02 - Arquitetura Atômica - 2019-2 Parte II

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Universidade Federal de Campina Grande 
Centro de Ciências e Tecnologia 
 
Unidade Acadêmica de Engenharia Mecânica 
Graduação em Engenharia Mecânica 
 
Disciplina: Química dos Materiais 
 
Arquitetura Atômica 
 
Prof. Ricardo Cabral de Vasconcelos 
 
1 
ARQUITETURA ATÔMICA 
2 
Sumário 
3 
4 Roteiro da Apresentação 
● Arquitetura Atômica 
○ O Átomo; 
○ Primeiros Modelos Atômicos; 
○ Modelo de Rutherford e Bohr; 
○ Postulados de De Broglie; 
○ Princípio da Incerteza de 
Heisenberg; 
● Arquitetura Atômica 
○ Diagrama de Pauling; 
○ Números Quânticos; 
○ Propriedades Magnéticas 
dos Átomos; 
○ Configuração Eletrônica e 
Tabela Periódica. 
Introdução 
5 
O ÁTOMO 
● O universo à nossa volta é constituído por diferentes 
substâncias, algumas com vida, outras inanimadas. Além 
disso, a matéria geralmente muda de uma forma química 
para outra. 
6 
Introdução 
● Com o intuito de explicar essas observações, filósofos 
antigos especulavam sobre a natureza da ‘matéria’ 
fundamental da qual o mundo era feito. 
7 
Introdução 
● Os gregos antigos foram os primeiros a postular que a 
matéria é constituída de elementos indivisíveis. 
8 
Introdução 
● Demócrito (460-370 a.C) e outros filósofos gregos antigos 
pensavam que o mundo material deveria ser constituído 
de partículas indivisíveis muito pequenas que eram 
chamadas de átomos, o que significava 'indivisíveis'. 
9 
Introdução 
● Mais tarde, Platão e Aristóteles formularam a hipótese de 
que não poderia haver partículas indivisíveis. 
● A visão 'atômica' da matéria enfraqueceu-se por vários 
séculos, durante os quais a filosofia aristotélica dominou 
a cultura ocidental. 
10 
Introdução 
● Somente mais tarde, os cientistas constataram que o 
átomo era constituído de entidades carregadas. 
11 
Introdução 
● A noção sobre átomos ressurgiu na Europa durante o século XVII, 
quando os cientistas tentaram explicar as propriedades dos gases. 
● O ar é composto de algo invisível e em constante movimento; 
podemos sentir o movimento do vento contra nós, por exemplo. É 
natural imaginar que partículas indivisíveis muito pequenas originam 
esses efeitos familiares. 
12 
Introdução 
● Isaac Newton, o mais famoso cientista de seu tempo, 
defendeu a ideia da existência de átomos. Mas pensar em 
átomos nesse sentido é diferente de pensar em átomos 
como os componentes químicos fundamentais da 
natureza. 
13 
Introdução 
● Quando os químicos aprenderam a medir a quantidade de 
matéria que reagia com outra para formar uma nova 
substância, a base para a teoria atômica estava proposta. 
14 
Introdução 
● Essa teoria surgiu durante o período 1803-1807 no 
trabalho de um professor inglês, John Dalton (Figura 2.1). 
15 
Introdução 
● Lei de Dalton das proporções 
multiplas: Quando dois elementos 
formam diferentes compostos, a 
proporção da massa dos 
elementos em um composto está 
relacionada à proporção da 
massa do outro através de um 
número inteiro pequeno. 
16 
Introdução 
Figura 2.1 
O Átomo de Dalton (1803) – Postulados 
17 
● Argumentando a partir de um grande número de observações, 
Dalton estabeleceu os seguintes postulados: 
18 
O Átomo 
1. Cada elemento é composto de partes extremamente pequenas chamadas átomos. 
2. Todos os átomos de um dado elemento são idênticos; os átomos de diferentes elementos 
são diferentes e têm diferente propriedades (e também diferentes massas). 
3. Os átomos de um elemento não se convertem em diferentes tipos de átomos por meio de 
reações químicas; os átomos não são criados nem destruídos nas reações químicas. 
4. Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam; um 
determinado composto tem sempre o mesmo número relativo dos mesmos tipos de 
átomos. 
19 
O Átomo 
● De acordo com a teoria atômica de Dalton, átomos são os 
componentes básicos da matéria. Eles são as menores partes de um 
elemento que mantêm a identidade química desse elemento. 
