Ciências da Natureza e suas

Tecnologias - Química

Ensino Médio, 1º Ano

Estudo do átomo e suas partículas- átomo, íons e moléculas.

Principais características do átomo: número atômico e número de massa. Definição de elemento químico.

Antes de iniciarmos este estudo, vamos fazer uma breve viagem para entendermos como o conceito de átomo evoluiu no decorrer do tempo até chegar ao modelo atômico atual, percebendo, assim, como é constituída a Estrutura da Matéria.

Evolução dos Modelos Atômicos

3. Esse limite seriam partículas bastante pequenas que não poderiam mais ser divididas, os ÁTOMOS - INDIVISÍVEIS.

1. A matéria NÃO pode ser dividida infinitamente¹.

2. A matéria tem um limite com as características do todo.

Demócrito e a ideia de Átomo

http://tomdaquimica.zip.net/images/demo.JPG

Leucipo (séc. V a.C.)

Demócrito (470-360 a.C.)

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Aristóteles rejeita o modelo de Demócrito

Aristóteles acreditava que toda matéria era contínua e composta por quatro elementos: AR, ÁGUA, TERRA e FOGO.

AR

ÁGUA

TERRA

FOGO

O Modelo de Demócrito permaneceu na sombra durante mais de 20 séculos...

Aristóteles (384 a.C. - 322 a.C.)

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Modelo Atômico de Dalton (Modelo da Bola de Bilhar)

As ideias de Demócrito permaneceram inalteradas por aproximadamente 2200 anos. Em 1808, Dalton retomou-as sob uma nova perspectiva: A EXPERIMENTAÇÃO².

Não explicou a Eletricidade nem a Radioatividade.

1. Os átomos são esféricos, maciços, indivisíveis e indestrutíveis.

2. Os átomos de elementos diferentes têm massas diferentes.

3. Os diferentes átomos combinam-se em várias proporções, formando novas substâncias.

4. Os átomos não são criados nem destruídos, apenas trocam de parceiros para produzirem novas substâncias.

PROBLEMAS DO MODELO

John Dalton

(1766 - 1844)

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Thomson propôs que o átomo seria uma espécie de bolha gelatinosa, completamente maciça, onde haveria a totalidade da carga POSITIVA homogeneamente distribuída³.

Modelo Atômico de Thomson

(Modelo do Pudim de Passas)

J. J. Thomson (1856-1909)

O Modelo Atômico de Thomson foi derrubado em 1908 por Ernerst Rutherford.

Incrustada nessa gelatina estariam os Elétrons de carga NEGATIVA³.

A Carga total do átomo seria igual a zero³.

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A Radioatividade e a derrubada do Modelo de Thomson

W. K. Röntgen (1845 - 1923)

Henri Becquerel (1852-1908)

Röntgen estudava raios emitidos pela ampola de Crookes. Repentinamente, notou que raios desconhecidos saíam dessa ampola, atravessavam corpos e impressionavam chapas fotográficas.

Becquerel tentava relacionar fosforescência de minerais à base de urânio com os raios-X. Pensou que dependiam da luz solar. Num dia nublado, guardou uma amostra de urânio numa gaveta embrulhada em papel preto e espesso. Mesmo assim, revelou uma chapa fotográfica.

Como os raios eram desconhecidos, chamou-os de RAIOS-X.

Iniciam-se, portanto, os estudos relacionados à RADIOATIVIDADE.

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Casal Curie e a Radioatividade

Pierre Curie (1859 – 1906)

Marie Curie (1867 – 1934)

Ernest Rutherford, convencido por J. J. Thomson, começa a pesquisar material radioativo e, aos 26 anos de idade, notou que havia dois tipos de radiação: uma positiva (alfa) e outra negativa (beta). Assim, inicia-se o processo para determinação do NOVO MODELO ATÔMICO...

O casal Curie formou uma notável parceria e fez grandes descobertas como o polônio, em homenagem à terra natal de Marie, e o rádio, de “radioatividade”, ambos de importância fundamental no grande avanço que seus estudos imprimiram ao conhecimento da estrutura da matéria.

http://www.biomania.com.br/bio/conteudo.asp?cod=2748

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Ernest Rutherford (1871 - 1937)

Experimento de Rutherford

Caso o Modelo de Thomson estivesse CORRETO...

