QG1 Aula 2 CONCEITOS FUNDAMENTAIS (1)

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QUÍMICA GERAL 1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Matéria e sua Composição
Prof.a dr.a juliana barretto de toledo
falecomaju1@gmail.com
1
Matéria e sua composição:
Conceitos Básicos:
Conceitos Filosóficos 
Demócrito e Leucipo a + tomo = átomo (400 a.C.)
Platão e Aristóteles  retrocesso...
 4 elementos de Empédocles
	Água + Terra + Fogo + Ar (+ Éter) 
Matéria e sua composição:
Conceitos Básicos:
Conceitos Científicos 
Lei da Conservação das Massas (1774)
Lavoisier, Antoine 
Sistema fechado utilizando balanças precisas.
“No interior de recipientes fechados a massa total não varia, quaisquer que sejam as transformações que venham a ocorrer.”
 Carvão + gás oxigênio  gás carbônico
3g + 8g  11g
6g + 16g  22g
3
Matéria e sua composição:
Conceitos Básicos:
Conceitos Científicos 
Lei das Proporções Fixas ou Constantes(1797)
Proust, Joseph Louis.
Utilização de pesagens e experiências para determinar a proporção das substâncias em suas equivalências numa reação química.
“Uma determinada substância composta é formada
por substâncias mais simples unidas sempre na
 mesma proporção em massa.”
4
Exercício 1
São anotados os seguintes valores nas experiências I, II e III 
Determine os valores de x, y, z, w e k mencionando a(s) Lei(s) empregadas nestas determinações. (x=32g; y=3g; z=11g; w=88g; k=1g) 
12 + x = 44
X= 44-12
X=32g 
32g
/4
3g
11g
x2
88g
24g
1g
5
Exercício 2
Os pratos A e B de uma balança foram equilibrados com um pedaço de papel em cada prato e efetuou-se a combustão apenas do material contido no prato A. Esse procedimento foi repetido com palha de aço em lugar de papel. Após cada combustão observou-se:
6
Matéria e sua composição:
Teoria Atômica de Dalton: BOLA DE BILHAR (1808)
Postulados
Os átomos são esféricos, maciços, indivisíveis e indestrutíveis.
Os átomos de elementos diferentes têm massas diferentes.
Os diferentes átomos combinam-se em várias proporções, formando novas substâncias.
Os átomos não são criados nem destruídos, apenas trocam de parceiros para produzirem novas substâncias.
Imagem: John Dalton / Scewing / United States public domain
+
 2 H2 + O2  2 H2O
+ 
Matéria e sua composição:
Thomson propôs que o átomo seria uma espécie de bolha gelatinosa, completamente maciça, onde haveria a totalidade da carga POSITIVA homogeneamente distribuída.
Modelo Atômico de Thomson (1897)
(Modelo do Pudim de Passas)
Incrustada nessa gelatina estariam os Elétrons de carga NEGATIVA
A Carga total do átomo seria igual a zero.
Imagem: J.J. Thomson / QWerk / Domínio Públi o
Imagem: Modelo do Pudim de Paças / Fastfission / Domínio Público
Os átomos são esféricos, maciços, indivisíveis e indestrutíveis.
Ernest Rutherford (1871 - 1937)
Experimento de Rutherford
Como o átomo, segundo Thomson, era uma espécie de bolha gelatinosa, completamente neutra, no momento em que as partículas Alfa (numa velocidade muito grande) colidissem com esses átomos, passariam direto, podendo sofrer pequeníssimos desvios de sua trajetória.
Rutherford propõe a dois de seus alunos - Johannes Hans Wilhelm Geiger e Ernerst Marsden - que bombardeassem finas folhas de metais com as partículas alfa, a fim de comprovar, ou não, a validade do modelo atômico de Thomson.
Imagem: Ernest Rutherford / Bain News Service, publisher / United States Public Domain
Ernest Rutherford (1871 - 1937)
A maioria das partículas alfa atravessaram a lâmina de ouro sem sofrer desvios.
Algumas partículas alfa sofreram desvios de até 90º ao atravessar a lâmina de ouro.
Algumas partículas alfa RETORNARAM.
O que Rutherford observou
Então, como explicar esse fato?
