Aula 1 - Introdução e Modelos Atômicos

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Prof. Dr. Lucas Vono
Química Geral e Ciência dos Materiais
Introdução e Evolução dos Modelos Atômicos
Calendário
Disciplina
Professor
Data Conteúdo
27/08/2020
03/09/2020
10/09/2020
17/09/2020
24/09/2020
01/10/2020
08/10/2020 Prova
15/10/2020
22/10/2020
29/10/2020
05/11/2020
12/11/2020
19/11/2020
26/11/2020
03/12/2020 Prova N2
10/12/2020 Semana de Vista de Prova N2
17/12/2020 Prova Substitutiva
Cronograma de Aulas - 2020/2
Avaliação
Bibliografia recomendada
• CALLISTER, Jr., WILLIAN, D. Ciência e engenharia dos materiais: uma introdução. 8 ed. Rio 
de Janeiro: LTC, 2012. (Livro Eletrônico - Disponível na Biblioteca Virtual)
• SHACKELFORD, J. F. Introdução à ciência e engenharia dos materiais para engenheiros. 6 
ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008. (Livro Eletrônico - Disponível na Biblioteca Virtual)
• Peter, Atkins,. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. Grupo 
A, 2018. [Minha Biblioteca].
Aula de Hoje
Domínios:
Ciência dos Materiais
Modelos Atômicos
Referências:
CALLISTER, Jr., Ciência e engenharia dos materiais uma introdução: 8ª ed.,
capítulo 1 e 2.
Por que estudar materiais?
Úteis na elaboração de dispositivo e edificações...
Vídeo: Ano internacional da química
https://www.youtube.com/watch?v=9G7wnzJV3-g&t=2s
Importância da química dos materiais no dia a dia e desenvolvimento
tecnológico.
https://www.youtube.com/watch?v=9G7wnzJV3-g&t=2s
8
Ossos e pele de animal (vestimentas e utensílios)10000 a.C..
3500 a.C.
1000 a.C.
1774
1872
1885
1936
1985
2002
Ossos e argila (armamento e abrigo)
Metalurgia (armamento e abrigo)
Vidro temperado (lupas, microscópios, termômetros)
Comunicação via eletricidade (telegrafo, telefone)
Fibras, polímeros 
Automóveis 
Computadores
Materiais nanoestruturados
Nanocompostos aplicados
FONTE: http://www.demar.eel.usp.br/historico.html
Desenvolvimento e avanço das sociedades: estão 
relacionados às habilidades dos seus membros em produzir 
e manipular materiais para satisfazer as suas necessidades.
http://www.demar.eel.usp.br/historico.html
Química dos materiais no dia a dia
10
Espuma de poliuretano
Polímero de fórmula:
[-R-NHCOO-R]n
Dureza e densidade variadas em função dos 
radicais substituintes.
E na engenharia...
Engenheiros, sejam eles mecânicos, civis, químicos
ou elétricos, irão se deparar com um problema de
projeto que envolva materiais.
Os exemplos podem incluir uma engrenagem de
transmissão, a superestrutura para um edifício, um
componente de uma refinaria de petróleo, ou um
chip de circuito integrado.
Materiais
Materiais: Substâncias cujas propriedades as tornam utilizáveis em
estruturas, maquinas dispositivos e produtos consumíveis.
Classificação dos materiais:
Metais
Cerâmicas
Polímeros
Compósitos
Materiais Avançados
Biomateriais
PROPRIEDADE = Resposta do material a um determinado estímulo externo. 
Ex: deformação do material sob ação de uma força; 
condução de eletricidade sob ação de um campo elétrico
Ciências 
dos 
Materiais
Estuda a relação entre estrutura do material e suas 
propriedades.
Disciplinas científicas tradicionais (física, química e matemática)
Engenharia 
dos 
Materiais
Estuda e desenvolve processos e aplicações dos materiais. 
Cria novos produtos a partir de materiais já existentes. 
O que você entende por PROPRIEDADES?
“Á área da atividade humana associada com a 
geração e a aplicação de conhecimentos que 
relacionem composição, estrutura e 
processamento de materiais às suas 
propriedades e usos.”
