CTD 130-AULA 2-2017-1

Prévia do material em texto

Prof. Henrique Mourão 
CTD130 – QUÍMICA TECNOLÓGICA I 
 
TEORIA 
Instituto de Ciência e Tecnologia 
A descoberta da estrutura 
atômica e nomenclatura de 
compostos inorgânicos. 
 
Brown, cap. 2. 
Átomos, moléculas e íons 
Os filósofos antigos especulavam sobre a natureza da “matéria 
fundamental” da qual o mundo era feito. 
• Demócrito (460-370 a.C.) e outros filósofos gregos pensavam que 
o mundo material deveria ser constituído de partículas muito 
pequenas e indivisíveis (átomos); 
• Platão e Aristóteles formularam a hipótese de que não poderia 
haver partículas indivisíveis, enfraquecendo a visão atômica da 
matéria; 
• A teoria atômica surgiu com John Dalton (professor inglês) - 
1803: átomo indivisível; 
A descoberta da estrutura atômica 
Raios catódicos 
Raios catódicos e elétrons 
Modelo de Rutherford 
Partículas α: positivas; 
• Modelo de Rutherford: modelo planetário. 
- O átomo de Bohr: os elétrons estão em órbitas 
definidas e deve ocorrer absorção/emissão de 
energia para mudarem de órbitas – correto 
somente para o ‘H’; 
- O átomo de Bohr trouxe o conceito de energia 
quantizada. 
A estrutura atômica (1913) 
O átomo de Bohr 
9 
Experimento de Chadwick (1923-1932) 
(1935 Noble Prize in Physics) 
 
Átomo de H: 1 p; átomo de He: 2 p 
Razão esperada: massa do He/massa do H = 2 
Medida: massa do He/massa do H = 4 
 
a + 9Be 1n + … 
nêutron (n): (carga = 0) 
Massas: n ~ p = 1.67 x 10-24 g 
A estrutura atômica 
1 Å = 10-10 m 
• Podemos considerar o átomo consistindo de entidades 
neutras, positivas e negativas: 
 nêutrons, prótons e elétrons. 
• Os prótons e nêutrons estão localizados 
no núcleo (pequeno, 10-4A). 
 
• A maior parte da massa do átomo se 
deve ao núcleo (1014 g/ml). 
- pode haver um número variável 
de nêutrons para o mesmo 
número de prótons. 
• Os elétrons estão localizados fora do 
núcleo. 
 - grande parte do volume do átomo se 
 deve aos elétrons. 
11 
 raio atômico ~ 100 pm = 1 x 10-10 m 
Raio nuclear~ 5 x 10-3 pm = 5 x 10-15 m 
Curiosidades atômicas 
“Uma bola de gude (núcleo) no 
centro de um estádio (átomo).” 
 A estrutura atômica 
Principais características do átomo e suas relações 
Num átomo NEUTRO: no de prótons = no de elétrons 
Número atômico (Z): 
a carga do núcleo, ou o seu número de prótons é a grandeza 
que caracteriza cada elemento. 
Z = no de prótons 
Número de massa (A): 
é a soma do número de prótons (p) com o número de nêutrons 
(n) presentes no núcleo de um átomo. 
A = p + n = Z + n 
Ao representar um elemento químico, 
pode-se indicar junto ao seu símbolo, os 
números atômico e de massa. 
Exemplos 
Obtenha o número de prótons, nêutrons e elétrons em 
cada caso: 
 
(a) 
 
(b) 
 
(c) 
 
(d) carbono 14 
Exercício 
1- Quantos prótons, nêutrons e elétrons 
existem em um átomo de 197Au? 
 
A estrutura atômica 
Semelhanças atômicas: 
Isótopos: apresentam o mesmo número atômico, Z 
(mesmo elemento químico), mas apresentam diferentes 
números de massa (A). 
Figura - Isótopos 
naturais do elemento 
químico magnésio 
(Mg) e as proporções 
nas quais são 
encontrados na 
natureza. 
H 1 1 H (D) 
2 
1 H (T) 
3 
1 
U 235 92 U 
238 
92 
16 
Os Isótopos do Hidrogênio 
A estrutura atômica 
Tabela- Comparação entre prótons, nêutrons e elétrons 
Partículas Carga Massa (u) 
Próton Positiva (+1) 1,0073 
Nêutron Nenhuma (neutra 0) 1,0087 
Elétron Negativa (-1) 5,486 x 10-4 
A carga de um elétron é -1,602 x 10-19 C, e a do 
próton é + 1,602 x 10-19 C. 
Os átomos têm massas extremamente pequenas: 
usamos a unidade de massa atômica (u). 
 