Imagem: Ernest Rutherford / Bain News Service, publisher / United States Public Domain
Imagem: SEE-PE
O problema do Modelo Atômico de Rutherford
Para os físicos, toda carga elétrica em movimento, como os elétrons, perde energia na forma de luz, diminuindo sua energia cinética e a consequente atração entre prótons e elétrons faria haver uma colisão entre eles, destruindo o átomo. ALGO QUE NÃO OCORRE.
Portanto, o Modelo Atômico de Rutherford, mesmo explicando o que foi observado no laboratório, apresenta uma INCORREÇÃO. 
+
Energia
Perdida - LUZ
-
Estudava espectros de emissão do gás hidrogênio. O gás hidrogênio aprisionado numa ampola submetida à alta diferença de potencial emitia luz vermelha.
Modelo Atômico de Bohr
Niels Bohr (1885-1962)
Ao passar por um prisma, essa luz se subdividia em diferentes comprimentos de onda e frequência, caracterizando um ESPECTRO LUMINOSO DESCONTÍNUO.
Imagem: Niels Bohr / Nobel Prize / Domínio Publico
Imagem: SEE-PE
Imagem: SEE-PE
Postulados de Bohr
A ELETROSFERA está dividida em CAMADAS ou NÍVEIS DE ENERGIA (K, L, M, N, O, P e Q), e os elétrons, nessas camadas, apresentam energia constante.
Em sua camada de origem (camada estacionária), a energia é constante, mas o elétron pode saltar para uma camada mais externa e, para tal, é necessário que ele ganhe energia externa.
Um elétron que saltou para uma camada de maior energia fica instável e tende a voltar a sua camada de origem. Nessa volta, ele devolve a mesma quantidade de energia que havia ganhado para o salto e emite um FÓTON DE LUZ.
Imagem: SEE-PE
Imagem: SEE-PE
Imagem: SEE-PE
13
Se o núcleo é formado de partículas positivas, os prótons, por que elas não se repelem?
Em 1932, James Chadwick descobriu a partícula do núcleo atômico responsável pela sua ESTABILIDADE, que passou a ser conhecida por NÊUTRON, pelo fato de não ter carga elétrica. Por essa descoberta, ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1935.
James Chadwick (1891 - 1974)
A descoberta do Nêutron
Imagem: Esquema atômico / Helix84 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
Imagem: Kenosis / Nobel Foundation / United States Public Domain 
A. J. W. Sommerfeld (1868 — 1951)
Modelo Atômico de Sommerfeld
Descobriu que os níveis energéticos são compostos por SUBNÍVEIS DE ENERGIA (s, p, d, f) e que os elétrons percorrem ÓRBITAS ELÍPTICAS na eletrosfera, em vez de circulares.
Imagem: Arnold Sommerfeld / Autor desconhecido / Domínio Publico 
Imagem: Esquema atômico / Helix84 / GNU Free Documentaoin License.
Diagrama de Linus Pauling
Linus Pauling (1901 — 1994)
Linus Pauling criou um diagrama para auxiliar na dis-tribuição dos elétrons pelos subníveis da eletrosfera.
	Subnível	Número máximo de elétrons
	s	2
	p	6
	d	10
	f	14
3
Nesse caso, o “3” representa o NÍVEL ENERGÉTICO (CAMADA ELETRÔNICA). O “s” repre-senta o SUBNÍVEL ENERGÉTICO. O “2” representa o NÚMERO DE ELÉTRONS na camada.
O que representa cada um desses números?
Por exemplo:
Imagem: Diagrama de Linus Pauling / Patricia.fidi / Domínio Público
Imagem: Linus Pauling / National Library of Medicine / United States Public Domain
CURIOSIDADE!
De qualquer forma...
Diagrama de Configuração Eletrônica
11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 
20Ca 1s2 2s2 2p6 3s23p6 4s2 
Onde estão localizados os elétrons nos átomos?
K 1s2
L 2s2 2p6
M 3s2 3p6 3d10
N 4s2 4p6 4d10 4f14
O 5s2 5p6 5d10 5f14
P 6s2 6p6 6d10 
Q 7s2 7p6
Subníveis
S p d f
4s2
Camada N
Nível 4 
Subnível s
2 e Número de élétrons
K
L
M
K=2 ; L=8 ; M=1
K=2 ; L=8; M=8; N=2
Camada de valência: última camada
Qual o subnível mais energético? 3s1 4s2
Determine a distribuição eletrônica do elemento químico Cloro (Cl)
Exemplo de aplicação
Como o Cloro possui número atômico z = 17, o número de prótons também é p = 17. E como ele está neutro, o número de elétrons vale e = 17.
