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1 01 Aula Química 1A Estrutura atômica I – conceitos fundamentais Átomo Leucipo e Demócrito, dois filósofos gregos, por volta do ano 400 a.C. propuseram que a matéria seria constituída de partes menores e indivisíveis que foram denominadas átomos. Eles imaginavam que, se um corpo qualquer fosse fragmentado continuamente em partes cada vez menores, se chegaria a uma porção de matéria tão pequena que seria impossível dividir – o átomo (do grego não divisível). Os mais de 2000 anos seguintes foram dominados pela alquimia. Modelos atômicos Modelo atômico de Dalton Por volta de 1808, o cientista e professor inglês John Dalton (1766-1844), baseado em uma série de leis expe- rimentais do século XVIII, propôs: 1. Os átomos são esferas maciças, indivisíveis e indestrutíveis nas reações (transformações) químicas. 2. Os elementos são feitos de pe- quenas partículas – os átomos. 3. Os átomos de um determi- nado elemento são iguais quanto à massa e demais propriedades. 4. As transformações químicas consistem na reunião, separação e rearranjo dos átomos. Muitas ponderações sobre a natureza do átomo foram feitas durante os anos 1800, mas somente por volta de 1900 foi que surgiu uma evidência convincente de que o átomo poderia ser constituído de partículas menores, portanto divisível. Modelo atômico de Thomson Descoberta dos elétrons Em 1856, foram realizadas várias experiências, usando a denominada ampola de William Crookes. Com base nessas ex- periências, o físico Joseph John Thomson (1856-1940) concluiu, em 1898, que existem partículas menores que o átomo, dotadas de carga elétrica negativa. Crookes observou que os gases eram maus condutores de eletricidade, porém se tornavam melhores condutores caso tivessem a pressão muito reduzida (de 10 a 0,01 mmHg). Nessas condições, ao aplicar uma alta voltagem entre os eletrodos da ampola de Crookes, ele percebeu uma descarga elétrica no gás, além de um fluxo luminoso partindo do cátodo e dirigindo-se à parede oposta da ampola. Esse fluxo luminoso foi chamado de raios catódicos. Eletrodo Cátodo Bomba de vácuo Gás a baixa pressão Ânodo Eletrodo Ao ser aplicado um campo elétrico externo à ampola de Crookes, os raios catódicos desviavam para a placa positiva, portanto possuíam carga negativa. An ge la G ise li. 2 01 0. D ig ita l. © W ik im ed ia C om m on s/ He nr y Ro sc oe John Dalton © W ik ip éd ia C om m on s/ B. C ro w el l Joseph John Thomson 2 Semiextensivo As experiências foram realizadas com diferentes gases a baixa pressão e alta voltagem no interior da ampola, obtendo-se os mesmos resultados e permitiram a seguinte conclusão: os raios catódicos eram parte constituinte de toda espécie de matéria. Alguns anos depois, em 1886, Eugene Goldstein, uti- lizando as ampolas de Crookes com algumas alterações, observou a ocorrência de “novos raios” sendo emitidos na direção contrária, concluiu-se que esses novos raios, cha- mados de raios canais, eram dotados de carga positiva. Thomson determinou a relação carga-massa dos raios catódicos, provando experimentalmente que os raios eram partículas negativas (dotados de carga) e é, por isso, considerado o descobridor do elétron como partícula. Thomson, então, propôs um modelo para o átomo, apresentando-o como uma esfera gelatinosa de carga elétrica positiva, em que os elétrons, negativos e muito menores, estariam incrusta- dos, neutralizando a carga positiva. Ele comparou o átomo com um “pudim de passas”, no qual as passas representavam os elétrons, e a massa gelatinosa representava a carga elétrica positiva. Destaca-se ainda que os trabalhos experimentais de Goldstein possibilitaram a descoberta do próton, partícula dotada de carga elétrica equivalente à do elé- tron, porém positiva. O próton possui massa 1 836 vezes maior que a do elétron. O nome próton foi dado por Rutherford, em 1 904. Modelo atômico de Rutherford As experiências realizadas em 1911 pelo cientista Ernest Rutherford (1871-1937) levaram-no a descartar o modelo atômico da esfera gelatinosa proposto por Thomson. Rutherford bombardeou uma fina lâmina de ouro, cuja espessura era de aproximadamente 10–5 cm (em tor- no de 300 átomos), com um feixe de partículas alfa, pequenas partículas radioativas dotadas de carga elétrica positiva e emitidas pelo elemento radioativo polônio. As partículas alfa, apesar de invisíveis, podem ser detectadas, pois produzem uma lu- minosidade instantânea (fluorescência) ao coli- direm com um anteparo de sulfeto de zinco (ZnS). Rutherford usou a seguinte aparelhagem: A experiência de Rutherford que resultou na descoberta do núcleo atômico. Fonte de partículas Po Feixe de partículas Tela fluorescente A maioria das partículas não sofre desvio Placa de ouro Partículas que sofrem desvios An ge la G ise li. 2 01 0. D ig ita l. Rutherford notou, com surpresa, que a maioria das partículas alfa atravessava a lâmina, sem sofrer desvios de trajetória. Somente algumas partículas alfa sofriam desvios ou não conseguiam atravessar a lâmina (rico- cheteavam). Esquema do átomo em função da experiência Átomos da lâmina de ouro Partícula desviada Maioria das partículas a atravessam Núcleo de átomos de ouro Eletrosfera dos átomos de ouro Fe ix e de pa rt íc ul as + + + + An ge la G ise li. 2 01 0. D ig ita l. Como resultado de sua experiência, Rutherford pôde tirar algumas conclusões: • o átomo não deveria ser uma bola maciça; • no átomo, devem existir mais espaços vazios que preenchidos; • as poucas partículas alfa que retornavam ou que sofriam desvios mostravam que o átomo deveria ter um núcleo pequeno, pesado e positivo onde se con- centra a maior parte da massa do átomo. O desvio se deve a uma repulsão entre o núcleo e uma partícula alfa (positiva) que passa muito próximo dele; • os elétrons, negativos, estariam girando ao redor do núcleo, numa região denominada eletrosfera; • o número de partículas que atravessam a lâmina de ouro é muito superior ao número de partículas que ricocheteiam. Por meio de uma contagem, é possível fazer uma relação e prever que o raio de um átomo de ouro é cerca de 10 000 vezes maior que o raio do seu núcleo. Região positiva Elétrons negativos An ge la G ise li. 2 01 0. D ig ita l. © W ik ip éd ia C om m on s/ D es co nh ec id o Ernest Rutherford Aula 01 3Química 1A As conclusões de Rutherford possibilitaram a criação de um novo modelo para o átomo, com uma região central, de carga elétrica positiva (núcleo), e uma região periférica (eletrosfera), na qual se encontram os elétrons, partículas dotadas de carga elétrica negativa e massa desprezível. O modelo ficou conhecido como modelo planetário do átomo. O nêutron James