● Como observado nos postulados da teoria de Dalton, um elemento é 
composto de apenas uma espécie de átomo, enquanto um composto 
contém átomos de dois ou mais elementos. 
20 
O Átomo 
● A teoria de Dalton explica várias leis simples de combinação química que eram 
conhecidas naquela época. 
● Uma delas era a lei da composição constante: em determinado composto o número 
relativo de átomos e seus tipos são constantes. Essa lei é a base do Postulado 4 
de Dalton. 
● Outra lei química fundamental era a lei da conservação da massa (também 
conhecida como lei da conservação de matéria): a massa total dos materiais 
presentes depois da reação química é igual à massa total antes da reação. Essa lei 
é baseada no Postulado 3. Dalton propôs que os átomos se rearranjam para 
produzir novas combinações químicas. 
21 
O Átomo 
● Uma boa teoria não deve explicar apenas os fatos 
conhecidos, mas também prever os novos. Dalton usou 
sua teoria para deduzir a lei das proporções múltiplas: se 
dois elementos, A e B, se combinam para formar mais de 
um composto, as massas de B, que podem se combinar 
com a massa de A, estão na proporção de números 
inteiros pequenos (conforme dito anteriormente). 
22 
O Átomo 
● Podemos ilustrar essa lei considerando as substâncias água e água 
oxigenada, as quais se compõem de hidrogênio e oxigênio. Na 
formação de água, 8,0 g de oxigênio combinam-se com 1,0 g de 
hidrogênio. Na água oxigenada existem 16,0 g de oxigênio para 1,0 g 
de hidrogênio. Em outras palavras, a proporção da massa de oxigênio 
por grama de hidrogênio nos dois compostos é 2:1. Usando a teoria 
atômica, podemos concluir que a água oxigenada contém duas vezes 
mais átomos de oxigênio por átomos de hidrogênio do que a água. 
23 
O Átomo 
1. os átomos são indivisíveis; 
2. os elementos químicos são formados por átomos simples; 
3. são idênticos entre si em tamanho, forma, massa e demais propriedades; 
4. toda reação química consiste na união ou separação de átomos; 
5. átomos iguais entre si se repelem e átomos diferentes se atraem; 
6. substâncias compostas são formadas por átomos compostos (as atuais 
moléculas); 
24 
O Átomo 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
25 
Raios catódicos e elétrons 
• Um tubo de raios catódicos (CRT) é um recipiente profundo 
com um eletrodo em cada extremidade. 
• Uma voltagem elevada é aplicada através dos eletrodos. 
26 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Figura 2.3 (a) Em um tubo de raios catódicos, elétrons movem-se do eletrodo negativo (catodo) para o eletrodo positivo 
(anodo). (b) Uma foto do tubo de raios catódicos contendo uma tela fluorescente para mostrar o caminho dos raios catódicos. 
(c) A rota dos raios catódicos é desviada pela presença de um magneto. 
27 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Figura 2.4 Tubos de raios catódicos com campos magnéticos e elétricos perpendiculares. Os raios catódicos (elétrons) originam-se na placa 
negativa à esquerda e são acelerados em direção à placa positiva, que tem um orifício no centro. Um feixe de elétrons passa através do 
orifício e é desviado pelos campos magnéticos e elétricos. A razão carga-massa dos elétrons pode ser determinada pela medida dos efeitos 
dos campos magnéticos e elétricos na direção do feixe. 
28 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Raios catódicos e elétrons 
• A voltagem faz com que partículas negativas se desloquem do eletrodo negativo para o eletrodo 
positivo. 
• A trajetória dos elétrons pode ser alterada pela presença de um campo magnético. 
• Considere os raios catódicos saindo do eletrodo positivo através de um pequeno orifício. 
– Se eles interagirem com um campo magnético perpendicular a um campo elétrico aplicado, 
os raios catódicos podem sofrer diferentes desvios 
29 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Raios catódicos e elétrons 
– A quantidade de desvio dos raios catódicos depende dos campos magnético e elétricoaplicados. 
– Por sua vez, a quantidade do desvio também depende da proporção carga-massa do elétron. 
• Em 1897, Thomson determinou que a proporção carga-massa de um elétron é 1,76 X 108 C/g. 
• Objetivo: encontrar a carga no elétron para determinar sua massa. 