1 u = 1,66054 x 10-24 g 
Massa do p ≈ massa do n ≈ 1840 x massa do e- 
Massas dos átomos 
Unidade de massa atômica (u) 
Foi atribuída exatamente a massa de 12 unidades de massa 
atômica (u), ao isótopo mais comum do carbono que possui 
número de massa igual a 12 (12C), 
Unidade de massa atômica (u): a massa de 1/12 do átomo 
de carbono com número de massa igual a 12 (12C). 
 
 
1 u = 1,66054 . 10-24 g 
O 12C foi escolhido em 
1962 e é usado em todos 
os países do mundo. 
Massas dos átomos 
Massa atômica (peso atômico) de um elemento (MA) 
A maioria dos elementos químicos são constituídos por uma 
mistura de dois ou mais isótopos em abundâncias diferentes. 
Massas atômicas médias (massa atômica) 
• A massa atômica relativa: massas médias dos isótopos: 
 
– O C natural: 98,90 % de 12C + 1,10 % de 13C. 
 
Ex: massa média do C, excluindo 14C: 
(0,9890)(12,00 u) + (0,0110)(13,00) = 12,01 u 
 
A massa atômica (MA) é também conhecida como peso atômico. 
 
As massas atômicas estão relacionadas na tabela periódica. 
20 
 
A tabela periódica 
2. O Cloro presente no PVC (cloreto de 
polivinila) tem dois isótopos estáveis. O 35Cl 
com massa de 34,97 u constitui 75,77% do 
cloro encontrado na natureza. O outro 
isótopo é o 37Cl, cuja massa é 36,95 u. Qual 
deverá ser a massa atômica média do 
cloro? 
Exercício 
Curiosidades em Química? 
Polietileno 
Ex: sacolas de 
supermercado,... 
Polímeros oriundos do eteno (etileno) 
 Cloreto de 
polivinila (PVC) 
Ex: canos 
 Cloreto de 
polivinilideno 
Ex: Plásticos de embrulho 
Massas das moléculas 
Compostos moleculares e massa molecular (MM): 
As moléculas contêm dois ou mais átomos. 
A massa da molécula é numericamente igual à soma 
das massas dos átomos que a constituem. 
Ex: H2O e C5H10 
1 u = 1,66054 x 10-24 g 
Os compostos iônicos são em geral, combinações de 
elementos metálicos e não-metálicos. 
 
Compostos iônicos e massa –fórmula (MF): 
Massas de compostos iônicos 
Ex: MgCl2 
Como os compostos iônicos não são constituídos por moléculas, 
não podemos usar para eles a expressão massa molecular. 
Moléculas e fórmulas químicas 
• Moléculas são reuniões de dois ou mais átomos ligados 
entre si, representadas por fórmulas químicas. 
 
• A fórmula química indica 
– quais átomos são encontrados na molécula e 
– em qual proporção eles são encontrados. 
 
Moléculas e compostos moleculares 
Fórmula molecular X fórmula mínima 
Fórmulas moleculares e mínimas 
 
• Fórmulas moleculares 
 
– Fornecem os números e tipos reais de átomos em uma 
molécula. 
 
– Exemplos: H2O, CO2, CO, CH4, H2O2, O2, O3 e C2H4. 
Moléculas e compostos 
moleculares 
Fórmulas moleculares e mínimas 
• Fórmulas moleculares 
 
Moléculas e compostos 
moleculares 
Fórmulas moleculares e mínimas 
 
• Fórmulas mínimas 
 
– Fornecem os números e tipos relativos de átomos em uma 
molécula. 
 
– Isto é, elas fornecem os menores números inteiros 
proporcionais possíveis dos átomos em uma molécula. 
 