Chadwick mostrou, em 1932, que a maioria dos núcleos contêm uma partícula neutra (o nêutron) ligeiramente mais massiva que o próton, porém com carga nula. É importante saber Massas mpróton = 1,673 ∙ 10 –24 g mnêutron = 1,675 ∙ 10 –24 g melétron = 9,11 ∙ 10 –28 g m m p e = ⋅ ⋅ ≅ − − 1 673 10 9 11 10 1836 24 28 , , • A determinação do módulo da carga elétrica (1,6 ∙10–19 C) é atribuída a Millikan (em 1909). Vamos agora, conhecer os valores relativos de carga e massa dos prótons, elétrons e nêutrons. Próton Elétron Nêutron (p) + (e) − (n) o Carga elétrica relativa +1 −1 0 Massa relativa 1 1 1836 1 Conclusão: mp mn 1 836 me mp = massa do próton mn = massa do nêutron me = massa do elétron Conceitos fundamentais Número atômico Representado por Z, indica o número de prótons existentes no núcleo de um átomo, sendo, portanto, um número inteiro (Z ≥ 1). Dizer que o cálcio possui Z = 20 indica que possui 20 prótons no núcleo. Todo átomo é um sistema eletricamente neutro, isto é, o número de prótons é igual ao número de elétrons. Sendo assim, o cálcio, Z = 20, possui 20 prótonse 20 elétrons. Número de massa Representado pela letra A, é a soma do número de prótons (Z) com o número de nêutrons (N) existentes no núcleo do átomo. Outro nome para número de massa é o número de núcleons. Relação: A = Z + N Elemento químico Podemos definir como elemento químico o conjunto de átomos com o mesmo número de prótons, isto é, o mesmo número atômico (Z). Como representar os elementos – os símbolos Os símbolos dos elementos são abreviaturas para simplificar uma palavra completa (nome do elemento), como, por exemplo, quando se escreve EUA em vez de Estados Unidos da América. A primeira letra do símbolo de um elemento é sempre maiúscula e a segunda, quando utilizada, minúscula. Exemplos: Símbolo = 1ª. letra do nome do elemento I = iodo, O = oxigênio, H = hidrogênio Símbolo = 1ª. e 2ª. letras do nome do elemento Aℓ = alumínio, Fe = ferro, Ni = níquel Símbolo = 1ª. letra e uma outra letra do nome do elemento Pt = platina, Zn = zinco, Cs = césio Símbolo = derivado do nome latino do elemento K (Kalium) = potássio, Na (Natrium) = sódio, S (Sulfur) = enxofre Representação geral Z A E E = símbolo do elemento químico 4 Semiextensivo Exemplos: a) O átomo de cálcio apresenta 20 prótons e 20 nêu- trons no seu núcleo. Assim: Z = 20; N = 20 A = 20 + 20 = 40 Representação: 20 40 Ca b) O átomo de cloro apresenta 17 prótons e 20 nêutrons no seu núcleo. Assim: Z = 17; N = 20 A = 17 + 20 = 37 Representação: 17 37 Cℓ Conceitos de isoátomos Isótopos Como vimos, todos os átomos de um determinado elemento apresentam o mesmo número atômico (nú- mero de prótons). Na maioria dos casos, os átomos de um determinado elemento não têm todos o mesmo número de nêutrons, logo não têm o mesmo número de massa. Isso ocorre porque o número de nêutrons no núcleo pode variar e varia com muita frequência. O hidrogênio, por exemplo, apresenta três tipos de átomos, que diferem uns dos outros apenas no número de massa (no. de nêutrons). São eles: o hidrogênio “leve” (o tipo mais comum), denominado prótio, com um próton e nenhum nêutron; o deutério, com um próton e um nêutron; e o trítio, com um próton e dois nêutrons. Os átomos que têm o mesmo número de prótons (mesmo Z) e diferem no número de nêutrons são cha- mados ISÓTOPOS. Podemos dizer que prótio, deutério e trítio são isótopos do elemento hidrogênio. Eles podem ser repre- sentados da seguinte maneira: 1 3 H trítio 1 1H prótio 1 2 H deutério Num outro exemplo, destacamos os dois isótopos mais comuns do urânio, com números de massa 235 e 238, respectivamente: 92 235 U 92 238 U O primeiro isótopo, o de número de massa 235, ou simplesmente o U−235, é utilizado em reatores nuclea- res e em bombas atômicas, enquanto o U-238 não tem as propriedades adequadas para essas aplicações. Os isótopos estáveis de um elemento sempre estão juntos na natureza. Quando um deles tiver de ser utili- zado para um determinado fim, é preciso separá-lo por meio de técnicas especiais. Assim, quando você ouve ou lê que certos países detêm as técnicas de enriqueci- mento do urânio para fins nucleares, significa que eles têm a avançada tecnologia de separação dos isótopos do urânio. A composição isotópica de um elemento é constan- te. Isso quer dizer que o hidrogênio contido em qualquer substância apresentará sempre seus três isótopos nas seguintes proporções: 1 3 H trítio 1 1H prótio 1 2 H deutério (traços)99,99% 0,01% A maioria dos elementos químicos é constituída por dois ou mais isótopos, que ocorrem na natureza em diferentes proporções. Átomos Porcentagem de ocorrência (%) 8 16 O 99,76 8 17 O 0,04 8 18 O 0,20 9 19 F 100 35 79 Br 50,54 35 81Br 49,46 82 204 Pb 1,40 82 206 Pb 24,10 82 207 Pb 22,10 82 208 Pb 52,40 Os isótopos de um mesmo elemento químico apresen- tam propriedades químicas semelhantes, pois possuem o mesmo número de prótons e também de elétrons. Isóbaros Nome dado aos átomos com mesmo número de massa e diferentes números atômicos. Exemplos: Iguais 40 ............................................. 40 20 ............................................. 19Ca K Diferentes Os isóbaros pertencem a elementos diferentes e, portanto, devem apresentar propriedades químicas diferentes. Aula 01 5Química 1A Isótonos Nome dado aos átomos que têm o mesmo número de nêutrons (N) e diferentes números atômicos (Z) e de massa (A). Exemplos: 9 19 10 20 10 9 19 10 10 20 F N Z A Ne N Z A ⇒ = = = ⇒ = = = ; ; ; ; Isodiáferos São átomos que apresentam a mesma diferença entre o número de nêutrons e de prótons (N – Z) Exemplos: Isodiáferos 5 11 17 35 6 5 1 18 17 1 B N Z N Z C N Z N Z ⇒ = = ⎫ ⎬ ⎭ − = ⇒ = = ⎫ ⎬ ⎭ − = ( ) ( )L Íons Já sabemos que um átomo, em seu estado normal, é eletricamente neutro, pois o número de prótons é igual ao número de elétrons. Assim, a carga negativa de cada elétron é compensada pela carga positiva de cada próton. No entanto, em determinadas ocasiões, um átomo pode ganhar ou perder elétrons, transformando-se numa partícula eletrizada, denominada íon. Se ele ganhar elétrons, transforma-se numa partícula de carga elétrica negativa, denominada ânion. Se ele perder elétrons, transforma-se numa partícula de carga elétrica positiva, denominada cátion. Resumindo: Perda de elétrons Ganho de elétrons ÁTOMO CÁTION (íon positivo) ÂNION (íon negativo) Exemplos: Aℓ2713 Aℓ 27 13 3+ a) Átomo neutro Cátion Perdeu 3e– 13 prótons 14 nêutrons 13 elétrons 13 prótons 14 nêutrons 10 elétrons excesso de 3 cargas positivas, portanto Aℓ3+ O168 O 16 8 2– b) Átomo neutro Ânion Ganhou 2e– 8 prótons 8 nêutrons 8 elétrons 8 prótons 8 nêutrons 10 elétrons excesso de 2 cargas negativas, portanto O2– Espécies isoeletrônicas Observe os elementos 8O, 9F, 11Na, 12Mg, e 13Aℓ. Quando eletricamente neutros, apresentam o número de prótons igual ao número de elétrons. Átomo neutro 8O 9F 11Na 12Mg 13Aℓ 8p 9p 11p 12p 13p 8e– 9e– 11e– 12e– 13e– Ao doarem ou receberem elétrons, transformam-se em íons. Assim: Íon 8O 2– 9F – 11Na + 12Mg 2+ 13Aℓ 3+ 8p 9p 11p 12p 13p 10e– 10e– 10e– 10e– 10e– As espécies acima são chamadas isoeletrônicas, pois, embora possuam cargas nucleares diferentes (Z diferentes) têm o mesmo número total de elétrons. 