30 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Uma vez que a proporção carga-massa do elétron era conhecida, medir sua 
carga ou sua massa revelaria o valor de outras quantidades. Em 1909 Robert 
Millikan (1868-1953), da Universidade de Chicago, conseguiu medir com êxito 
a carga de um elétron realizando o que é conhecido como" experimento da 
gota de óleo de Millikan" (Figura 2.5). Ele pôde, então, calcular a massa do 
elétron usando seu valor experimental para a carga, 1,60x10-19 C, e a 
proporção carga-massa, 1,76x108 C/g. 
31 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Raios catódicos e elétrons 
Considere o seguinte experimento: 
• Gotas de óleo são borrifadas sobre uma chapa carregada positivamente contendo um pequeno orifício; 
• À medida que as gotas de óleo passam através do orifício, elas são carregadas negativamente; 
• A gravidade força as gotas para baixo. O campo elétrico aplicado força as gotas para cima; 
• Quando uma gota está perfeitamente equilibrada, seu peso é igual à força de atração eletrostática entre a 
gota e a chapa positiva. 
32 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
● Raios catódicos e elétrons 
Figura 2.5 
33 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Raios catódicos e elétrons 
• Utilizando este experimento, Millikan 
determinou que a carga do elétron é 1,60 x 
10-19 C; 
• Conhecendo a proporção carga-massa, 
1,76 x 108 C/g, Millikan calculou a massa 
do elétron: 9,10 x 10-28 g; 
34 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O valor aceito atualmente para a massa do elétron é 
9,10939x10-28 g. Essa massa é aproximadamente 2 mil vezes 
menor que a do hidrogênio, o átomo mais leve. 
35 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Em 1896, o cientista francês Henri Becquerel (1852-1908) estava 
estudando o mineral urânio, conhecido como blenda resinosa, quando 
descobriu que ele espontaneamente emitia radiação de alta energia. 
Essa emissão espontânea de radiação é chamada de radioatividade. 
Com a sugestão de Becquerel, Marie Curie (Figura 2.6) e seu marido, 
Pierre, começaram experimentos para isolar os componentes radioativos 
do mineral. 
36 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Estudos posteriores sobre a natureza da radioatividade, principalmente os 
do cientista britânico Ernest Rutherford (Figure 2.7), revelaram três tipos de 
radiação: radiações alfa (a), beta (b), e gama (g). Cada tipo difere um do 
outro quanto a sua reação a um campo elétrico, como mostrado na Figura 
2.8. O caminho das radiações a e b é desviado pelo campo elétrico, apesar 
de estar em sentidos opostos, enquanto a radiação g não é afetada. 
 
37 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Rutherford mostrou que os raios a e b consistem de partículas de movimento rápido nomeadas partículas a 
e b . Na realidade, partículas b são elétrons em alta velocidade e podem ser consideradas o análogo 
radioativo dos raios catódicos; portanto, são atraídas para a placa positiva. As partículas a são muito mais 
compactas do que as partículas b e têm cargas positivas; portanto, são atraídas para a placa negativa. Em 
unidades de carga de elétron, partículas b têm carga de 1-, e partículas a têm carga de 2+. Rutherford 
mostrou posteriormente que partículas a combinam-se com elétrons para formar átomos de hélio. Além 
disso, ele concluiu que a radiação g é de alta energia, similar à dos raios X; ela não consiste de partículas e 
não possui carga. 
38 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Considere o seguinte experimento: 
• Uma substância radioativa é colocada em um anteparo contendo um pequeno orifício de tal 
forma que um feixe de radiação seja emitido pelo orifício; 
• A radiação passa entre duas chapas eletricamente carregadas e é detectada; 
• Três pontos de radiação são observados no detector: 
– um ponto no sentido da chapa positiva; 
– um ponto que não é afetado pelo campo elétrico; 
– um ponto no sentido da chapa negativa. 
39 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Radioatividade 
● Figura 2.8 Comportamento dos raios alfa (a), beta (b) e gama (g) em um 
campo elétrico. 
40 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Radioatividade 
• Um alto desvio no sentido da chapa positiva corresponde à 
radiação que é carregada negativamente e tem massa 
baixa. Essa se chama radiação b (consiste de elétrons). 
• Nenhum desvio corresponde a uma radiação neutra. Essa se 
chama radiação g. 