Fazendo a distribuição pelo diagrama de Linus Pauling, temos:
O último termo representa a CAMADA DE VALÊNCIA (NÍVEL MAIS ENERGÉTICO DO ÁTOMO). Nesse caso, a 3ª Camada (camada M) é a mais energética.
Cl
17
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
De qualquer forma...
Diagrama de Configuração Eletrônica em ordem crescente de energia
26Fe 1s22s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 
K=2; L=8; M=14; N=2
Camada de valência: última camada 
Qual o subnível mais energético? (sempre o último) 
	Nome	Região do átomo	Símbolo	Carga (C)	Massa
relativa ao próton	Massa (g)
	Elétron	Eletrosfera	e	-1,6x10-19	1/1840	9,11x10-28
	Próton	Núcleo	p	1,6x10-19	1	1,67x10-24
	Nêutron	Núcleo	n	0	1	1,67x10-24
Principais características das partículas elementares do átomo
\
Próton
Nêutron
Elétron
Os diferentes tipos de átomos 
(elementos químicos) 
são identificados pela quantidade de prótons (P) que possuem.
Identificando o átomo
Z = P
Ao conjunto de átomos com o mesmo número atômico,damos o nome de ELEMENTO QUÍMICO.
Esta quantidade de prótons recebe
o nome de
NÚMERO ATÔMICO
e é representado pela letra “ Z ”.
Z=p =e
27
Número de Massa (A) 
É a SOMA do número de PRÓTONS (p), ou NÚMERO ATÔMICO (z), e o número de NÊUTRONS (n).
ou
Próton
Nêutron
Elétron
A Massa atômica está praticamente toda concentrada no núcleo, visto que a massa do elétron é desprezível se comparada com a do próton ou a do nêutron.
No nosso exemplo, temos:
p = 4 e n = 5. Então:
Logo:
Os Elementos
Elemento Químico
Conjunto de átomos que possuem mesmo número de prótons em seu núcleo, ou seja, o mesmo número atômico (Z).
Dessa forma, o número atômico é característica de cada elemento químico, sendo como seu número de identificação.
http://www.theodoregray.com/PeriodicTable/Posters/Poster2.2000.JPG
Matéria e sua composição:
O Átomo Nucleado:
Número atômico (Z).
Identidade do elemento químico.
Número de massa (A).
Número de partículas no núcleo.
Número de Nêutrons (n).
N = A – Z
Íons: espécies dotadas de carga elétrica (p≠ e)
11Na23 (átomo)
p=11
e=11
n=12
11Na23 + (íon positivo=cátion: perdeu 1e)
p=11
e=10
n=12
Íons: espécies dotadas de carga elétrica (p≠ e)
19K40 (átomo)
p=19
e= 19
n= 21
19K40 + (íon)
p=19
e= 18
n= 21
Íons: espécies dotadas de carga elétrica (p≠ e)
16S32 (átomo)
p=16
e= 16
n= 16
16S32 2- (íon negativo = ânion: ganhou 2e)
p=16
e= 18
n= 16
Sempre que um átomo se transforma em íon, isso acontece na camada de valência!
1. Faça a distribuição por subníveis e níveis de energia para as seguintes espécies:
 A) 38Sr88
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2
38Sr88 2+ (perdeu 2e)
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
34
 B) 9F- (ganhou 1e)
 C) 25Mn2+ (perdeu 2 e)
9F 1s2 2s2 2p5
9F- 1s2 2s2 2p6
25Mn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
25Mn2+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5
X
Z
A
X
Z
A
ou
C
6
12
Cl
17
35
Representação de um Elemento Químico
De acordo com a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), devemos indicar o número atômico (Z) e o número de massa (A) junto ao símbolo de um elemento químico ao representá-lo.
EXEMPLOS
	NOME DO ELEMENTO	Carbono	Ferro	Cloro
	NÚMERO DE MASSA (A)	12	56	35
	NÚMERO ATÔMICO (z)	6	26	17
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	6	26	17
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	6	26	17
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	6	30	18
Fe
26
56
Próton
+
Nêutron
0
Elétron
–
+
+
+
+
–
–
Be
4
8
2+
íon CÁTION – PERDEU dois elétrons – ficou POSITIVO
–
–
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
–
–
–
–
–
íon ÂNION – GANHOU dois elétrons – ficou NEGATIVO
Íons
Elementos químicos que possuem números diferentes de prótons e elétrons, perderam ou ganharam elétrons, gerando uma diferença de cargas.