6 Semiextensivo Testes Assimilação 01.01. Considere as afirmativas: I. O átomo é maciço e indivisível. II. O átomo é um grande vazio com um núcleo muito pe- queno, denso e positivo no centro. I e II pertencem aos modelos atômicos propostos, respec- tivamente, por: a) Dalton e Thomson. c) Rutherford e Bohr. e) Dalton e Rutherford. b) Bohr e Thomson. d) Thomson e Rutherford. 01.02. (ACAFE – SC) – Ernest Rutherford, em 1911, realizou experiências bombardeando uma finíssima lâmina de ouro com partículas de carga positiva emitidas pelo polônio radioativo. A alternativa verdadeira, considerando as conclusões de Rutherford, é: a) Estava definitivamente desvendando o interior de um áto- mo e, até hoje, seu modelo para átomo não foi questionado. b) Poucas partículas atravessam a placa de ouro, demons- trando que o átomo é maciço. c) O núcleo do átomo tem carga negativa. d) A massa do átomo está concentrada na eletrosfera, onde estão localizados os elétrons. e) No centro do átomo, existe um núcleo muito pequeno e denso onde está concentrada sua massa. 01.03. (UEMT) – Assinale abaixo a alternativa que representa, de forma correta, as quantidades de prótons, nêutrons e elétrons, respectivamente, do íon 56 138 2Ba : a) 56, 54 e 82 b) 56, 82 e 54 c) 54, 82 e 56 d) 56,138 e 56 e) 54, 82 e 138 01.04. (PUCCamp – SP) – A simbologia da Química permite representar isótopos de formas diferentes. Porexemplo, o isótopo de carbono de massa 14 u pode ser representado por C−14 ou 6 14 C. A vantagem da segunda notação em relação à primeira é que nela também está representado: a) número de nêutrons. c) número de elétrons. e) número atômico. b) número de massa. d) massa atômica. 01.05. (IFSP) – Considere a tabela abaixo, que fornece ca- racterísticas de cinco átomos (I, II, III, IV e V). Átomo Número atômico Número de massa Número de elétrons na camada de valência I 11 23 1 II 11 24 1 III 19 40 1 IV 20 40 2 V 40 90 2 São isótopos entre si os átomos a) I e II. d) III e IV. b) II e III. e) IV e V. c) I, II e III. Aperfeiçoamento 01.06. (UNIFOR – CE) – A descoberta do átomo representou um importante passo para o homem no reconhecimento dos mate- riais e suas propriedades e o estabelecimento do modelo atômico atual foi uma construção científica de diversos autores: Leucipo/ Demócrito; Dalton, Thomson, Rutherford/Bohr, entre outros. A figura abaixo apresenta o modelo atômico (de Thomson) que contribuiu significativamente para o estabelecimento do conceito de átomo moderno, pois este defendia que: a) A divisibilidade do átomo em uma massa protônica posi- tiva e partículas negativas denominadas elétrons. b) A divisibilidade do átomo em uma massa neutra compos- ta por cargas negativas denominadas elétrons. c) A existência de um átomo negativo e indivisível. d) O átomo era divisível em partículas negativas conhecidas como prótons. e) O átomo era formado somente por uma massa de elétrons positivos inseridos em uma matriz protônica negativa. Aula 01 7Química 1A 01.07. (UFPR) – Considere as seguintes afirmativas sobre o modelo atômico de Rutherford: 1. O modelo atômico de Rutherford é também conhecido como modelo planetário do átomo. 2. No modelo atômico, considera-se que elétrons de car- gas negativas circundam em órbitas ao redor de um nú- cleo de carga positiva. 3. Segundo Rutherford, a eletrosfera, local onde se en- contram os elétrons, possui um diâmetro menor que o núcleo atômico. 4. Na proposição do seu modelo atômico, Rutherford se baseou num experimento em que uma lamínula de ouro foi bombardeada por partículas alfa. Assinale a alternativa correta: a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. b) Somente as afirmativas 3 e 4 são verdadeiras. c) Somente as afirmativas 1, 2 e 3 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 1, 2 e 4 são verdadeiras. e) As afirmativas 1, 2, 3 e 4 são verdadeiras. 01.08. (UFSC) – Na famosa experiência de Rutherford, no início do século XX, com a lâmina de ouro, o(s) fato(s) que (isoladamente ou em conjunto), indicava(m) o átomo possuir um núcleo pequeno e positivo foi(foram): 01) A maioria das partículas alfa atravessaria os átomos da lâmina sem sofrer desvio da sua trajetória. 02) Ao atravessar a lâmina, uma maioria de partículas alfa sofreria desvio de sua trajetória. 04) Um pequeno número de partículas alfa atravessando a lâmina sofreria desvio de sua trajetória. 08) Um grande número de partículas alfa não atravessaria a lâmina. 16) As partículas alfa teriam cargas negativas. 01.09. O oxigênio foi descoberto por Priestley em 1722. A partir de 1775, Lavoisier estabeleceu suas proprieda- des, mostrou que existia no ar e na água, e indicou seu papel fundamental nas combustões e na respiração. Na natureza, o elemento químico oxigênio ocorre como uma mistura de 16O, 17O e 18O. Na baixa atmosfera e à tempe- ratura ambiente, o oxigênio está presente principalmente na forma de moléculas diatômicas (O2) que constituem um gás incolor, inodoro e insípido, essencial para os or- ganismos vivos. São inúmeras as aplicações do oxigênio. Na medicina, o seu uso mais comum é na produção de ar enriquecido de O2. Sobre a ocorrência natural do elemento químico oxigênio, é correto afirmar que 16O, 17O e 18O possuem, respectiva- mente, a) 8, 9 e 10 nêutrons e são isótonos. b) 8, 8 e 8 elétrons e são isótonos. c) 16, 17 e 18 nêutrons e são isóbaros. d) 8, 8 e 8 elétrons e são isóbaros. e) 8, 9 e 10 nêutrons e são isótopos. 01.10. (UEPG – PR) – Considerando os elementos químicos representados por 19 42 A , 19 40 B e 21 42 C , assinale o que for correto. 01) Os elementos A e B são isótopos. 02) Os elementos A e C são isóbaros. 04) Os elementos B e C são isótonos. 08) O elemento A é o que possui maior número de nêu- trons no núcleo. 01.11. (UEPG – PR) – Na natureza podem-se encontrar três variedades isotópicas do elemento químico urânio, repre- sentadas abaixo. Com relação a esses isótopos, no estado fundamental, assinale o que for correto. 92 234U 92 235U 92 238U 01) O urânio−234 possui 92 prótons e 92 elétrons. 02) O urânio−235 possui 92 prótons e 143 nêutrons. 04) Os três átomos possuem o mesmo número de massa. 08) O urânio−238 possui 92 elétrons e 146 nêutrons. 