• Um pequeno desvio no sentido da chapa carregada 
negativamente corresponde à radiação carregada 
positivamente e de massa alta. Essa se chama radiação a. 
41 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
● MODELOS 
○ Dalton (1803) 
○ Joseph John Thomsom (1898) 
○ Rutherford (1911) 
○ Niels Böhr (1913) 
O ÁTOMO 
42 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O átomo com núcleo 
• Pela separação da radiação, conclui-se que o átomo consiste de 
entidades neutras; entidades carregadas negativamente e entidades 
carregadas positivamente. 
• Thomson supôs que todas essas espécies carregadas eram 
encontradas em uma esfera. 
43 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Com o crescimento das evidências de que o átomo era composto de partículas ainda menores, 
deu-se mais atenção a como as partículas se uniriam. No início do século XX, Thomson 
argumentou que já que os elétrons compreendiam apenas uma pequena fração de massa de um 
átomo, eles provavelmente seriam responsáveis por uma fração igualmente pequena do tamanho 
do átomo. Ele propôs que o átomo consistia em uma esfera positiva uniforme de matéria, na qual 
os elétrons estavam incrustados, como mostrado na Figura 2.9. 
O átomo com núcleo 
44 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Figura 2.9 Modelo "pudim de ameixa" do átomo de J. J. Thomson. Ele 
imaginou que os pequenos elétrons estariam embutidos no átomo como 
passas em um pudim ou como sementes em uma melancia. Ernest 
Rutherford provou que o modelo dele estava errado. 
45 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O Átomo de Joseph John Thomsom (1898) 
● Descoberta dos elétrons. 
○ Dividiu o átomo em duas partes distintas: 
■ No núcleo, que era praticamente todo o volume do átomo, 
● existiam cargas positivas e as partículas neutras, 
● a massa do átomo era a massa destas partículas 
■ Outra parte do átomo era composta de elétrons (cargas negativas) 
● que estavam uniformemente distribuídos entre as positivas e neutras, 
● garantiam o equilíbrio elétrico, evitando o colapso da estrutura. 
● Os elétrons não seriam levados em conta, para a massa do átomo, por serem muito leves 
46 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O átomo com núcleo 
● Esse modelo, chamado de modelo "pudim de ameixa", nome dado em homenagem a uma 
tradicional sobremesa inglesa, teve uma vida muito curta. 
● Em 1910, Rutherford e seus colaboradores realizaram um experimento que contestava o modelo 
de Thomson. Rutherford estava estudando os ângulos em que as partículas a eram dispersadas à 
medida que elas passavam por uma folha de ouro de poucos milhares de camadas atômicas de 
espessura (Figura 2.10). 
● Ele e seus colaboradores descobriram que quase todas as partículas a passavam direto através 
da folha sem dispersão. Descobriu-se que uma pequena porcentagem dispersava-se na ordem de 
um grau, o que era coerente com o modelo atômico de Thomson. 
47 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O átomo com núcleo 
● Apenas por preciosismo, Rutherford sugeriu que Ernest Marsden, um 
estudante de graduação que trabalhava em seu laboratório, procurasse 
com afinco por evidências de dispersão com ângulos grandes. Para 
completa surpresa de todos, observou-se uma pequena quantidade de 
partículas que se dispersavam em ângulos grandes. Algumas partículas 
foram refletidas até para trás, na direção de ondeprovinham. A explicação 
para esses resultados não foi imediatamente óbvia, mas eles eram 
claramente incoerentes com o modelo "pudim de ameixa” de Thomson. 
48 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O átomo com núcleo 
• Rutherford executou o seguinte experimento: 
• Uma fonte de partículas a foi colocada na boca de um detector circular. 
• As partículas a foram lançadas através de um pedaço de chapa de ouro. 
• A maioria das partículas a passaram diretamente através da chapa, sem desviar. 
• Algumas partículas a foram desviadas com ângulos grandes. 
• Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado de Rutherford seria impossível. 
49 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Figura 2.10 Experimento de Rutherford 
sobre espalhamento de partículas a. 
50 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O átomo com núcleo 
• Para fazer com que a maioria das partículas a passe através de um pedaço de 
chapa sem sofrer desvio, a maior parte do átomo deve consistir de carga 
negativa difusa de massa baixa – o elétron. 
• Para explicar o pequeno número de desvios grandes das partículas a, o centro ou 
núcleo do átomo deve ser constituído de uma carga positiva densa. 