Ciências dos 
Materiais
Engenharia dos 
Materiais
Fonte: Morris Cohen, MIT (em Padilha, A.F. – Materiais de Engenharia, Hemus, 
1997, cap. 1)
Desempenho/Aplicação
Composição/Estrutura
Tetraedro dos Materiais
Processo de 
fabricação do 
material com 
forma e 
propriedade 
específica
Relacionada com a 
natureza química 
dos elementos e 
como estes estão 
arranjados/organiza
dos no material
Quais 
características 
o material 
apresentará?
Resposta do 
material em 
condições 
reais de uso 
e aplicação
❖ A estrutura de um material afeta diretamente à propriedade 
de uma material. As propriedades dos materiais definem o 
desempenho de um determinado componente e o processo 
de fabricação do mesmo.
Tetraedro dos Materiais
Processamento e Desempenho: Óxido de Alumínio (Al2O3)
1 2 3
1 - Transparente, toda 
a luz refletida passa 
através dele.
2 – Translúcido, parte 
da luz refletida é 
transmitida.
3 – Opaco, nenhuma 
luz passa através 
dele.
Ligação química e os materiais
• Ligação iônica
• Ligação covalente
• Ligação metálica
Tipos de Ligações:
Algumas propriedades dos materiais depende
do arranjo atômico e das ligações químicas
entre átomos ou moléculas constituintes
Quanto maior a energia/força de uma ligação química, ocorre a tendência de o 
material ter:
❖Maior o ponto de fusão e ebulição;
❖Maior resistência mecânica
❖Maior rigidez
❖Maior dureza;
❖Maior estabilidade química;
❖Menor a dilatação térmica;
Relação entre algumas propriedades e a energia de ligação
Interação entre dois átomos isolados:
Átomos distantes -
interações desprezíveis
Aproximação dos átomos → diminui 
Epotencial
Interação entre elétrons 
e o núcleo do átomo 
vizinho → F atrativa
Mínima energia potencial 
→ máxima estabilidade
Fatração = Frepulsão
Aumento de energia potencial →
sistema instável 
→ F repulsiva
E0 = 
energia 
ligação
r0
comprimento da ligação
Arranjos Atômicos e Interação atômica
Grécia Antiga (Século V a.C.)
Filósofos gregos, Demócrito e Leucipo
Átomos  em grego, significa indivisível
Primeiros Modelos Atômicos
A matéria podia ser dividida até chegar em uma 
pequena partícula indivisível chamada átomo.
❑ A matéria é formado por átomos, que são partículas MINÚSCULAS,
ESFÉRICAS, MACIÇAS, INDIVISÍVEIS E INDESTRUTÍVEIS;
❑ Átomos que apresentam mesmo tamanho, massa e forma constituem um
elemento químico.
❑ Átomos de mesmo elemento químico apresentam as mesmas propriedades
e átomos de elementos diferentes, propriedades diferentes
H
Au
Na
Modelo Atômico de John DALTON (1803)
➢ Os átomos podem se unir entre si formando compostos químicos.
Exemplo: H2O, NH3, NaCl, HNO3
➢ Os átomos não seriam destruídos e nem criados numa reação química, eles
seriam combinados. Explicação da Lei da conservação de massa de
Lavoisier
Modelo Atômico de John DALTON (1803)
Joseph J. Thomson e o estudo dos raios catódicos = descoberta do
ELÉTRON (partícula menor que o átomo e carregada negativamente);
Thomson acreditava que os átomos eram partículas eletricamente
neutras, portanto no átomo também deveria existir partículas com cargas
positivas (PRÓTON, descoberto em 1886 por Goldstein).
Derrubada do modelo de Dalton = o átomo não era indivisível e possui
natureza elétrica (cargas positivas e negativas em sua estrutura)
Modelo Atômico de Thomson (1887)
1° Modelo eletrônico de átomo 
PUDIM DE PASSAS (Plum pudding)
ÁTOMOS = partículas esféricas e
maciças de matéria carregada
positivamente com partículas negativas
(elétrons) distribuidas ao acaso na
esfera, sendo a carga total nula
Modelo Atômico de Thomson (1887)
Atividade de Tiro
Um jato de partículas α (carga positiva) emitidas pelo polônio sobre uma lâmina 
de ouro para observar o deslocamento ao passarem pelos átomos da lâmina.
