AP1 - Lista 01- Modelos atômicos e distribuição eletrônica (1)

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QUÍMICA APLICADA Á ENGENHARIA (LISTA DE EXERCÍCIO 01)
NOME: Vitória Quézia MATRÍCULA: 2010124930 PROFESSOR: Milton Ferreira
1) Descreva o modelo atômico de Thomson, justificando cada uma de suas características com base nas descobertas mais importantes daquela época.
Por volta de 1910 acumularam-se inúmeras evidências experimentais de que os átomos continham elétrons, mas os átomos eram neutros, portanto, deviam possuir uma quantidade igual de carga positiva. Com a descoberta dos prótons e elétrons, Thomson propôs um modelo de átomo no qual os elétrons e os prótons, estariam uniformemente distribuídos, garantindo o equilíbrio elétrico entre cargas positivas dos prótons e negativas dos elétrons. Esse modelo ficou conhecido por “pudim de passas”.
2) Em relação à experiência de Eugen Goldstein com os raios canais, responda:
a) O que levou os cientistas a investigar a existência de partículas com carga elétrica positiva?
Sequencialmente, em 1886, outro cientista, de nome Eugen Goldstein, descobriu os raios anódicos ou canais, que eram raios carregados positivamente, formados pelo que sobrou dos átomos do gás que teve seus elétrons arrancados pela descarga elétrica. Sabia-se que estes raios possuíam carga positiva porque eram desviados na direção oposta da dos raios catódicos, ou seja, eram atraídos pela placa negativa. Descobriu-se então que o átomo também possuía uma parte positiva, o que inclusive era necessário para manter sua neutralidade elétrica.
b) Como os cientistas concluíram que as menores partículas positivas tinham massa 1836 vezes maior que a massa do elétron?
Com a ideia de uma partícula carregada andando em linha reta com uma certa velocidade e entrando em uma região com um campo eletromagnético ortogonal à sua trajetória. Essa partícula sofrerá uma força que tende a transformar seu movimento em um círculo. O raio desse círculo é proporcional à massa e a velocidade inicial da partícula. Então sabendo-se sua velocidade, é possível determinar a sua massa.
c) Qual o valor da carga elétrica dos prótons.
Possuem o mesmo valor da carga dos elétrons, e por isso, os prótons e os elétrons tendem a se atrair eletricamente. O valor da carga do próton e do elétron é chamado de quantidade de carga elementar (e) e possui o valor de e = 1,6 .10-19 C
3) Sobre o bombardeamento de lâminas metálicas com partículas alfa, responda:
a) O que a equipe de Rutherford esperava que fosse ocorrer com a lâmina de ouro, ao receber o impacto das partículas alfa?
Como se imaginava o átomo de acordo com o modelo de Thomson, com a massa e as cargas uniformemente distribuídas por todo volume do átomo, a radiação alfa conseguiria passar em linha reta pelo átomo, podendo sofrer alguns desvios leves.
b) O que Rutherford observou de surpreendente com essa experiência?
Rutherford observou que muitas partículas “alfas” atravessavam a lâmina de ouro, sem sofrerem desvio, e poucas partículas “alfa” sofriam desvio. Concluiu que: o átomo é um enorme vazio; o átomo tem um núcleo muito pequeno; o átomo tem núcleo positivo (+), já que partículas alfa desviavam algumas vezes; os elétrons estão ao redor do núcleo (na eletrosfera) para equilibrar as cargas positivas
c) A experiência de Rutherford implicou quais mudanças no modelo atômico de Thomson?
Assim, o átomo seria um imenso vazio, no qual o núcleo ocuparia uma pequena parte, enquanto os elétrons o circundariam numa região negativa chamada de eletrosfera, modificando assim, o modelo atômico proposto por Thomson
4) Descreva as bases do modelo atômico de Rutherford e comente as contradições que esse modelo apresentava e que impediam a sua total aceitação.
BASES: Elétrons com cargas negativas girando ao redor do núcleo em trajetórias circulares; 
Núcleo de carga positiva (constituído por prótons e nêutrons assim por ele denominadas) que continha praticamente toda a massa do átomo.