01.12. (UFRGS) – Na reunião da IUPAC, que celebrou o fim do Ano Internacional de Química, os mais novos elementos foram oficialmente denominados de fleróvio, em home- nagem ao físico russo Georgiy Flerov, e de livermório, em homenagem ao Laboratório Livermore da Califórnia. Esses são os dois elementos mais pesados da tabela periódica e são altamente radioativos. O fleróvio (Fℓ) apresenta número atômico 114 e número de massa 289, e o livermório (Lv) apresenta número atômico 116 e número de massa 292. O número de nêutrons em cada átomo do elemento fleró- vio e o número de nêutrons em cada átomo do elemento livermório são, respectivamente, a) 114 e 116. d) 289 e 292. b) 175 e 176. e) 403 e 408. c) 189 e 192. 8 Semiextensivo Aprofundamento 01.13. (IME – RJ) – Os trabalhos de Joseph John Thomson e Ernest Rutherford resultaram em importantes contribuições na história da evolução dos modelos atômicos e no estudo de fenômenos relacionados à matéria. Das alternativas abaixo, aquela que apresenta corretamente o autor e uma de suas contribuições é: a) Thomson – Concluiu que o átomo e suas partículas for- mam um modelo semelhante ao sistema solar. b) Thomson – Constatou a indivisibilidade do átomo. c) Rutherford – Pela primeira vez, constatou a natureza elétrica da matéria. d) Thomson – A partir de experimentos com raios catódicos, comprovou a existência de partículas subatômicas. e) Rutherford – Reconheceu a existência das partículas nucleares sem carga elétrica, denominadas nêutrons. 01.14. (UFPR) – O modelo atômico proposto por Dalton foi de grande importância para alavancar o conhecimen- to atual sobre a estrutura atômica. Apesar de algumas ideias desse cientista não serem mais aceitas, algumas permanecem válidas, por descreverem corretamente o comportamento da matéria. Assinale a alternativa que corresponde a uma proposta ainda válida do modelo de Dalton. a) Cada átomo possui um núcleo onde se concentra a maior parte de sua massa. b) Os átomos são constituídos de partículas com carga negativa. c) Os átomos se combinam, separam ou rearranjam nas transformações químicas. d) Os átomos possuem carga positiva para balancear a carga negativa dos elétrons. e) Os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos em todos os seus aspectos. 01.15. (UFSC) – Uma das principais partículas atômicas é o elétron. Sua descoberta foi efetuada por J. J. Thomson em uma sala do Laboratório Cavendish, na Inglaterra, ao provocar descargas de elevada voltagem em gases bastante rarefeitos, contidos no interior de um tubo de vidro. No tubo de vidro “A”, observa-se que o fluxo de elétrons (raios catódicos) colide com um anteparo e projeta sua sombra na parede oposta do tubo. No tubo de vidro “B”, observa-se que o fluxo de elétrons (raios catódicos) movimenta um cata-vento de mica. No tubo de vidro “C”, observa-se que o fluxo de elétrons (raios catódicos) sofre uma deflexão para o lado onde foi colocada uma placa carregada positivamente. Observando os fenômenos que ocorrem nos tubos, podemos afirmar CORRETAMENTE que: 01) gases são bons condutores da corrente elétrica. 02)os elétrons possuem massa – são corpusculares. 04) os elétrons possuem carga elétrica negativa. 08) os elétrons partem do cátodo. 16) os elétrons se propagam em linha reta. 32) o cata-vento entrou em rotação devido ao impacto dos elétrons na sua superfície. 01.16. (UFPR) – O jornal Folha de S. Paulo publicou, em 19/06/94, matéria sobre empresas norte-americanas que estavam falsificando suco de laranja. O produto, vendido como puro, estava sendo diluído com água. A fraude foi descoberta através de medidas de teores de isótopos de oxigênio (16O e 18O). O isótopo mais pesado fica um pouco mais concentrado na água presente nas plantas em crescimento do que nas águas oriundas de fontes não biológicas. Considere as afirmações: I. Os números atômicos destes isótopos são iguais. II. O número de massa 16O é 16 e indica a soma do número de prótons e de elétrons existentes no átomo. III. O número de nêutrons nos isótopos acima é 16 e 18, respectivamente. IV. O número de elétrons de 16O é igual à de 18O. V. O suco puro deve conter maior quantidade de 18O. Quais são corretas? a) apenas I e II c) apenas II e IV e) apenas I, II e IV b) apenas I e III d) apenas I, IV e V Aula 01 9Química 1A 01.17. (FUVEST – SP) – As espécies Fe2+ e Fe3+, provenientes de isótopos distintos do ferro, diferem entre si, quanto ao número: a) atômico e ao número de oxidação. b) atômico e ao raio iônico. c) de prótons e ao número de elétrons. d) de elétrons e ao número de nêutrons. e) de prótons e ao número de nêutrons. 01.18. (UFPR) – A água do mar é conhecida por um caracte- rístico sabor salgado, já que contém diversos íons positivos e negativos. Considerando os elementos químicos X, Y, W e Z, com números atômicos 25, 27, 28 e 30 e números de massa 51, 53, 55 e 57, e os íons X−3, Y+, W− e Z+3, assinale a alternativa que identifica a relação correta entre elétrons e nêutrons dessas espécies. a) W e Y+ têm a mesma quantidade de elétrons b) Y e Z+3 têm a mesma quantidade de elétrons. c) X e Z têm a mesma quantidade de nêutrons. d) X−3e W− têm a mesma quantidade de nêutrons. e) Todas as espécies têm a mesma quantidade de nêutrons. Discursivos 01.19. (UFMG) – Em 1909, Geiger e Marsden realizaram, no laboratório do professor Ernest Rutherford, uma série de expe- riências que envolveram a interação de partículas alfa com a matéria. Esse trabalho, às vezes, é referido como ”Experiência de Rutherford”. O desenho a seguir esquematiza as experiências realizadas por Geiger e Marsden. Uma amostra de polônio radioativo emite partículas alfa que incidem sobre uma lâmina muito fina de ouro. Um anteparo de sulfeto de zinco indica a trajetória das partículas alfa após terem atingido a lâmina de ouro, uma vez que, quando elas incidem na superfície de ZnS, ocorre uma cintilação. a) Explique o que são partículas alfa. b) Descreva os resultados que deveriam ser observados nessa experiência se houvesse uma distribuição homogênea das cargas positivas e negativas no átomo. c) Descreva os resultados efetivamente observados por Geiger e Marsden. 10 Semiextensivo 01.01. e 01.02. e 01.03. b 01.04. e 01.05. a 01.06. a 01.07. d 01.08. 05 (01, 04) 01.09. e 01.10. 15 (01, 02, 04, 08) 01.11. 11 (01, 02, 08) 01.12. b 01.13. d 01.14. c 01.15. 62 (02, 04, 08, 16, 32) 01.16. d 01.17. d 01.18. b 01.19. a) São partículas de carga positiva emi- tidas por núcleos instáveis. As partícu- las também são conhecidas como núcleo de hélio. b) Praticamente todas as partículas alfa seriam desviadas. c) Poucas partículas alfa sofreram des- vios; a grande maioria atravessou a lamínula de ouro. d) A massa do átomo está praticamente toda concentrada em um só ponto – o núcleo – com prótons. Há uma nu- vem de elétrons ao redor do núcleo denominada de eletrosfera. 