O experimento de Rutherford (1911)
● O átomo não é maciço, apresentando mais espaço vazio do que preenchido, pois a
maior parte das partículas alfa atravessaram a lâmina;
● Espaço vazio do átomos = ELETROSFERA, local onde estariam os ELÉTRONS;
● O átomo deve possuir uma pequena região maciça, onde se encontraria a maior parte da
massa do átomo = NÚCLEO, visto que parte das partículas alfa (carga positiva) foram
refletidas;
● O NÚCLEO deve ser pequeno e positivo (devem conter os PRÓTONS), o que explica o
fato de as partículas alfa (positivas) sofrerem desvioscom trajetórias próximas ao núcleo.
Esse modelo ficou conhecido como “modelo do sistema solar”, em que o sol seria 
representado pelo núcleo e os planetas pelos elétrons ao redor do núcleo (na eletrosfera).
O experimento de Rutherford (1911)
1932 – James Chadwick – descoberta 
do nêutron (partícula com carga 
elétrica nula) – complementou o 
modelo de Rutherford 
Um átomo é composto por um pequeno núcleo carregado
positivamente, rodeado por uma grande eletrosfera onde se
encontram os elétrons com carga negativa.
No núcleo está concentrado os prótons e nêutrons (sem carga) e é
onde contêm a maior parte de massa do átomo.
O modelo atômico de Rutherford (1911)
• Os átomos possuem regiões
específicas (órbitas) disponíveis para
acomodar os elétrons – camadas
eletrônicas;
Estudo da eletrosfera
• Os elétrons movem-se em órbitas
circulares ao redor do núcleo, sendo
sua energia constante em cada
órbita.
• Os elétrons de um átomo tendem a
ocupar as camadas eletrônicas mais
próximas do núcleo, isto é, as que
apresentam menor quantidade de
energia
Modelo Atômico de Rutherford-Bohr (1913)
▪ Ao percorrer uma órbita os elétrons não absorvem 
e nem emitem energia;
▪ Um átomo está no estado fundamental quando 
seus elétrons ocupam as camadas menos 
energéticas;
Modelo Atômico de Rutherford-Bohr (1913)
A energia de um elétron é quantizada = energia
fixa e bem definida (quanta de energia = pacotes
de energia).
Ou seja, os elétrons podem ocupar somente certos
níveis de energias (níveis ou camadas permitidas).
Modelo Atômico de Rutherford-Bohr (1913)
Ao saltar para níveis mais
externos, os elétrons absorvem
uma quantidade definida de
energia (quantum de energia).
Ao retornar ao nível mais
interno, o elétron emite energia
(igual ao absorvido em
intensidade), na forma de luz de
cor definida ou outra radiação
eletromagnética (fóton).
Transição do Estado fundamental para um estado
excitado
Modelo de Bohr e o Salto Quântico
Ao voltar ao nível mais interno, o elétron emite um quantum de
energia, na forma de luz de cor bem definida ou outra radiação
eletromagnética (fóton).
✓Um exemplo é o aquecimento de metais nas indústrias metalúrgicas, quando eles 
emitem uma cor vermelha intensa. 
✓Outro exemplo são as lâmpadas incandescentes.
Aplicações – Teste de Chama
Qual a composição do átomo?
PARTÍCULAS SUBATÔMICAS
Partículas Subatômicas
Número atômico e número de massa
NÚMERO ATÔMICO (Z) é o número de prótons presentes no núcleo de um átomo.
NÚMERO DE MASSA (A) é a soma do número de prótons (Z) e de nêutrons (n) presentes no
núcleo do átomo.
A = p + n
Ex: O átomo do elemento químico carbono possui 6 prótons, 6 elétrons e 6 nêutrons.
6
12C (carbono)
Ex: O átomo de cloro apresenta 17 prótons , 17 elétrons e 20 nêutrons:
17
37Cl (cloro)
Lembrando: 
Elemento químico é o conjunto de átomos que possuem o mesmo 
número de prótons, isto é, o mesmo número atômico.
Os acontecimentos estudados pelos químicos estão relacionados a 
alterações na eletrosfera dos átomos, como nas reações e ligações 
químicas.