O
8
16
2–
37
Elementos ISÓTOPOS (p=)
Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS ATÔMICOS, porém com NÚMEROS DE MASSA DIFERENTES (pois possuem diferentes números de nêutrons).
	NOME DO ELEMENTO	Cloro	Cloro
	NÚMERO DE MASSA (A)	35	37
	NÚMERO ATÔMICO (z)	17	17
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	17	17
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	17	17
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	18	20
Cl
17
35
Cl
17
37
EXEMPLO
Dalton erra!
Átomos de um mesmo elemento são
 idênticos em prótons
Alguns isótopos recebem nomes diferentes entre si.
EXEMPLO
	NOME DO ELEMENTO	Hidrogênio 1	Hidrogênio 2	Hidrogênio 3
	NOME ESPECIAL	PRÓTIO	DEUTÉRIO	TRITÉRIO
		Hidrogênio leve	Hidrogênio pesado	Trítio
	NÚMERO DE MASSA (A)	1	2	3
	NÚMERO ATÔMICO (z)	1	1	1
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	1	1	1
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	1	1	1
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	0	1	2
H
1
1
H
1
2
H
1
3
Elementos ISÓBAROS (A=)
Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE MASSA, porém com NÚMEROS ATÔMICOS DIFERENTES.
	NOME DO ELEMENTO	Cálcio	Potássio
	NÚMERO DE MASSA (A)	40	40
	NÚMERO ATÔMICO (z)	20	19
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	20	19
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	20	19
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	20	21
Ca
20
40
K
19
40
EXEMPLO
Elementos ISÓTONOS (n=)
Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE NÊUTRONS, porém com NÚMEROS ATÔMICOS e NÚMEROS DE MASSA DIFERENTES.
	NOME DO ELEMENTO	Cálcio	Potássio
	NÚMERO DE MASSA (A)	40	39
	NÚMERO ATÔMICO (z)	20	19
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	20	19
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	20	19
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	20	20
Ca
20
40
K
19
39
EXEMPLO
Elementos ISOELETRÔNICOS (e=)
Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE ELÉTRONS.
	NOME DO ELEMENTO	Sódio	Oxigênio	Neônio
	NÚMERO DE MASSA (A)	23	16	20
	NÚMERO ATÔMICO (z)	11	8	10
	NÚMERO DE PRÓTONS (p)	11	8	10
	NÚMERO DE ELÉTRONS (e)	10	10	10
	NÚMERO DE NÊUTRONS (n)	12	8	10
EXEMPLO
Ne
10
20
Na
11
23
+
O
8
16
2-
Molécula
É a menor partícula que apresenta todas as propriedades físicas e químicas de uma substância.
As moléculas são formadas por dois ou mais átomos. Os átomos que constituem as moléculas podem ser do mesmo tipo (por exemplo, a molécula de oxigênio tem dois átomos de oxigênio)
ou de tipos diferentes (a molécula de água, por sua vez, tem dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio).
Imagem: Modelo molecular / Kemikungen / Domínio Público
Imagem: Bin im Garten / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
2. Ao analisarmos os ânion monovalente 17A35 e cátion monovalente 19B39 podemos dizer que
A e B são isótopos.
A e B são isóbaros.
A e B são isótonos.
A e B são isoeletrônicos
A e B não têm nenhuma relação.
Matéria e sua composição:
Conceito de Massa Atômica do Elemento:
Definição
“A massa atômica de um elemento químico é a média ponderada das massas atômicas de seus isótopos, cuja ponderação é a ocorrência de cada um na natureza. A massa do átomo de um dado isótopo é o seu número de massa expresso em unidade de massa atômica (u).”
Exemplo: O cloro se apresenta na natureza, principalmente em função de seus isótopos Cl35 (abundância=75,4%) e Cl37 (abundância=24,6%)
Matéria e sua composição:
Conceito de Unidade de Massa Atômica:
Definição
Na convenção da IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) realizada em 1961, adotou-se como unidade padrão para massa atômica o equivalente a 1/12 da massa do isótopo 12 do elemento carbono.