01.20. N = 34 Q R R2+ xp+ x + 2p+ x + 2p+ A x + 36 e–x n = 36 e–x A = x + 36 A = z + n x + 36 = (x + 2) + n N = 34 Gabarito d) Descreva a interpretação dada por Rutherford para os resultados dessa experiência. 01.20. (CESGRANRIO – RJ) – Um átomo Q tem 36 nêutrons e é isóbaro do átomo R. Considerando que R2+ é isoeletrônico do átomo Q, qual o número de nêutrons do átomo R? 11Química 1A Aula 02 1A Química Estrutura atômica II Modelo atômico de Niels Bohr (1913) O modelo atômico de Bohr surgiu em consequência da observação dos espectros atômicos e representa uma grande evolução em relação ao modelo de Rutherford. Se fizermos a luz de uma lâmpada comum (incandes- cente) passar através de um prisma, haverá a decom- posição nas diversas cores do arco-íris: é o espectro da luz visível. Ao repetirmos a experiência utilizando a luz de uma lâmpada de gás hélio, notamos que o espec- tro não é completo. Apenas algumas linhas estarão presentes, as quais correspondem a algumas frequências das ondas de luz visível: este é o espectro atômico. Exemplos: Espectro contínuo da luz visível Fi lm e fo to gr áf ic o Vi ol et a A zu l Ve rd e A m ar el o La ra nj a Ve rm el ho Pr et o Frequência aumenta Espectro atômico descontínuo para o gás hélio Fi lm e fo to gr áf ic o Vi ol et a Ve rd e Ve rm el ho Pr et o Frequência aumenta O que se apresentava extremamente intrigante é que as linhas (cores) obtidas dependiam do elemento químico utilizado na lâmpada. O modelo atômico de Rutherford explicava os resul- tados da experiência com dispersão das partículas alfa, porém não explicava os espectros atômicos. O brilhante cientista Niels Bohr propôs a resposta a esse “mistério” (espectros atômicos), enunciando os postulados de Bohr. Observação: Postulados são afirmações aceitas como ver- dadeiras, sem a necessidade de demonstração. Bohr combinou os elementos da física clássica e da teo- ria quântica em um tratamento do átomo de hidrogênio. Postulados de Bohr • Existem estados estacionários nos quais a energia do elétron é constante; tais estados são caracterizados por órbitas circulares em torno do núcleo em que o elétron tem um momento angular mvr dado pela equação mvr n h = ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟2π O número inteiro, n, é o número quântico principal, m = massa do elétron, v = velocidade do elétron, r = raio da órbita; h = constante de Planck, h/2 pode ser escrito como . • A energia é absorvida ou emitida somente quando um elétron se move de um estado estacionário para outro e a variação de energia é dada pela equação Δ = − = Δ = − =E E E hv ou E E E hvn n final inicial2 1 em que n1 e n2 são os números quânticos principais referentes aos níveis de energia En1 e En2 respectivamente. Lembre-se: Quantização da energia (Max Planck) E = h . f E = energia f = frequência h = constante de Planck (6,626 ∙ 10−34 J.S.) Cada um dos níveis possui um valor constante de energia. Os níveis são infinitos, mas, para os elementos conhecidos até hoje, existem 7 níveis de energia, repre- sentados pelo número quântico principal, com valores que vão de 1 até 7, ou pelas letras de K até Q. Li vr ar ia d o Co ng re ss o Am er ic an o Niels Bohr (1885-1962) 12 Semiextensivo Camadas ou níveis K L M N O P Q Números quânticos principais 1 2 3 4 5 6 7 Energia aumenta Núcleo K 1 L 2 M 3 N 4 O 5 P 6 Q 7 Números quânticos principais Eletrosfera Um elétron pode “saltar” de um nível de menor ener- gia para outro de maior energia somente se absorver energia externa (luz, calor, energia elétrica). Nesse caso, o elétron estará ativado ou excitado. O retorno do elétron ao seu nível inicial sempre se dará com emissão de energia na forma de ondas eletromagnéticas. Um elétron não pode permanecer entre dois níveis de energia. 1 quantum 1 fóton Elétron Absorve energia (calor) Libera energia (luz) Núcleo K n = 1 L n = 2 O modelo de Bohr explicando fatos interessantes • A coloração da luz emitida pelos fogos de artifício ou quando elementos são colocados diretamente sobre a chama de um bico de gás. Co re l S to ck P ho to s Explicação: O calor desenvolvido na queima excita os elétrons,levando-os a níveis de maior energia. Ao retornarem aos níveis originais (de menor energia), liberam a energia na forma de luz. Essa luz emitida apresenta uma cor característica para cada elemento químico. Observação: Esse modelo também é conhecido como mo- delo de Rutherford-Bohr, pois consiste no modelo de Rutherford modificado por Bohr. Número de elétrons nos níveis Os sete níveis de energia utilizados na distribuição de elétrons ao redor do núcleo do átomo são representados por letras e números. Assim: Níveis: K L M N O P Q Número Quântico Principal (n) 1 2 3 4 5 6 7 O número máximo (teórico) de elétrons (e–) em um nível pode ser calculado por: e n− = 2 2 Onde n = número quântico principal Assim temos: Níveis: K L M N O P Q n 1 2 3 4 5 6 7 Número máximo de e– 2 8 18 32 50 72 98 No entanto a partir do nível 5 (O) os números de elétrons encontrados para os elementos conhecidos, no máximo, são: Níveis: K L M N O P Q n 1 2 3 4 5 6 7 N.o e– 2 8 18 32 32 18 8 Subníveis para átomos multieletrônicos Para átomos dos elementos atualmente conhecidos, analisando os espectros atômicos com aparelhos mais sofisticados, pode-se observar com maior precisão que algumas linhas do espectro são constituídas por duas ou Aula 02 13Química 1A mais linhas muito próximas. Na realidade, os cientistas constataram que os níveis de energia são subdivididos em níveis menores, os chamados subníveis de energia, representados pelas letras s, p, d, f, g, h, i. As letras s, p, d estão correlacionadas com os es- pectros de emissão. Assim, algumas linhas espectrais observadas eram estreitas (do inglês Sharp), outras eram muito fortes daí a designação Principal (do inglês) outras, ainda, eram espalhadas ou difusas (do inglês di- ffuse). Depois da letra d e começando com a letra f (do inglês fundamental) as demais letras seguem o alfabeto. NÚMERO QUÂNTICO SECUNDÁRIO, OU AZIMUTAL OU DE MOMENTO ANGULAR ORBITAL(ℓ) O número quântico secundário, indicará o subnível de energia onde se encontram os elétrons. Os valores de ℓ dependem dos valores de n (número quântico principal). Para um dado valor de n, ℓ tem os valores inteiros possíveis entre 0 e (n – 1) Subníveis: s p d f g h i Número quântico secundário (ℓ) 0 1 2 3 4 5 6 Número máximo de elétrons (e–) 2 6 10 14 18 22 26 Observação: O número máximo de elétrons (e–) num subní- vel pode ser determinado pela fórmula: ( )e − = +4 2l Energia