São átomos do mesmo elemento químico (mesmo número de PRÓTONS) 
mas que possuem número de massa diferentes.
Exemplo: 
1
1𝐻 1
2𝐻 1
3𝐻
Hidrogênio Deutério Trítio
99,98% 0,02% 10-7 %
Isótopos
ISÓBAROS
Isóbaros são átomos com o mesmo número de massa (A).
Exemplos: 
6
14𝐶 e 7
14𝑁 ; 26
57𝐹𝑒 e 27
57𝐶𝑜
ISÓTONOS
Isótonos são átomos com o mesmo número de nêutrons.
Exemplo: 
17
37𝐶𝑙 e 20
40𝐶𝑎
Íons
Quando um átomo está eletricamente neutro, ele possui prótons e 
elétrons em igual número.
Quando um átomo eletricamente neutro perde ou recebe elétrons, ele 
se transforma em um íon.
O íon positivo é chamado de cátion.
O íon negativo é chamado de ânion.
Cátions: São átomos que apresentam mais cargas positivas (prótons) do que
cargas negativas (elétrons). Isto ocorre porque o átomo perdeu elétrons.
O total de elétrons perdidos é igual ao total de cargas positivas adquiridas.
Ex: O átomo de lítio: Li  Li+ + elétron
Outros exemplos: Na+ ; Ca2+ ; Al3+ 
Ânions: são átomos eletrizados negativamente. Estes átomos
apresentam mais elétrons do que prótons. Isto ocorre porque o átomo
ganhou elétrons. O total de elétrons ganhos é igual ao total de cargas
negativas adquiridas.
Exemplo: Ânion Cloro, Cl + elétron  Cl-
Carga de valência: indica o número de ligações que um átomo poderá 
realizar. Como em cada ligação está envolvido 1 elétron de cada átomo, 
o total de cargas adquiridas, positivas ou negativas, determina a 
valência.
Os cátions e ânions podem ser:
Monovalentes: Na+, Cl- Trivalentes: Al3+ , P3-
Bivalentes: Ca2+, O2- Tetravalentes: Pt4+, (SiO4)
4-
Questão
1 – Quantos prótons e elétrons tem em:
a) 20Ca
+2
b) 9
19F-1
Resumo das teorias atômicas vistas até agora...
Princípio de Incerteza de Heisenberg:
É impossível determinar, no mesmo momento, a posição exata e a 
velocidade exata de uma partícula em movimento. 
Este princípio permite o cálculo do das energias dos subníveis de energia 
na eletrosfera e uma probabilidade da presença do elétron.
• Probabilidade de 90% de 
encontrar o elétron dentro do 
orbital
O Modelo de subníveis de energia
Subníveis de energia
Níveis ou 
camadas
Divisão da eletrosfera em níveis e subníveis
Subníveis
s
p
d
f
Orbitais atômicos: s, p, d e f
1 orbital s: 2 elétrons
3 orbitais p: 6 elétrons
5 orbitais d: 10 elétrons
7 orbitais f: 14 elétrons
Número máximo de elétrons em cada subnível
Subníve
l
s p d f
Número 
máximo 
elétrons
2 6 10 14
Número máximo de elétrons em cada NÍVEL (ou camada)
• Cada nível de energia é caracterizado por um número quântico principal
(n), que pode assumir valores inteiros: 1, 2, 3, etc
• Cada órbita é denominada de camada eletrônica e pode ser designada 
pelas letras K, L, M, N, O, P, Q. 
Distribuição eletrônica
❖ O número que aparece antes da letra determina a camada (número 
quântico principal n);
❖A letra determina o subnível (s, p, d, f);
❖ Sobrescrito indica o número de elétrons que o subnível possui. 
2p4
2ª camada ou 
nível
Subnível p 
4 elétrons
1ª Camada (K)
2ª Camada (L)
6ª Camada (P)
5ª Camada (O)
3ª Camada (M)
4ª Camada (N)
7ª Camada (Q)
Diagrama distribuição
eletrônica de Linus Pauling
Ordem crescente de energia dos subníveis =
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 4p < 5s < 4d .... 
Distribuição...