CONTRADIÇÕES: Se o elétron estivesse parado na sua órbita, ambos seriam atraídos e acabariam se unindo e voltamos ao modelo de Thomson;
Se o elétron estivesse girando, deveria emitir radiações (pela teoria eletromagnética clássica), perderia energia e finalmente cairia no núcleo voltando ao modelo de Thomson.
5) Sobre o modelo atômico de Bohr, responda os itens abaixo:
a) No que Bohr se baseou para construir seu modelo atômico?
O David Bohr deu continuidade ao trabalho desenvolvido com Rutherford. Ele preencheu a lacuna que existia na teoria atômica proposta por Rutherford.
b) Quais os postulados propostos por Bohr?
1. Quantização da energia atômica (cada elétron apresenta uma quantidade específica de energia).
2. Os elétrons têm cada um uma órbita, as quais são chamadas de “estados estacionários”. Ao emitir energia, o elétron salta para uma órbita mais distante do núcleo.
3. Quando consome energia, o nível de energia do elétron aumenta. Por outro lado, ela diminui quando o elétron produz energia.
4. Os níveis de energia, ou camadas eletrônicas, têm um número determinado e são designados pelas letras: K, L, M, N, O, P, Q.
c) Quando podemos dizer que um átomo se encontra em seu estado fundamental?
Podemos dizer quando possuir a menor energia possível.
d) O que ocorre quando um elétron “salta” para um nível de energia imediatamente superior ou imediatamente inferior ao que ele se encontra?
Ao saltar de um nível menos energético para um nível mais energético este absorve energia. Ao retornar ao nível menos energético este libera energia na forma de fóton.
6) Considere dois níveis de energia de um átomo de sódio, representados no diagrama abaixo.
 A diferença de energia entre os níveis (inicial e final) é igual a 3,4.10-19J, e a energia do fóton é igual a h.f, em que h é a constante de Planck (6,6.10-34 J.s) e f é a freqüência do fóton emitido.
Considerando os dados apresentados e utilizando a tabela acima, como referência, marque a alternativa que representa a cor da luz emitida nessa transição eletrônica.
a) vermelha             b) amarela             c) violeta              d) azul                 e) verde
7) O diagrama mostra os níveis de energia (n) de um elétron em um certo átomo. Qual das transições mostradas na figura representa a absorção de um fóton com o maior comprimento de onda?
Item C
8) O que levou Sommerfeld a propor a existência de subníveis de energia? Descreva resumidamente o modelo atômico proposto por Sommerfeld.
Logo após Bohr enunciar seu modelo verificou-se que um elétron, numa mesma camada, apresentava energias diferentes. Como poderia ser possível se as órbitas fossem circulares Sommerfeld sugeriu que as órbitas fossem elípticas, pois em uma elipse há diferentes excentricidades (distância do centro), gerando energias diferentes para uma mesma camada O elétron descreve órbita elíptica, de acordo com Sommerfeld.
9) Diferencie Número de massa e Massa atômica.
O número de massa, cujo símbolo é A é a soma dos prótons e dos nêutrons existentes no núcleo do átomo.
A massa atômica é a media ponderada das massas atômicas dos isótopos naturais do elemento, multiplicada pela abundancia, ou seja , porcentagem em massa de cada isótopo.
10) Calcule a massa atômica do elemento abaixo com base nas informações fornecidas. 
MA = 58 *68,077 + 60*26,223% + 61 * 1,14 + 62*3,634 + 64*0,926 = 58,75958
 100
11) Sobre as dimensões do átomo, a massa e a carga das partículas fundamentais, responda:
a) Se um átomo tivesse o diâmetro da terra (≈ 12 740 km), qual seria aproximadamente o valor do diâmetro do seu núcleo? (Dados: diâmetro do núcleo encontra-se na razão entre 10000 e 100000 vezes menor que o da eletrosfera.)
diâmetro do núcleo = diâmetro da Terra/ diâmetro do Átomo
diâmetro do núcleo = 12740/ 10000 
diâmetro do núcleo= 1,274 km ou 1 27,4 m
b) Um átomo de carbono possui em seu núcleo 6 prótons e 6 nêutrons e sua eletrosfera 6 elétrons.Calcule aproximadamente quantas vezes a massa do núcleo de carbono é maior que a massa da sua eletrosfera. (Dados: massa do próton: 1,00728u; nêutron = 1,00866 u e elétron = 5,48579.10-4 u.)
massa do núcleo/massa da eletrosfera
(6 x 1,00728) + (6 x 1,00866)
 (6 x 5,485579 .10⁻⁴)
 = 3674 massa na eletrosfera.