51 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O átomo com núcleo 
• Rutherford modificou o modelo de 
Thomson da seguinte maneira: 
– Suponha que o átomo é esférico 
mas a carga positiva deve estar 
localizada no centro, com uma 
carga negativa difusa em torno 
dele. 
Figura 2.11 Modelo de Rutherford explicando o espalhamento de partículas a 
(Fig. 2.10). A lâmina de ouro tem a espessura de vários milhares de átomos. 
Quando uma partícula a colide com o núcleo de ouro (ou passa muito próximo 
dele), ela é fortemente repelida. A partícula a, que possui menos massa, é 
desviada de seu caminho por interações repulsivas. 
52 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Estudos experimentais subsequentes levaram à descoberta 
de ambas as partículas no núcleo, as partículas positivas 
(prótons) e as partículas neutras (nêutrons). Os prótons 
foram descobertos em 1919 por Rutherford. Os nêutrons 
foram descobertos em 1923 pelo cientista britânico James 
Chadwick (1891-1972). 
53 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
A visão moderna da estrutura atômica 
● Desde o tempo de Rutherford, os físicos têm aprendido muito sobre a 
composição detalhada do núcleo atômico. No curso dessas descobertas, a lista 
de partículas que compõem o núcleo tem crescido muito e continua a crescer. 
● Como químicos, pode-se adotar uma visão muito simples do átomo porque 
apenas três partículas subatômicas - próton, nêutron e elétron – influenciam o 
comportamento químico. 
54 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
A carga de um elétron é -1,602 x 10-19C, e a do próton é 
+1,602 x 10-19C. A quantidade 1,602 x 10-19C é chamada de 
carga eletrônica. Por conveniência, as cargas atômicas e 
subatômicas são normalmente expressas em múltiplos 
desta carga em vez de em coulombs. Assim, a carga do 
elétron é 1-, e a do próton e 1+. 
55 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Nêutrons não têm carga e, por consequência, são 
eletricamente neutros (daí seu nome). Os átomos têm um 
número igual de elétrons e prótons; logo, eles têm uma 
carga elétrica líquida neutra. 
56 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Prótons e nêutrons são encontrados no núcleo do átomo, que, como 
proposto por Rutherford, é extremamente pequeno. A maior parte do 
volume atômico é o espaço no qual o elétron é encontrado. Eles são 
atraídos pelos prótons no núcleo pela força que existe entre as 
partículas de cargas elétricas opostas. O poder da força de atração 
entre elétrons e núcleo pode ser usado para explicar muitas das 
diferenças entre os vários elementos. 
57 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Os átomos têm massas extremamente pequenas. A massa do átomo mais pesado 
conhecido, por exemplo, é da ordem de 4 x 10-22g. Uma vez que seria incômodo 
expressar massas tão pequenas em gramas, usamos a unidade de massa atômica ou 
u. Uma u é igual a 1,66054 x 10-24g. As massas de prótons e nêutrons são 
aproximadamente iguais, e ambas são muito maiores do que a do elétron: um próton 
tem uma massa de 1,0073 u, um nêutron, de 1,0087 u, e um elétron, de 5,486 x 10-4u. 
Seriam necessários 1.836 elétrons para igualar a massa de um próton, logo o núcleo 
contém a maior parte da massa de um átomo. A Tabela 2.1 mostra as cargas e 
massas das partículas subatômicas. 
58 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
59 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Os átomos são extremamente pequenos. A maioria deles tem diâmetro 
entre 1x 10-10m e 5 x 10-10m, ou 100-500 pm. Uma unidade de 
comprimento conveniente, embora não reconhecida pelo SI, usada para 
expressar dimensões atômicas é o angström (Á). Um angström é igual a 
10-10m. Os átomos têm diâmetros na ordem de 1-5 Á. O diâmetro do 
átomo de cloro, por exemplo, é de 200 pm, ou 2,0 Á. Tanto picômetros 
quanto angström são comumente usados para expressar as dimensões 
de átomos e moléculas. 
60 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
• O átomo consiste de entidades positivas, negativas e neutras 
 (prótons, elétrons e nêutrons); 
• Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é pequeno. A 
maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo; 
– Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo número de 
prótons. Os isótopos têm o mesmo número de prótons, mas números 
diferentes de nêutrons. 