Exemplos: 
Oxigênio 8O
1s2 2s2 2p4 
Sódio 11Na:
1s2 2s2 2p6 3s1
Questão
Escreva a distribuição eletrônica nos subníveis de energia para os 
seguintes átomos:
a) 10Ne
b) 20Ca
c) 17Cl
d) 26Fe
Distribuindo os elétrons no átomo....
1. Fazer a distribuição eletrônica para os seguintes átomos no estado fundamental:
11Na
17Cl
26Fe
42Mo
2. Na crosta terrestre, o segundo elemento mais abundante, em massa, tem no estado 
fundamental a seguinte configuração eletrônica:
Nível 1: completo Nível 2: completo Nível 3: 4 elétrons.
A alternativa que indica corretamente esse elemento é:
a) Al (Z = 13) b) Fe (Z = 26) c) N (Z = 7) d) O (Z = 8) e) Si (Z = 14) 
1. (ETFSP) No fim do século XIX começaram a aparecer evidências de que o átomo não era
a menor partícula constituinte da matéria. Em 1897 tornou-se pública a demonstração da
existência de partículas negativas, por um inglês de nome:
a) Dalton;
b) Rutherford;
c) Bohr;
d) Thomson;
e) Proust.
2. (Puc - RS) O átomo, na visão de Thomson, é constituído de
a) níveis e subníveis de energia.
b) cargas positivas e negativas.
c) núcleo e eletrosfera.
d) grandes espaços vazios.
e) orbitais.
Exercícios
3. Considere as seguintes afirmações, referentes à evolução dos modelos atômicos:
I. No modelo de Dalton, o átomo é dividido em prótons e elétrons.
II. No modelo de Rutherford, os átomos são constituídos por um núcleo muito pequeno e denso
e carregado positivamente. Ao redor do núcleo estão distribuídosos elétrons, como planetas
em torno do Sol.
III. O físico inglês Thomson afirma, em seu modelo atômico, que um elétron, ao passar de uma
órbita para outra, absorve ou emite um quantum (fóton) de energia.
Das afirmações feitas, está(ão) correta(s):
a) apenas III.
b) apenas I e II.
c) apenas II e III.
d) apenas II.
e) todas.
4. Um experimento conduzido pela equipe de Rutherford consistiu no 
bombardeamento de finas lâminas de ouro, para estudo de desvios de 
partículas alfa. Rutherford pôde observar que a maioria das partículas alfa 
atravessava a fina lâmina de ouro, uma pequena parcela era desviada de sua 
trajetória e uma outra pequena parcela era refletida. Rutherford então idealizou 
um outro modelo atômico, que explicava os resultados obtidos no 
experimento.
Em relação ao modelo de Rutherford, afirma-se que:
I) o átomo é constituído por duas regiões distintas: o núcleo e a eletrosfera. 
II) o núcleo atômico é extremamente pequeno em relação ao tamanho do átomo e 
contêm praticamente toda a massa do átomo. 
III) os elétrons situam-se em uma grande eletrosfera que rodeia o núcleo 
carregado negativamente
IV) os elétrons movimentam-se ao redor do núcleo em trajetórias circulares, 
denominadas níveis, com valores determinados de energia (quantum de energia)
As afirmativas corretas são apenas:
a) I e II b) I e III c) II e IV d) III e IV e) I, II e III
Questões:
1) O átomo constituído de 11 prótons, 12 nêutrons e 11 elétrons apresenta, 
respectivamente, número atômico e número de massa iguais a :
a) 11 e 11 b) 12 e 11 c) 23 e 11 d) 11 e 12 e) 11 
e 23
2) Dadas as espécies químicas :
I = 48Cd
112 II = 27Co
60 III = 48Cd
114 IV = 29Cu
60
a)Quais representam átomos com igual número de prótons ?
b) Quais representam átomos isóbaros ?
c) Determinar o número de nêutrons em cada espécie .
3) Isótopos são átomos que apresentam o mesmo número atômico, mas
diferentes números de massa. O magnésio possui isótopos de números de massa
iguais a 24, 25 e 26. Os isótopos do magnésio possuem números de nêutrons,
respectivamente, iguais a: (Dado: Mg possui Z = 12)
a) 1, 12 e 12
b) 24, 25 e 26
c) 12, 13 e 14
d) 16, 17 e 18
e) 8, 8 e 8