12) Indique os valores que substituem corretamente as letras na tabela a seguir:
	Partícula
	A
	Z
	p
	n
	e
	Ag
	a
	47
	b
	61
	c
	As3-
	75
	d
	e
	f
	36
	Zn2+
	65
	30
	g
	h
	i
	S2-
	j
	l
	m
	16
	18
	Cr
	52
	24
	n
	o
	p
	Al3+
	27
	q
	r
	s
	10
	Partícula
	A
	Z
	p
	n
	e
	Ag
	108
	47
	47
	61
	47
	As3-
	75
	39
	39
	36
	36
	Zn2+
	65
	30
	30
	35
	28
	S2-
	36
	20
	20
	16
	18
	Cr
	52
	24
	24
	28
	24
	Al3+
	27
	7
	7
	20
	10
(a) A = 47 + 61 = 108
(b) p = 47 (Z = p)
(c) e = 47
(d) Z = 39 (Como é um ânion trivalente, ganha 3 elétrons, Z = 36 + 3 = 39)
(e) p = 39
(f) n = 75 - 39 = 36
(g) p = 30
(h) n = 65 - 30 = 35
(i) e = 30 - 2 = 28
(j) A = 20 + 16 = 36
(l)18+2=20
(m)p=20
(n)p=24
(o)n=52 – 24=28
(p)e= 24
(q)z= 10 - 3=7
( r )p=7
(s)n= 27 – 7 = 20
13) A Partir das representações dos subníveis a seguir, indique os valores dos números quânticos principal, secundário, magnético e Spin para o mesmo. Indique também os seus números atômicos.
a) Número quântico principal= 4
Secundário= 1
Magnético= +14p6
Spin= +1/2
b) b) Número quântico principal= 5
 Secundário=35f13
 Magnético= +2
 Spin= +1/2
 Número quântico principal=4
Secundário=2
4d2
Magnético= -1
Spin= -1/2
14) Indique os elementos representados pelos orbitais dos seus elétrons mais energéticos.
	
	
	
	Elemento:
	Elemento:
	Elemento:
 15) Em fins de 1939, Albert Einstein escreveu uma carta dirigida a Franklin Roosevelt, na época o presidente dos EUA, explicando sobre a recém descoberta reação nuclear em cadeia, que iria permitir a construção de reatores e bombas nucleares. Pedia o fornecimento de grandes verbas para o rápido desenvolvimento de pesquisas nesse campo e alertava sobre a possibilidade de que os alemães obtivessem algo semelhante, uma vez que Werner Heisenberg, um dos maiores físicos nucleares da época, era politicamente filiado ao partido comunista. Einstein concluiu que Heisenberg certamente dirigiria as pesquisas alemãs e construiria armas atômicas. A carta foi levada a Roosevelt por um influente banqueiro chamado Sachs. Graças ao prestigio de Einstein, logo em seguida todas as providências foram tomadas e as pesquisas intensificadas.
Mais tarde, Einstein se arrependeu profundamente por ter escrito aquela carta, pois os alemães nem mesmo tinham tentado construir armas nucleares. Ele havia se enganado mais uma vez a respeito das idéias de Heisenberg. A primeira foi quando ele tentou inutilmente derrubar o “principio da incerteza”. Sobre esse assunto responda: 
a) O que diz respeito o princípio da incerteza? Porque não é possível se verificar com precisão a posição e velocidade de um elétron simultaneamente?