• Os elétrons estão localizados fora do núcleo. Grande parte do volume do átomo se 
deve aos elétrons. 
61 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
A visão moderna da estrutura atômica 
● Os diâmetros de núcleos atômicos são da ordem de 10-4Á, somente 
uma pequena fração do diâmetro de um átomo como um todo. 
● Você pode estimar os tamanhos relativos do átomo e de seu núcleo 
imaginando que, se o átomo fosse tão grande como um estádio de 
futebol, o núcleo seria do tamanho de uma bolinha de gude. 
62 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
● Uma vez que o minúsculo núcleo carrega a maioria da massa de um átomo 
em um volume tão pequeno, ele tem uma incrível densidade - da ordem de 
1013- 1014g/cm3. 
● Uma caixa de fósforo cheia de material com uma densidade dessas pesaria 
mais de 2,5 bilhões de toneladas! 
● Astrofísicos têm sugerido que o interior de uma estrela cadente pode ter 
uma densidade próxima disso. 
63 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O ÁTOMO 
● ETIMOLOGIA 
○ ÁTOMO= A+ TOMOS 
○ A = negação; 
○ TOMOS = partes. 
○ ÁTOMO= Logo não há 
partes, não divisível 
● O átomo não é indivisível. 
● átomo  núcleo circundado pela eletrosfera. 
Núcleo prótons e nêutrons. Eletrosfera  elétrons 
● Cargas: prótons (+) elétrons (-) nêutrons (sem 
carga). 
● Carga do elétron = 1,6 x 10-19 Coulombs. 
● Massa do elétron = 0,0005 x massa do nêutron 
64 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
O átomo teria um núcleo com diâmetro aproximado de 10-13 cm 
e que o diâmetro do átomo seria cerca de 100000 vezes maior. 
Os átomos seriam constituídos por um pequeno núcleo, muito denso, 
formado por prótons e nêutrons, portanto carregado positivamente, onde 
se concentraria praticamente toda a massa. 
Ao redor desse centro positivo, ficariam os elétrons, distribuídos 
espaçadamente, em movimento segundo uma órbita pré-determinada. 
65 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Modelo do Sistema Solar 
66 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
67 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Núcleo: Z = número de protons 
Adaptado da Fig. 2.1, 
Callister 6e. 
orbital eletrons: 
n = número quântico 
principal 
n=3 2 
1 
68 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
● Uma ilustração do átomo que incorpora essas características que 
acabamos de discutir é mostrada na Figura 2.12. Os elétrons, que ocupam 
a maior parte do volume do átomo, têm o papel mais relevante nas reações 
químicas. 
● A importância de representar a região contendo os elétronscomo uma 
nuvem vaga se tornará evidente quando consideraremos as energias e 
arranjos espaciais dos elétrons. 
69 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Figura 2.12 Vista do corte transversal através do centro de um átomo. O núcleo, 
o qual contém prótons e nêutrons, é o local onde praticamente toda a massa do 
átomo está concentrada. O resto do átomo é o espaço no qual os elétrons, 
carregados negativamente e mais leves, se localizam. 
70 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
71 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
Isótopos, números atômicos e números de massa 
● O que torna um átomo de um elemento diferente de um átomo de outro 
elemento? 
○ Todos os átomos de um elemento têm o mesmo número de prótons no núcleo. O número 
específico de prótons é diferente para variados elementos. 
○ Além disso, pelo fato de um átomo não ter carga elétrica líquida, seu número de elétrons deve 
ser igual ao número de prótons. 
○ Todos os átomos do elemento carbono, por exemplo, têm seis prótons e seis elétrons. A maioria 
dos átomos de carbono também tem seis nêutrons, apesar de alguns terem mais e outros, 
menos. 
72 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
● Os átomos de um dado elemento cujo número de nêutrons difere e, 
consequentemente, de massa também, são chamados de isótopos. O 
símbolo 126C ou simplesmente 
12C (lê-se: "carbono doze", carbono-12) 
representa o átomo de carbono com seis prótons e seis nêutrons. 
● O número de prótons, chamado de número atômico, é mostrado pelo índice 
inferior. 
● Já que todos os átomos de um dado elemento apresentam o mesmo 
número atômico, o índice inferior é redundante, portanto, em geral omitido. 
