIÇÃO DO ELEMENTO – RELAÇÕES ATÔMICAS Isótopos São espécies que apresentam o mesmo número atômico (Z), ou seja, pertencem ao mesmo elemento químico, mas se diferem no número de massa (A). 1 2 3 1 1 1 Pr ótio Deutério Trítio H H H Isóbaros Átomos que possuem igual número de massa (A), mas diferentes números atômicos (Z). 40 40 20 18 Cálcio Argônio Ca Ar TEORIA ATÔMICA Copyright © 2015 Stoodi Ensino e Treinamento à Distância www.stoodi.com.br 2 Isótonos Átomos com igual número de nêutrons (n), mas diferentes massa (A) e número atômico (Z). 26 28 12 14 Magnésio Silício Mg Si n = 14 n = 14 Isoeletrônicos Átomos e também íons que possuem igual número de elétrons: 2 2 12 8 10 10 elétrons Mg O Ne AULA 5 – ESTUDO DA ELETROSFERA E MODELO DE RUTHERFORD-BOHR Modelo Atômico de Rutherford-Bohr Segundo Rutherford o átomo era apenas divido em núcleo e eletrosfera. O núcleo consiste numa região extremamente pequena e densa do átomo sendo sua carga positiva devido à presença dos prótons. A eletrosfera é a região externa ao núcleo, onde encontramos os elétrons orbitando, segundo Rutherford, em qualquer posição possível. Bohr, considerando a natureza quântica da matéria, consegue observar que a eletrosfera estava dividida em camadas ou níveis de energia. Ao total temos sete camadas ou sete níveis de energia, sendo que cada uma possui um número máximo de elétrons permitidos: Níveis 1 2 3 4 5 6 7 Camadas K L M N O P Q Máx de e 2 8 18 32 32 18 8 À medida que nos afastamos do núcleo, ou seja, nos caminhamos para camadas mais externas, a quantidade de energia aumenta. Sendo assim, a camada Q (nível 7) possui mais energia em relação a camada K (nível 1) da eletrosfera. Além dos níveis de energia, a eletrosfera também possui subdivisões, chamadas neste caso de subníveis de energia: número máx de elétrons por subnível Subníveis energéticos 2 6 10 14 s p d f Considerando estas observações, o bioquímico Linus Pauling propôs a criação de um diagrama onde se observa uma sequência crescente de energia na distribuição dos elétrons da eletrosfera de um átomo. AULA 6 – DIAGRAMA DE LINUS PAULING 1s2 2s2 3s2 2p6 3d10 3p 6 4s2 4p 6 4d10 4f14 5s2 5p 6 5d10 5f14 6s2 6p 6 6d10 7s2 TEORIA ATÔMICA Copyright © 2015 Stoodi Ensino e Treinamento à Distância www.stoodi.com.br 3 Utilizando as diagonais, podemos obter a sequência abaixo: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 Exemplos 1 1 K 2 2 6 2 12 K M L M 2 2 6 2 6 2 10 21 K N L H : 1 s Mg : 1 s 2s 2p 3s Sc : 1 s 2s 2p 3s 3p 4s 3d Observe que na distribuição do escândio (Sc) o quarto nível aparece no meio do terceiro quando seguimos o diagrama de Linus Pauling. Podemos fazer a distribuição considerando a sequência dos níveis e assim chamamos de distribuição em ordem geométrica ou ordem de distância: 2 2 6 2 6 10 2 21 K N L M Sc: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s AULA 7 – DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA Camada de Valência A camada de valência é indicada sempre pelo maior valor do nível de uma distribuição eletrônica. Observe abaixo a distribuição eletrônica do ferro: 2 2 6 2 6 2 6 26Fe: s s p s p 4s 3d1 2 2 3 3 Subnível mais energético 2 2 6 2 6 2 6 26 Camada de Valência (Maior nível) Fe: s s p s p 4s 3d1 2 2 3 3 Chamamos de subnível mais energético sempre o último subnível escrito na distribuição. No caso do ferro, temos o subnível d como o mais energético. Note que a camada de valência e o subnível mais energético são conceitos diferentes. Em alguns casos a camada de valência comporta também o subnível mais energético. Camada de Valência 2 2 6 2 4 16 Subnível mais energético S: 1s 2s 2p 3s 3p AULA 8 – NÚMEROS QUÂNTICOS Em 1926, Werner Heisenberg (físico alemão, 1901 – 1976), considerando os conceitos estabelecidos pela mecânica quântica, demonstrou ser impossível determinar com precisão absoluta a velocidade e a posição de um elétron num átomo. Essas considerações ficaram conhecidas como princípio da incerteza de Heisenberg. Sendo assim, podemos considerar de forma mais adequada que os elétrons se encontram ao redor do núcleo numa região chamada de orbital. Orbital: região de máxima probabilidade de se encontrar um elétron. Cada orbital possui energia e forma características. Após entendido o conceito de orbital, podemos entrar em contato com os números quânticos, que caracterizam os elétrons em relação às suas energias. Quatro números quânticos definem os elétrons: Principal Secundário ou Azimutal Magnético Spin Atenção: em um mesmo átomo, é nula a possibilidade de se encontrarem dois elétrons com os mesmos números quânticos. Número quânticoprincipal (N) Define o nível de energia do elétron num orbital. Quanto maior o valor de número quântico principal, maior a energia do elétron. Também podemos considerar que ele indica um distanciamento do elétron em relação ao núcleo. Valores possíveis para n: n = 1, 2, 3, 4, ... TEORIA ATÔMICA Copyright © 2015 Stoodi Ensino e Treinamento à Distância www.stoodi.com.br 4 É importante notar que para os elementos conhecidos atualmente contém elétrons apenas até o sétimo nível energético. Sendo assim, os valores de n vão de 1 até 7 no máximo. Número quântico secundário ou azimutal (ℓ) Indica os subníveis de energia associados a cada nível principal. São designados pelas letras minúsculas s, p, d, f, g, h, etc. Os valores dos números quânticos secundário são simples de calcular, uma vez que vão de 0 até ℓ – 1. Para os elementos conhecidos, temos: n ℓ Letra 1 0 s sharp 2 1 p principal 3 2 d diffuse 4 3 f fundamental Cada valor do número quântico secundário indica a forma do orbital. Número quântico magnético (M) O número quântico magnético indica a orientação do orbital no espaço. Os valores assumidos pelo número quântico magnético são calculados da seguinte maneira: M ou m = - ...0... ℓ mℓ s 0 0 p 1 1, 0, +1 d 2 2, 1, 0, +1, +2 f 3 3, 2, 1, 0, +1, +2, +3 Número quântico de spin (Ms ou S) O número quântico de spin indica a rotação dos elétrons num orbital. Podem assumir valores de +1/2 ou -1/2. É interessante notar que os químicos representam um orbital através de um quadrado ou um círculo. Cada orbital possui no máximo, segundo o princípio da exclusão de Pauli, dois elétrons com spins opostos. Observação: levando-se em consideração o primeiro elétron a preencher um orbital, devemos considerar: Não existe uma convenção para o sentido da seta que representa o primeiro elétrons a preencher um orbital: Também não existe uma convenção sobre o valor do spin: Atenção: a grande maioria dos autores do ensino médio e também os exercícios de vestibulares têm como convenção particular a seta para cima possuindo valor de spin -1/2.
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