– Exemplos: H2O, CO2, CO, CH4, HO, CH2. 
 
Moléculas e compostos 
moleculares 
Exemplo 
Escreva as fórmulas mínimas para: 
 
(a)glicose, cuja fórmula molecular é C6H12O6; 
(b)Óxido nitroso, cuja fórmula molecular é N2O. 
4- (a) CH2O ; (b) N2O 
 
A tabela periódica 
• As colunas na tabela periódica chamam-se grupos/famílias 
(numeradas de 1A a 8A ou de 1 a 18, IUPAC). 
 
• As linhas na tabela periódica chamam-se períodos/níveis. 
 
• Os metais estão localizados no lado esquerdo da tabela 
periódica (a maioria). 
 
• Os não-metais estão localizados na parte superior do lado 
direito da tabela periódica. 
 
• Os 7 elementos com propriedades similares, tanto com os 
metais quanto com os não-metais, são chamados 
metalóides. 
A tabela periódica 
• Grupos recebem nomes especiais que indicam 
similaridades entre os membros: 
Grupo 1A: Metais alcalinos (tendem a formar 1+) 
 
Grupo 2A: Metais alcalinos terrosos (2+) 
 
Grupo 6A: Calcogênios (-2) 
 
Grupo 7A: Halogênios (-1) 
 
Grupo 8A: Gases nobres (INERTES) 
A tabela periódica 
Distribuição eletrônica e Previsão das cargas 
iônicas: regra do octeto 
Íons e compostos iônicos 
- 
- 
- - 
- 
Exemplo 
 
Recorrendo a uma tabela periódica, determinea 
carga do íon mais estável de cada um deles: (a) Al 
; (b) Ca ; (c) S; (d) I; (e) Cs. 
 
 
 
• Ex: Preveja o composto formado por Mg2+ e N3-. 
Previsão de fórmulas 
A fórmula é Mg3N2. 
Exercício 
3- Determine a fórmula mínima para os compostos 
iônicos formados por: 
 
(a) Ca2+ e Br- ; (b) NH4
+ e Cl- ; (c) Al3+ e C2H3O2
- ; (d) 
K+ e SO4
2-; (e) Mg2+ e PO4
3-; (f) H+ e Cl-; (g) Ca2+ e 
OH-. 
 
 
3- 
 
FUNÇÕES INORGÂNICAS 
Função química: um conjunto de substâncias 
químicas que apresentam propriedades 
químicas semelhantes por possuírem 
semelhanças estruturais. 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Ácido: segundo Arrhenius, ácido é toda substância que, em 
solução aquosa sofre ionização, liberando como único cátion o 
H+ (H3O
+) . 
Podemos representá-los genericamente assim: 
Então, a fórmula molecular de um ácido sempre 
apresentará como primeiro símbolo o H: 
Onde x é um no maior ou igual a 1. 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura dos ácidos 
Os ácidos são divididos em dois grupos: 
 
Ácidos sem oxigênio: hidrácidos; 
Ácidos com oxigênio: oxiácidos. 
1 – Hidrácidos: ácidos sem oxigênio. 
 
Seus nomes são dados da seguinte maneira: 
2 – Oxiácidos: ácidos com oxigênio. 
 
Alguns ácidos-padrão de cada família: 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura dos ácidos 
Com a variação do número de átomos de oxigênio, 
determinam-se as fórmulas e os nomes de outros ácidos, com o 
uso de prefixos e sufixos: 
Exemplos 
i) Existem 4 oxiácidos com Cloro. Escreva as suas fórmulas 
considerando que o HClO3 é o ácido clórico. 
 
 
ii) Usando as regras anteriores, escreva o nome dos 
seguintes ácidos: 
- H2SO3: 
- HNO2: 
 
 
4- Dê o nome ou a fórmula química apropriada para 
cada um dos seguintes ácidos: (a) HBrO3; (b) ácido 
sulfídrico; (c) ácido fluorídrico; 
(d) HBr. 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura dos ácidos 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Bases: de acordo com Arrhenius, base é toda substância 
que, em solução aquosa, sofre dissociação, liberando 
como ÚNICO ÂNION, o OH-. 
Exemplos: 
 
NaOH Na+ + OH- 
 
Ca(OH)2 Ca
2+ + 2OH- 
 
Al(OH)3 Al
3+ + 3OH- 
água 
água 
água 
As bases são formadas por um cátion (C), geralmente um 
metal, e pelo ânion OH- (hidroxila ou oxidrila). 
 