73 
A Descoberta da Estrutura Atômica 
● O índice superior é chamado número de massa; ele é o número total de prótons 
mais nêutrons em um átomo. Alguns átomos de carbono, por exemplo, têm seis 
prótons e oito nêutrons, sendo representados como 14C (lê-se: "carbono quatorze"). 
● Vários isótopos do carbono são relacionados na Tabela 2.2. 
● Geralmente usaremos a notação com índice inferior e índice superior apenas 
quando nos referirmos a um isótopo específico de um elemento. Um átomo de um 
isótopo específico é chamado nuclídeo. Um átomo de 14C é descrito como um 
nuclídeo 14C. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
Forças básicas 
● Existem na natureza quatro forças básicas, ou interações, 
conhecidas: 
○ Gravidade; 
○ eletromagnetismo; 
○ forças nucleares fortes; 
○ forças nucleares fracas. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
● Forças gravitacionais são forças atrativas que atuam 
entre todos os objetos na proporção de suas massas. 
Forças gravitacionais entre átomos ou partículas 
subatômicas são tão pequenas que elas não têm 
consequência química. 
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● Forças eletromagnéticas são forças atrativas e repulsivas que atuam entre objetos carregados elétrica ou 
magneticamente. Forças elétricas e magnéticas estão intrinsecamente relacionadas. Forças elétricas são 
de importância fundamental no entendimento do comportamento químico dos átomos. 
○ O valor da força entre duas partículas carregadas é dado pela lei de Coulomb: 
■ E= kQ1Q2/d
2 
● onde Q1 e Q2 são os valores das cargas nas duas partículas, 
● d é a distância entre seus centros e 
● k é uma constante determinada pelas unidades para Q e d. 
■ Um valor negativo para a força indica atração, enquanto um valor positivo, repulsão. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
● Todos os núcleos, exceto o do átomo de hidrogênio, contêm dois ou mais 
prótons. Uma vez que cargas iguais se repelem, a repulsão elétrica faria com que 
os prótons se separassem do núcleo se uma força atrativa mais forte não os 
mantivesse juntos. Essa força é chamada força nuclear forte e atua entre 
partículas subatômicas, como no núcleo. Nessa distância essa força é mais forte 
do que a força elétrica, por isso o núcleo as mantém juntas. 
● A força nuclear fraca é mais fraca do que a força elétrica, mas mais forte do que 
a gravidade. Sabemos de sua existência apenas porque ela se mostra em certos 
tipos de radioatividade. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
● Todos os átomos são constituídos de prótons, nêutrons e elétrons. 
● Uma vez que essas partículas são as mesmas em todos os átomos, a 
diferença entre átomos de elementos distintos (ouro e oxigênio, por 
exemplo) deve-se única e exclusivamente à diferença no número de 
partículas subatômicas de cada átomo. 
● Podemos considerar um átomo como a menor amostra de um elemento, pois 
a quebra de um átomo em partículas subatômicas destrói sua identidade. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
Estrutura Atômica: Conceitos Fundamentais 
● O número de prótons no núcleo ou número atômico (Z) caracteriza cada elemento químico. 
● Em átomos neutros o número de prótons é igual ao de elétrons, ou seja, o Z = p = e. 
○ Núcleo: Z = # protons = 1 para hidrogênio a 94 para plutônio 
○ n = # neutrons 
● A massa atômica (A) de um átomo é dada pela soma das massas dos prótons e nêutrons no núcleo. Número 
total de prótons mais nêutrons. 
 A = Z + n = p + n 
● Por convenção, para um elemento X, escreve-se ZAX. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
● A massa atômica de um elemento é a soma ponderada das massas de seus 
isótopos naturais. 
● A unidade de massa atômica (uma) pode ser usada para calcular massas 
atômicas. Uma unidade de massa atômica é definida como 1/12 da massa 
atômica do isótopo mais abundante do carbono - 12C, A=12,00000 . Neste 
esquema as massas dos prótons e nêutrons são levemente maiores do que 
a unidade e A = Z + n 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
● Isótopos são átomos de um mesmo elemento com diferentes massas 
atômicas. Têm o mesmo Z, porém A é diferente. 
● Isóbaros são átomos de diferentes elementos que apresentam 
mesma massa atômica. Ex: K (19p, 21n) e Ca (20p e20n). 
● Isótonos são átomos de diferentes elementos que tem o mesmo 
número de nêutrons. Ex: F (9p, 10n) e Ne (10p, 10n). 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
Pesos atômicos 
A escala de massa atômica 
• A massa do 1H é 1,6735 x 10-24 g e do 16O é 2,6560 x10-23g. 