dos subníveis Os elétrons são distribuídos nos átomos por meio da ordem crescente da energia dos subníveis. Para evitar cálculos complexos que forneceriam essa energia, foi elaborado o diagrama das diagonais, mais conhecido como Diagrama de Linus Pauling. Linus Pauling La tin st oc k / A la m y / W or ld H ist or y Ar ch iv e Diagrama de “Linus Pauling” (das diagonais) 7p 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 5s 4d 5p 6p6s 7s 5d 6d 4f 5f En er gi a Au m en ta Ene rgi a A um ent a Assim, ordenando os subníveis em ordem crescente de energia, temos: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, ... Distribuição eletrônica em átomos neutros A configuração eletrônica na qual os elétrons se encontram distribuídos nos subníveis de menor energia é denominada normal ou fundamental. Exemplo: Indique a configuração eletrônica no estado funda- mental (ou normal) para o elemento Rb (Z = 37): 37Rb 1s 2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 Interpretação: 1s2 subnível s pertencente ao nível 1 (K), conten- do 2 elétrons. 4p6 subnível p pertencente ao nível 4 (N), conten- do 6 elétrons. A partir da distribuição em subníveis, pode-se distri- buir em camadas ou níveis: 1s2 nível K = 2e– 2s2 2p6 nível L = 8e– 3s2 3p6 3d10 nível M = 18e– 4s2 4p6 nível N = 8e– 5s1 nível O = 1e– Esta é a configuração eletrônica normal ou fundamental do elemento Rb em níveis e subníveis. Distribuição eletrônica em íons Um átomo neutro transforma-se em íon pela adição ou retirada de elétrons. O íon recebe o nome de: • cátion ou íon positivo: quando elétrons são retira- dos do átomo; 14 Semiextensivo • ânion ou íon negativo: quando elétrons são adicio- nados no átomo. Regra: A adição ou retirada de e– é feita no nível mais ex- terno (mais afastado do núcleo), denominado nível ou camada de valência. Exemplos: 11Na Retirando 1 e – 11Na + 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 O elétron deve ser retirado da camada de valência. 9F Adicionando 1 e – 9F – 1s2 2s2 2p5 1s2 2s2 2p6 O elétron deve ser adicionado à camada de valência. Princípio da Dualidade (Louis de Broglie) Um dos questionamentos que os físicos levantaram sobre o modelo proposto por Bohr era: por que o elétron está restringido a orbitar em torno do núcleo a determi- nadas distâncias fixas? Na verdade nem Bohr apresentou uma explicação lógica para esse fato. Em 1924, De Broglie pen- sou que, se as ondas de luz podem se comportar como um feixe de partículas, então talvez partículas como os elétrons possam apresentar propriedades ondulatórias. Segundo Louis de Broglie o elétron é uma partícula- -onda. Ainda assim o problema da determinação da localiza- ção do elétron na eletrosfera permanecia quando Werner Heisenberg e Erwin Schrödinger expuseram duas ideias: 1. Princípio da Incerteza (de Heisenberg): “É impossível determinar simultaneamente e com exatidão a posição e o momento linear (mas- sa vezes a velocidade) de um elétron num dado instante.” 2. Conceito de Orbital: Orbital é a região do espaço ao redor do núcleo onde a probabili dade de se encontrar um elétron é alta. Schrödinger conseguiu deduzir complexas equações matemáticas para determinar a forma dos orbi tais atô- micos. Em nosso estudo interessam apenas as formas correspondentes aos orbitais s e p. Cada um dos orbitais p encontra -se orientado ao longo de um dos eixos x, y e z. Esses três orbitais juntos compõem o subnível p. esféricoOrbital s Núcleo z x y Orbital p halteres Py Px Pz Número quântico magnético (m ou mℓ) O número quântico magnético descreve a orien- tação do orbital no espaço. Dentro de uma subca- mada o valor de mℓ depende do valor de ℓ (número quântico secundário), assumindo valores que vão de − ℓ até + ℓ. Assim: Subnível ℓ N.o quântico magnético N. o de orbitais s 0 0 1 p 1 −1 0 + 1 3 d 2 −2 −1 0 + 1 + 2 5 f 3 − 3 −2 −1 0 + 1 + 2 + 3 7 Número quântico spin (s ou ms) Quando uma carga elétrica gira ao redor de si mesma (movimento de rotação), comporta-se como um ímã. Logo, o movimento de rotação de dois elétrons (cargas negativas) em sentidos contrários gera campos magné- ticos contrários que irão atenuar as forças de repulsão entre ambos. N S N S Valores de m ous − + ⎧ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ 1 2 1 2 Heisenberg © W ik im ed ia C om m on s / F ot óg ra fo d es co nh ec id o Aula 02 15Química 1A Configuração eletrônica O conjunto dos 4 números quânticos permite caracterizar um elétron em qualquer átomo. É o “endereço” do elétron em um átomo. Para estabelecer a configuração eletrônica (em caixa de orbital), seguiremos o Princípio da Exclusão de Pauli e a Regra de Hund. • Princípio da Exclusão de Pauli “Nenhum par de elétrons em um átomo pode ter o mesmo conjunto de quatro números quânticos iguais.” Ou seja: Um orbital comporta no máximo dois elétrons e com spins contrários . • Regra de Hund “O arranjo mais estável de elétrons em subcamadas é aquele que contém o maior número de spins paralelos.” Exemplo: Carbono 6C 1s 2 2s2 2p2 Em “caixa de orbital”, temos: 1s2 2s2 2p2 (correta) (incorreta) (incorreta) Quadro resumo para os subníveis s, p, d e f e seus orbitais. Subnível Orbitais N.o máx. de elétrons s 0 2 p –1 0 +1 6 d –2 −1 0 +1 +2 10 f −3 −2 −1 0 +1 +2 +3 14 16 Semiextensivo Testes Assimilação 02.01. (ITA – SP) – Historicamente, a teoria atômica re- cebeu várias contribuições de cientistas. Assinalea opção que apresenta, na ordem cronológica CORRETA, os nomes de cientistas que são apontados como autores de modelos atômicos. a) Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr. b) Thomson, Millikan, Dalton e Rutherford. c) Avogadro, Thomson, Bohr e Rutherford. d) Lavoisier, Proust, Gay-Lussac e Thomson. e) Rutherford, Dalton, Bohr e Avogadro. 02.02. (UEAM) – Um aluno recebeu, na sua página de rede social, uma foto mostrando fogos de artifícios. No dia seguin- te, na sequência das aulas de modelos atômicos e estrutura atômica, o aluno comentou com o professor a respeito da imagem recebida, relacionando-a com o assunto que estava sendo trabalhado, conforme mostra a foto. Legenda das cores emitidas Na Ba Cu Sr Ti amarelo verde azul vermelho branco metálico O aluno comentou corretamente que o modelo atômico mais adequado para explicar a emissão de cores de alguns elementos indicados na figura é o de a) Rutherford-Bohr. b) Dalton. c) Proust. d) Rutherford. e) Thomson. 02.03. A pedra ímã natural é a magnetita (Fe3O4). O metal ferro pode ser representado por 26Fe 56 e seu átomo apresenta a seguinte distribuição eletrônica por níveis: a) 2 – 8 – 16. b) 2 – 8 – 8 – 8. c) 2 – 8 – 10 – 6. d) 2 – 8 – 14 – 2. e) 2 – 8 – 18 – 18 – 10. 