A fórmula genérica das bases é dada por: C(OH)x 
 
em que x é o número de ânions liberados em solução 
aquosa. 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura das bases 
Exemplo: Escreva as fórmulas das seguintes bases: 
Hidróxido de sódio: 
Hidróxido de cálcio: 
Hidróxido de alumínio: 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura das bases 
Cátions com diferentes eletrovalências (cargas), 
acrescenta-se ao final do nome, o número da carga 
do íon em algarismos romanos. 
 
 
OU acrescenta-se o sufixo –oso ao íon de menor 
carga, e –ico ao íon de maior carga. 
Exemplos 
iii)Dê o nome das seguintes bases: 
- CuOH e Cu(OH)2: 
 
 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Sais: de acordo com Arrhenius, sal é toda substância que, em 
solução aquosa, sofre dissociação, liberando pelo menos um 
cátion DIFERENTE de H+ e um ânion DIFERENTE de OH- 
ou O2- . 
Exemplos: 
 
AgNO3 Ag
+ + NO3
- 
 
NaHCO3 Na
+ + HCO3
- 
 
água 
água 
A formação de um sal pode ser representada de 
maneira genérica da seguinte forma: 
 
CyAx 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura dos sais 
O nome do ânion é obtido a partir da nomenclatura do ácido 
que originou o ânion participante do sal, pela mudança de 
sufixos: 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Exemplos: 
Dê o nome dos seguintes sais: 
- CaSO4: 
- Al(NO2)3: 
 
 
 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura dos sais 
Tabela de cátions (Tabelas 2.4) 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Ânions Comuns Tabela 2.5 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura dos sais 
Determinação da fórmula a partir do nome do sal 
Exemplo: a) Determine a fórmula do Carbonato de sódio. 
 
 
Ânion: carbonato, CO3
2- 
 
Cátion: sódio, Na+. 
 
 
O carbonato de sódio terá a seguinte fórmula: Na2CO3 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura dos sais 
Exemplo: b) 
Sulfato férrico ou sulfato de ferro (III) 
Determina-se seu cátion e seu ânion de origem: 
Cátion: Fe3+ 
Ânion: SO4
2- 
Assim a fórmula do sulfato de ferro (III) ou sulfato férrico é 
Fe2(SO4)3. 
Exercícios 
5- Dê o nome dos seguintes compostos iônicos: 
(a) AlF3 ; (b) Fe(OH)2; (c) Cu(NO3)2; (d) Ba(ClO4)2; 
(e) Li3PO4; (f) Hg2S; (g) Ca(C2H3O2)2; (h) K2CrO4; (i) 
(NH4)2SO4. 
(a) fluoreto de alumínio; (b) hidróxido de ferro (II) (ou 
hidróxido ferroso); (c) nitrato de cobre (II) (ou nitratro 
cúprico); (d) perclorato de bário; (e) fosfato de lítio; (f) 
sulfeto de mercúrio (I) (ou sulfeto mercuroso); (g) 
acetato de cálcio; (h) cromato de potássio; (i) sulfato 
de amônio; 
Exercícios 
 
6- Dê a fórmula química para cada um dos seguintes 
compostos iônicos: (a) nitrato de cobalto(II); (b) 
acetato de cromo(III); (c) perclorato cúprico. 
 
Assunto complementar 
 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Óxido: é um composto binário (dois elementos), sendo 
que o oxigênio é o mais eletronegativo. 
Nomenclatura dos óxidos 
A) Os óxidos formados por metais ligados a oxigênio são 
óxidos iônicos. 
 
Exemplos 
Funções inorgânicas e nomenclatura 
Nomenclatura dos óxidos 
B) Os óxidos formados por ametais ligados a oxigênio são 
óxidos moleculares e têm seu nome estabelecido pela 
seguinte regra: 
Exemplos 
 
Polietileno Linear e Ramificado 
PEAD 
(mais resistente) 
PEBD