• Definimos: a massa de 12C = exatamente 12 u. 
• Usando unidades de massa atômica: 
1 u = 1,66054 x 10-24 g 
1 g = 6,02214 x 1023 u 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
Massas atômicas médias 
• A massa atômica relativa: massas médias dos isótopos: 
• O C natural: 98,892 % de 12C + 1,107 % de 13C. 
• A massa média do C: 
• (0,98892)(12 u) + (0,0107)(13,00335 u) = 12,01 u 
• A massa atômica (MA) é também conhecida como massa atômica média. 
• As massas atômicas estão relacionadas na tabela periódica. 
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Outras Considerações 
● Átomo grama contém 6,02 x 1023 átomos 
● Número de Avogadro = 6,02 x 1023 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
Constituintes do Átomo 
● Prótons, Nêutrons e Elétrons 
● Quarks 
○ são as partículas constituintes da matéria - 
compõe os nêutrons e os prótons; 
○ são partículas maciças; 
○ suportam uma fração de carga elétrica; 
○ sempre se encontram combinados com 
outras partículas. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
Constituintes do Átomo 
● Existem 6 tipos de quarks: 
○ up, down, top, botton, strange e 
charm; 
○ apenas o up e o down, ocorrem nos 
prótons e nêutrons; 
○ os demais só aparecem em 
partículas instáveis. 
Outras partículas atômicas: 
● HADRONS - Todas as partículas que são compostas pelos quarks. 
● MÉSONS - Hadrons formados por um quark e antiquarks. 
● BARYONS - Hadrons que consistem de 3 quarks 
● FERMIONS - Todas as partículas com spin 1/2 ou 3/2. 
○ Exemplos incluem leptons e baryons 
● LEPTONS - Partículas que foram encontradas fora do núcleo. Existem seis tipos de 
leptons: elétrons, múons, taus, e os respectivos neutrinos. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica● TAUS - São leptons mais pesados. Hoje estas partículas podem apenas ser 
encontradas em partículas aceleradas e em raios cósmicos, embora fossem 
abundantes no início da formação do universo. 
● MÚONS - Leptons que são menos pesados que os elétrons. Embora estas 
partículas existam desde os primeiros instantes da formação do universo, 
elas agora existem apenas em partículas aceleradas e raios cósmicos. 
● NEUTRINOS - Partículas sem carga elétrica e com nenhuma ou pouca massa 
● BOSONS - Partículas que suportam as forças físicas básicas 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
● GLUONS - Bosons que suportam intensas forças entre dois quarks. 
● GRAVITONS - Bosons que se supões suportar as forças gravitacionais. Estas 
partículas já vem sendo observadas. 
● PHOTONS - Bosons que carregam força eletromagnética. São as partículas que 
compõe a luz. 
● VECTOR MESONS - (Também chamados de W+, W- e Z bosons). Bosons que 
carregam fracas forças, responsáveis por alguns tipos de decaimentos 
radioativos. 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
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A Descoberta da Estrutura Atômica 
Considerações Importantes 
● Os elétrons são atraídos pelos prótons. 
● Os elétrons se distribuem em orbitais. 
● Níveis de energia bem definidos. 
○ os elétrons não podem assumir níveis intermediários; 
○ para trocar de nível, os elétrons tem que receber a energia exata que diferencia dois níveis. 
● O elétron tem comportamento duplo (partícula e onda). 
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● A energia é função da distância dos elétrons ao núcleo. 
○ quanto mais perto do núcleo mais ligado o elétron; 
○ quanto mais longe do núcleo menos ligado o elétron. 
● Sua posição não pode ser determinada com certeza, pode-se saber 
apenas a região mais provável (orbital). 
● Caso o elétron receba energia suficiente, ele será arrancado e se 
tornará um elétron livre. O átomo ficará ionizado. 
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Referência 
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1. Van Vlack, L H., Princípio de Ciência e Tecnologia dos 
Materiais, Ed. CAMPUS Ltda, 1984. 
2. Brown; LeMay e Bursten. Pearson – Prentice Hall. 90 edição. 
2005. 
3. David P. White, QUÍMICA – A Ciência Central, 9ª Edição, 
Capítulo 6 - Estrutura eletrônica dos átomos. 
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Bibliografia