02.04. Quais os quatro números quânticos para o elétron de maior energia do átomo de enxofre? (16S) a) 2, 1, +1, 1 2 b) 2, 2, 0, − 1 2 c) 1, 0, 0, 1 2 d) 3, 1, −1, − 1 2 e) 3, 0, 0, 1 2 Aula 02 17Química 1A 02.05. (UFRN) – A luz amarela das lâmpadas de vapor de sódio usadas na iluminação pública é emitida pelo decai- mento da energia de elétrons excitados no átomo de sódio. No estado fundamental, um certo elétron deste elemento se encontra no segundo nível de energia, num orbital p. Os valores dos números quânticos que podem caracterizar esse elétron são: a) n = 2; ℓ = 1; m = 2; s = −1/2 b) n = 2; ℓ = 2; m = –2; s= −1/2 c) n = 2; ℓ = 1; m = –1; s = + 1/2 d) n = 2; ℓ = 0; m = 0; s = + 1/2 Aperfeiçoamento 02.06. (UFPR) – Segundo o modelo atômico de Niels Bohr, proposto em 1913, é correto afirmar: a) No átomo, somente é permitido ao elétron estar em certos estados estacionários, e cada um desses estados possui uma energia fixa e definida. b) Quando um elétron passa de um estado estacionário de baixa energia para um de alta energia, há a emissão de radiação (energia). c) O elétron pode assumir qualquer estado estacionário permitido sem absorver ou emitir radiação. d) No átomo, a separação energética entre dois estados estacionários consecutivos é sempre a mesma. e) No átomo, o elétron pode assumir qualquer valor de energia. 02.07. (UEM – PR) – De acordo com o modelo atômico de Niels Bohr ou suas aplicações na explicação de fenômenos relacionados à emissão e à absorção de luz pela matéria, assinale o que for correto. 01) Quando absorve luz ultravioleta, um elétron, em um átomo, pode passar de um nível para outro de maior energia. 02) O átomo é formado por uma esfera de carga elétrica positiva, possuindo elétrons incrustados em sua super- fície. 04) O elétron, movendo-se em uma órbita estacionária, pode emitir ou absorver energia, dependendo das ca- racterísticas do átomo. 08) A cor observada na queima de fogos de artifício é resul- tado da emissão de radiação infravermelha por molécu- las inorgânicas. 16) Alguns interruptores de luz brilham no escuro, porque são feitos de materiais que absorvem radiação e emi- tem de volta luz visível. 02.08. (UFPR) – A constituição elementar da matéria sempre foi uma busca do homem. Até o início do século XIX, não se tinha uma ideia concreta de como a matéria era constituída. Nas duas últimas décadas daquele século e início do século XX, observou-se um grande avanço das ciências e com ele a evolução dos modelos atômicos. Acerca desse assunto, numere a coluna da direita de acordo com sua correspon- dência com a coluna da esquerda. 1. Próton ( ) Partícula de massa igual a 9,109 x 10–31 kg e carga elétrica de – 1,602 x 10–19 C. 2. Elétron ( ) Partícula constituída por um núcleo contendo prótons e nêutrons, rodeado por elétrons que circundam em órbitas estacionárias. 3. Átomo de Dalton ( ) Partícula indivisível e indes- trutível durante as transfor- mações químicas. 4. Átomo de Rutherford ( ) Partícula de massa igual a 1,673 x 10–27 kg, que cor- responde à massa de uma unidade atômica. 5. Átomo de Bohr ( ) Partícula que possui um núcleo central dotado de cargas elétricas positivas, sendo envolvido por uma nuvem de cargas elétricas negativas. Assinale a alternativa que apresenta a numeração correta da coluna da direita, de cima para baixo. a) 2 – 5 – 3 – 1 – 4 c) 2 – 4 – 3 – 1 – 5 e) 1 – 5 – 3 – 2 – 4 b) 1 – 3 – 4 – 2 – 5 d) 2 – 5 – 4 – 1 – 3 18 Semiextensivo 02.09. (UFSE) – Analise as proposições sobre estrutura dos átomos. I. As espécies químicas Fe2+ e Fe3+ têm igual número de prótons. II. Os átomos 18 40 Ar e 19 40 K têm igual número de nêutrons. III. O íon S2– tem dois elétrons a mais do que o átomo Ne. IV. Os gases nobres Ar e Kr têm a mesma configuração eletrônica. V. Os átomos 8 17 O e 17 35 Cn são isótonos. O número de afirmações corretas é a) 5 d) 2 b) 4 e) 1 c) 3 02.10. (ITA – SP) – No esquema a seguir, encontramos duas distribuições eletrônicas de um mesmo átomo neutro: A 1s2 2s2 B 1s2 2s1 2p1 A seu respeito é correto afirmar: a) A é a configuração ativada. b) B é a configuração normal (fundamental). c) A passagem de A para B libera energia na forma de ondas eletromagnéticas. d) A passagem de A para B absorve energia. e) A passagem de A para B envolve perda de um elétron. 02.11. (UEPG − PR) − Considere a representação do átomo de alumínio no estado fundamental: 13Aℓ 27. Convencionan- do-se para o primeiro elétron de um orbital s = –1/2, assinale o que for correto sobre esse átomo. 01) Apresenta 4 níveis energéticos em sua configuração. 02) Em seu núcleo atômico há 14 nêutrons. 04) Existem 3 elétrons no último nível energético de sua distribuição eletrônica. 08) O elétron mais energético desse átomo tem os seguin- tes números quânticos: n = 3; ℓ = 1; m = −1; s = −1/2. 16) O número atômico do alumínio é 13, o que significa que esse átomo apresenta 13 prótons. 02.12. (UFPB) − Dentre os conjuntos de números quânti- cos {n, ℓ, m, s} apresentados nas alternativas a seguir, um deles representa números quânticos NÃO permitidos para os elétrons da subcamada mais energética do Fe2+, um íon indispensável para a sustentação da vida dos mamíferos, pois está diretamente relacionado com a respiração desses animais. Esse conjunto descrito corresponde a: (26Fe) a) {3, 2, 0, 1/2} b) {3, 2, −2, −1/2} c) {3, 2, 2, 1/2} d) {3, 2, −3, 1/2} e) {3, 2, 1, 1/2} Aula 02 19Química 1A Aprofundamento 02.13. (UFRN) – O Diodo Emissor de Luz (LED) é um disposi- tivo eletrônico capaz de emitir luz visível e tem sido utilizado nas mais variadas aplicações. A mais recente é sua utilização na iluminação de ambientes devido ao seu baixo consumo de energia e à sua grande durabilidade. Atualmente dispomos de tecnologia capaz de produzir tais dispositivos para emissão de luz em diversas cores, como, por exemplo, a cor vermelha de comprimento de onda, λv, igual a 629 nm, e a cor azul, de comprimento de onda, λA, igual a 469 nm. A energia, E, dos fótons emitidos por cada um dos LEDs é determinada a partir da equação de Einsten E = hf onde h é a constante de Planck, e f é a frequência do fóton emitido. Sabendo ainda que c = λf, onde c é a velocidade da luz no vá- cuo e λ, o comprimento de onda do fóton, é correto afirmar que a) o fóton correspondente à cor vermelha tem menos energia que o fóton correspondente à cor azul, pois sua frequência é menor que a do fóton de cor azul. b) o fóton correspondente à cor vermelha tem mais energia que o fóton correspondente à cor azul, pois sua frequência é maior que a do fóton de cor azul. c) o fóton correspondente à cor azul temmenos energia que o fóton correspondente à cor vermelha, pois seu compri- mento de onda é maior que o do fóton de cor vermelha. d) o fóton correspondente à cor vermelha tem mais energia que o fóton correspondente à cor azul, pois seu compri- mento de onda é menor que a do fóton de cor azul. 02.14. (UEPG – PR) – Quando um átomo está eletricamente neutro ele possui prótons e elétrons em igual número. Contu- do, quando um átomo neutro perde ou ganha elétrons, ele se transforma em um íon. Baseado nisso, assinale o que for correto. 