Para efeito comparativo, 1u (unidade de massa atômica) corresponde a 1,66 x 10-24 g, ou seja, equivale aproximadamente à massa de um próton ou de um nêutron.
Exercício
O átomo X é isóbaro do 40Ca e isótopo do 36Ar. Assinale o número de nêutrons do átomo X. Dados: Número atômicos: Ar = 18; Ca = 20 
a) 4 b) 22 c) 40 d) 18 e) 36 
Exercício
Um cátion metálico trivalente tem 76 elétrons e 118 nêutrons. O átomo do elemento químico, do qual se originou, tem número atômico e número de massa, respectivamente: 
 a) 76 e 194 b) 76 e 197 c) 79 e 200 d) 79 e 194 e) 79 e 197 
Exercício
Dentre os seguintes elementos, qual apresenta 16 elétrons no terceiro nível energético? (Dados: números atômicos S = 16, Ni = 28, Zn = 30, Br = 35, Zr = 40.) 
a) S b) Ni c) Zn d) Br e) Zr
Exercício
Ao resumir as características de cada um dos sucessivos modelos do átomo de hidrogênio, um estudante elaborou o seguinte resumo: 
• Modelo atômico: Dalton Características: átomos maciços e indivisíveis. 
• Modelo atômico: Thomson Características: elétron, de carga negativa, incrustado em uma esfera de carga positiva. A carga positiva está distribuída, homogeneamente, por toda a esfera. 
• Modelo atômico: Rutherford Características: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central,de carga positiva. Não há restrição quanto aos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron. 
• Modelo atômico: Bohr Características: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Apenas certos valores de raios das órbitas e das energias do elétron são possíveis. 
O número de erros cometidos pelo estudante é: a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e)4
Exercício
Calcule a massa Atômica do Elemento Ferro. Considere os dados da tabela abaixo.
Extras
VÍDEOS DO YOUTUBE
Modelo Atômico de Rutherford experimento renovador
Link: http://www.youtube.com/watch?v=HmsI7z6HM_U
 
Dr quântico, experimento da fenda dupla - qsn 4
Link: http://www.youtube.com/watch?v=gAKGCtOi_4o
 
SIMULAÇÕES
Simulações on-line no ensino da Física
Link: http://nautilus.fis.uc.pt/personal/antoniojm/applets_pagina/quantica.htm
 
Modelos atômicos para o átomo
Link: http://atomoemeio.blogspot.com.br/2009/02/simulador-modelos-atomicos-para-o-atomo.html
 
CURIOSIDADES
Como funcionam os raios X?
Link: http://ciencia.hsw.uol.com.br/raios-x2.htm
 
PALAVRAS CRUZADAS
Estrutura Atômica
Link: http://www.quimica.net/emiliano/crosswords/estrutura-atomica/index.html
 
LISTA DE EXERCÍCIOS
Link: http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-quimica/estrutura-do-atomo
Link: http://www.agracadaquimica.com.br/quimica/arealegal/outros/242.pdf
Bibliografia
ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química, questionando a vida moderna e o meio ambiente, Trad. Ignez Caracelli et al. Porto Alegre: Bookman, 2001.
MORTIMER, E. F.; Machado, A. H. Química para o ensino médio: volume único. São Paulo, Scipione, 2002.
ROMANELLI, L. I.; JUSTI, R. da S. Aprendendo química. Ijuí, Ed. Unijuí, 1997.
ROCHA-FILHO R. C. Átomos e tecnologia, Química Nova na Escola, v.3, 1996.
ROMANELLI, L. I. O professor no ensino do conceito átomo, Química Nova na Escola, v.3, 1996. 
CHASSOT, A. I. Prováveis modelos de átomos, Química Nova na Escola, v.3, 1996.
CHASSOT, A. I. Raios X e radioatividade, Química Nova na Escola, v.2, 1995.
CHASSOT, A. I. A Ciência através dos tempos, São Paulo: Moderna.
<http://quimicasemsegredos.com/> Acesso em 14/06/2012.
<http://pt.wikipedia.org> Acesso em 14/06/2012.
<http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 14/06/2012.
<http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 14/06/2012.
<http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 14/06/2012.
<http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 14/06/2012
<http://www.soq.com.br/> Acesso em 14/06/2012.
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