Como o átomo, segundo Thomson, era uma espécie de bolha gelatinosa, completamente neutra, no momento em que as partículas Alfa (numa velocidade muito grande) colidissem com esses átomos, passariam direto, podendo sofrer pequeníssimos desvios de sua trajetória.

Rutherford propõe a dois de seus alunos - Johannes Hans Wilhelm Geiger e Ernerst Marsden - que bombardeassem finas folhas de metais com as partículas alfa, a fim de comprovar, ou não, a validade do modelo atômico de Thomson.

Imagem: SEE-PE

Ernest Rutherford (1871 - 1937)

A maioria das partículas alfa atravessaram a lâmina de ouro sem sofrer desvios.

Algumas partículas alfa sofreram desvios de até 90º ao atravessar a lâmina de ouro.

Algumas partículas alfa RETORNARAM.

O que Rutherford observou

Então, como explicar esse fato?

Imagem: SEE-PE

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Proposta de Rutherford para explicar as observações do laboratório

Para que uma partícula alfa pudesse inverter sua trajetória, deveria encontrar uma carga positiva bastante concentrada na região central (o NÚCLEO), com massa bastante pronunciada.

Rutherford propôs que o NÚCLEO conteria toda a massa do átomo, assim como a totalidade da carga positiva (chamadas de PRÓTONS).

Os elétrons estariam girando circularmente ao redor desse núcleo, numa região chamada de ELETROSFERA.

Sistema Solar

Surge assim, o ÁTOMO NUCLEAR!

Modelo Planetário

O problema do Modelo Atômico de Rutherford

Para os físicos, toda carga elétrica em movimento, como os elétrons, perde energia na forma de luz, diminuindo sua energia cinética e a consequente atração entre prótons e elétrons faria haver uma colisão entre eles, destruindo o átomo. ALGO QUE NÃO OCORRE.

Portanto, o Modelo Atômico de Rutherford, mesmo explicando o que foi observado no laboratório, apresenta uma INCORREÇÃO.

+

Energia

Perdida - LUZ

-

Estudava espectros de emissão do gás hidrogênio. O gás hidrogênio aprisionado numa ampola submetida à alta diferença de potencial emitia luz vermelha.

Modelo Atômico de Bohr

Niels Bohr (1885-1962)

Ao passar por um prisma, essa luz se subdividia em diferentes comprimentos de onda e frequência, caracterizando um ESPECTRO LUMINOSO DESCONTÍNUO.

Imagem: SEE-PE

Imagem: SEE-PE

Postulados de Bohr

1. A ELETROSFERA está dividida em CAMADAS ou NÍVEIS DE ENERGIA (K, L, M, N, O, P e Q), e os elétrons, nessas camadas, apresentam energia constante.

2. Em sua camada de origem (camada estacionária), a energia é constante, mas o elétron pode saltar para uma camada mais externa e, para tal, é necessário que ele ganhe energia externa.

3. Um elétron que saltou para uma camada de maior energia fica instável e tende a voltar a sua camada de origem. Nessa volta, ele devolve a mesma quantidade de energia que havia ganhado para o salto e emite um FÓTON DE LUZ.

Imagem: SEE-PE

Imagem: SEE-PE

Imagem: SEE-PE

Se o núcleo é formado de partículas positivas, os prótons, por que elas não se repelem?

Em 1932, James Chadwick descobriu a partícula do núcleo atômico responsável pela sua ESTABILIDADE, que passou a ser conhecida por NÊUTRON, pelo fato de não ter carga elétrica. Por essa descoberta, ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1935.

James Chadwick (1891 - 1974)

A descoberta do Nêutron

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A. J. W. Sommerfeld (1868 — 1951)

Modelo Atômico de Sommerfeld

Descobriu que os níveis energéticos são compostos por SUBNÍVEIS DE ENERGIA (s, p, d, f) e que os elétrons percorrem ÓRBITAS ELÍPTICAS na eletrosfera, em vez de circulares.