De acordo com esse princípio o, não podemos determinar com precisão e simultaneamente a posição e o momento de uma partícula. Ou seja, em uma experiência não se pode determinar simultaneamente o valor exato de um componente do momento px de uma partícula e também o valor e x ato da coordenada correspondente, x. Em vez disso, a precisão de nossa medida está limitada pelo processo de medida em si, de forma tal que ∆px . ∆x ≥ , onde px é conhecido como a incerteza de ∆px , e a posição x no mesmo instante é a incerteza ∆x. Para que possa medir a posição de um elétron, é necessário vê-lo e, para isso, é necessário iluminá-lo. Além disso, a medida será mais precisa quanto menor for o comprimento de onda da luz utilizada. Portanto, para medir a posição de um elétron precisa-se incidir sobre ele um fóton bastante energético, já que quanto maior for a frequência, menor é o comprimento de onda do fóton. No entanto, para iluminar o elétron, o fóton tem que se chocar com ele, e esse processo transfere energia ao elétron, o que modificará sua velocidade, tornando impossível determinar seu momento com precisão.
b) Em relação ao elétron em movimento ao redor do núcleo, o princípio da incerteza leva ao conceito de orbital. Explique qual a diferença entre o conceito de orbital e conceito de orbital proposto por Bohr?
O físico Bohr propôs a existência da órbita para os elétrons do hidrogênio e esse modelo funcionou direitinho, o problema foi que não funcionou para os outros átomos. O Heisenberg, propôs o princípio da indeterminação, onde se você souber onde está o elétron, você não sabe sua velocidade e se souber sua velocidade, não sabe sua posição. Como é mais fácil medir a velocidade de um elétron do que sua posição, então ficou difícil saber onde estava o elétron. Foi, então, proposto que a trajetória do elétron não era bonitinha como uma órbita e sim, que existia uma certa probabilidade de encontrar um em uma certa região do espaço. Essa região ficou conhecida como nuvens eletrônica ou orbital.
16) O número de nêutrons de um átomo isóbaro do 2142Sc e que possui para o último elétron do subnível mais energético o conjunto de números quânticos: Principal, Secundário, Magnético e Spin – Respectivamente, 4;0;0 e +1/2 é:
a) 20 b)21 c)22 d)42 e)40
n=4 42--------------42
l=0 SC------------- X
m=4 21------------ 20
s =  + ½ elemento x
 N=42-20=22
 
17) São dadas as seguintes informações relativas aos átomos X, Y e Z:
I. X é isóbaro de Y e isótono de Z
II. Y têm número atômico 56, número de massa 137 e é isótopo de Z.
III. O número de massa de Z é 138.
Indique os números quânticos do elétron mais energético do átomo X.
138-56 = 137-Z
Z = 137-82
Z = 55 X é 55
18) Dados os átomos genéricos abX c2cY c+2dZ, sabe-se que X e Y são isótopos, Y e Z são isóbaros e X e Z são isótonos. Sabendo que o número de massa de X é igual a 40, os números de nêutrons de Y e Z serão iguais a:Nêutronsₓ = 40 - a
NêutronsZ = 2a - (a + 2) ==> 2a - a - 2
2a - a - 2 = 40 - a
2a = 40 + 2 a = 21.
NêutronsY = 2a - a = 2.21 - 21= 21
NêutronsZ = 2a - a – 2= 2.21 - 21 - 2
NêutronsZ = 21 – 2= 19
a) 21 e 19
b) 20 e 40
c) 42 e 21
d)19 e 21
e)21 e 42 
19) Forneça o número atômico, símbolo e o nome dos elementos (consulte a tabela periódica) cujo elétron mais energético do átomo no estado fundamental apresente o conjunto de números quânticos relacionados abaixo.
a) n = 3; l = 1; Ml = +1; Ms = -1/2 Z=3; Li; Lítio 
b) n = 3; l = 2; Ml = 0; Ms = +1/2 Z=6; C; carbono
c) n = 4; l = 3; Ml = +2; Ms = -1/2 Z=6; C; Carbono
20) Um íon de carga -3 tem o mesmo número de elétrons que um certo átomo, cujo número atômico é 14. Sabendo-se que o íon possui 20 nêutrons, indique o número atômico e o número de massa do átomo que dá origem a esse íon.
P=Z=11
Nº de prótons = 11
 Nº de nêutrons = 20 
 A= 31.
21) Explique a razão da inviabilidade dos seguintes conjuntos representarem os números quânticos de um elétron em um átomo. Em cada caso modifique o valor ou valores incorretos de modo que o conjunto seja válido.
	
	n
	l
	ML
	Ms
	Elemento X
	2
	2
	0
	-1/2
	Elemento Y
	2
	1
	-1
	0
	
	N=3
	L=1
	ML=+2
	Ms=+1/2