01) Um íon negativo é chamado de ânion e um íon positi- vo é chamado de cátion. 02) Quando o átomo neutro de sódio origina seu cátion monovalente, observa-se a diminuição de uma unida- de em sua massa atômica. 04) O cátion Ca2+ (dado: Ca, Z = 20) é constituído por 20 prótons e 18 elétrons. 08) Dado que, para o Cℓ, Z = 17, a distribuição eletrônica do ânion Cℓ− é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. 02.15. (UFG – GO) – No conto “O pirotécnico Zacarias”, de Murilo Rubião, o protagonista descreve eventos relacionados à sua morte. Nesse momento, a visão de Zacarias, repleta de cores, se assemelha a fogos de artifício. Esse trecho encontra- -se transcrito a seguir. A princípio foi azul, depois verde, amarelo e negro. Um negro espesso, cheio de listras vermelhas, de um vermelho compacto semelhante a fitas densas de san- gue. Sangue pastoso com pigmentos amarelados, de um amarelo esverdeado, tênue, quase sem cor. RUBIÃO, Murilo. Obras completas. São Paulo: Companhia de Bolso, p.14-15. 2010. O fenômeno subatômico que pode explicar e se relacionar com a visão da personagem é a a) premissa de que o elétron pode ser descrito como uma onda, e não como uma partícula. Tal ideia resultou na proposição de equações matemáticas que são complexas e de difícil solução, conhecidas como funções de onda. b) emissão de um feixe de partículas positivamente carre- gadas direcionado a uma fina folha de ouro, mostrando que essas partículas ou se chocavam ou se desviavam quando em contato com a folha de ouro. c) absorção de energia pelo elétron, quando passa de um nível menos energético para um nível mais energético e, a seguir, a consequente liberação dessa energia, quando o elétron volta ao seu nível original. d) desintegração de partículas, o que tem como conse- quência a emissão de raios que escureciam o papel fotográfico mesmo protegido da exposição à luz, sendo que as substâncias que emitiam esses raios ficaram conhecidas como radioativas. e) emissão de um feixe de elétron passa através de um campo elétrico e de um campo magnético, havendo uma deflexão dos dois campos citados em direção oposta, calculando-se a relação carga-massa, balanceando-se o efeito desses campos. 20 Semiextensivo 02.16. (UFPR) − Considere as seguintes afirmativas sobre dois elementos genéricos X e Y: • X tem número de massa igual a 40; • X é isóbaro de Y; • Y tem número de nêutrons igual a 20. Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, o número atômico e a configuração eletrônica para o cátion bivalente de Y. a) 20 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. b) 18 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. c) 20 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 4p2. d) 20 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. e) 18 e 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. 02.17. (UFPR) – O modelo atômico de Bohr apesar de ter sido considerado obsoleto em poucos anos trouxe como principal contribuição o reconhecimento de que os elétrons ocupam di ferentes níveis de energia nos átomos. O reco- nhecimento da existência de diferentes níveis na eletrosfera permitiu explicar, entre outros fenômenos, a periodicidade química. Modernamente reconhece-se que cada nível, por sua vez, pode ser subdividido em diferentes subníveis. Levan- do em consideração o exposto, assinale a alternativa correta a) O que caracteriza os elementos de números atômicos 25 a 28 é o preenchimento sucessivo de elétrons no mesmo nível e no mesmo subnível. b) Os três níveis de mais baixa energia podem acomodar no máximo, respectivamente, 2, 8 e 8 elétrons. c) O terceiro nível de energia é composto por quatro subní- veis, denominados s, p, d e f. d) O que caracteriza os elementos de números atômicos 11 a 14 é o preenchimento sucessivo de elétrons no mes mo nível e no mesmo subnível. e) Os elementos de números atômicos 10, 18, 36 e 54 têm o elétron mais energético no mesmo nível, mas em diferen tes subníveis. 02.18. (UFPB) – A contribuição da Química para o aumento do bem-estar humano está associada ao conhecimento sobre a influência da configuração eletrônica dos elemen- tos na reatividade, propriedade fortemente relacionada à camada de valência típica de cada elemento. Conforme as restrições impostas pelo modelo quântico, os elétrons não se encontram dispostos aleatoriamente nos orbitais atômicos. Considere as representações de configurações eletrônicas na camada de valência: Com base nessas informações, é correto afirmar que a con- figuração eletrônica representada em a) I corresponde à camada de valência do boro. b) II infringe o princípio de exclusão de Pauli. c) III infringe uma das regras para o preenchimento dos orbitais. d) IV corresponde à camada de valência do enxofre. e) V corresponde à camada de valência do íon Ca2+. Aula 02 21Química 1A Discursivos 02.19. (UEG – GO) – Observe o trecho da história em quadrinhos a seguir, no qual há a representação de um modelo atômico para o hidrogênio. Qual o modelo atômico escolhido pelo personagem no último quadrinho? Explique-o. 02.20. (UFPR) − Considere um elemento químico (E) com número atômico (Z) igual a 16. a) Qual sua configuração eletrônica para o estado fundamental? b) Quantos e quais subníveis diferentes são permitidos para esse elemento em sua camada de valência? c) Qual é o número máximo de elétrons que esse elemento poderia acomodar em sua camada de valência? WATCHMEN. São Paulo: Abril, n. 2, dez. 1998. 22 Semiextensivo Gabarito 02.01. a 02.02. a 02.03. d 02.04. d 02.05. c 02.06. a 02.07. 17 (01, 16) 02.08. a 02.09. e 02.10. d 02.11. 30 (02, 04, 08, 16) 02.12. d 02.13. a 02.14. 13 (01, 04, 08) 02.15. c 02.16. d 02.17. a 02.18. c 02.19. O modelo atômico apresentado é o modelo de Bohr. No modelo de Bohr, os elétrons giram em torno do núcleo, em níveis específicos de energia, chamados de camadas. No caso do modelo do áto- mo de hidrogênio apresentado, pode- -se observar que a órbita não é elíptica, e o elétron gira em torno do núcleo, em uma região própria, ou em uma camada chamada de camada K. 02.20. a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4. b) 3 subníveis são permitidos (s, p, d). c) 18 elétrons é o máximo que o átomo pode acomodar em sua camada de valência.
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