Diagrama de Linus Pauling

Linus Pauling (1901 — 1994)

Linus Pauling criou um diagrama para auxiliar na dis-tribuição dos elétrons pelos subníveis da eletrosfera.

Nesse caso, o “3” representa o NÍVEL ENERGÉTICO (CAMADA ELETRÔNICA). O “s” repre-senta o SUBNÍVEL ENERGÉTICO. O “2” representa o NÚMERO DE ELÉTRONS na camada.

O que representa cada um desses números?

Por exemplo:

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Determine a distribuição eletrônica do elemento químico Cloro (Cl)

Exemplo de aplicação

Como o Cloro possui número atômico z = 17, o número de prótons também é p = 17. E como ele está neutro, o número de elétrons vale e = 17.

Fazendo a distribuição pelo diagrama de Linus Pauling, temos:

O último termo representa a CAMADA DE VALÊNCIA (NÍVEL MAIS ENERGÉTICO DO ÁTOMO). Nesse caso, a 3ª Camada (camada M) é a mais energética.

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Louis de Broglie - DUALIDADE DA MATÉRIA: Toda e qualquer massa pode se comportar como onda.

Louis de Broglie (1892 — 1987)

Schrödinger – ORBITAIS: Desenvolve o "MODELO QUÂNTICO DO ÁTOMO" ou "MODELO PROBABILÍSTICO", colocando uma equação matemática (EQUAÇÃO DE ONDA) para o cálculo da probabilidade de encontrar um elétron girando em uma região do espaço denominada "ORBITAL ATÔMICO".

Erwin Schrödinger (1887 — 1961)

Heisenberg - PRINCÍPIO DA INCERTEZA: É impossível determinar, ao mesmo tempo, a posição e a velocidade do elétron. Se determinarmos sua posição, não saberemos a medida da sua velocidade e vice-versa.

Werner Heisenberg (1901-1976)

Modelo Atômico Atual

Próton

Nêutron

Elétron

Número de prótons: ________

Nome do elemento: ___________

5

BORO

4

BERÍLIO

2

HÉLIO

Os diferentes tipos de átomos

(elementos químicos)

são identificados pela quantidade de prótons (P) que possuem.

Identificando o átomo

Z = P

Ao conjunto de átomos com o mesmo número atômico,damos o nome de ELEMENTO QUÍMICO.

Esta quantidade de prótons recebe

o nome de

NÚMERO ATÔMICO

e é representado pela letra “ Z ”.

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Número de Massa (A)

É a SOMA do número de PRÓTONS (p), ou NÚMERO ATÔMICO (z), e o número de NÊUTRONS (n).

ou

A Massa atômica está praticamente toda concentrada no núcleo, visto que a massa do elétron é desprezível se comparada com a do próton ou a do nêutron.

No nosso exemplo, temos:

p = 4 e n = 5. Então:

Logo:

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Os Elementos

Elemento Químico

Conjunto de átomos que possuem mesmo número de prótons em seu núcleo, ou seja, o mesmo número atômico (Z).

Dessa forma, o número atômico é característica de cada elemento químico, sendo como seu número de identificação.

http://www.theodoregray.com/PeriodicTable/Posters/Poster2.2000.JPG

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Representação de um Elemento Químico

De acordo com a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), devemos indicar o número atômico (Z) e o número de massa (A) junto ao símbolo de um elemento químico ao representá-lo.

EXEMPLOS

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+

+

+

+

–

–

íon CÁTION – PERDEU dois elétrons – ficou POSITIVO

–

–

+

+

+

+

+

+

+

+

–

–

–

–

–

–

–

–

íon ÂNION – GANHOU dois elétrons – ficou NEGATIVO

Íons

Elementos químicos que possuem números diferentes de prótons e elétrons, perderam ou ganharam elétrons, gerando uma diferença de cargas.

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Elementos ISÓTOPOS

Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS ATÔMICOS, porém com NÚMEROS DE MASSA DIFERENTES (pois possuem diferentes números de nêutrons).

EXEMPLO

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Alguns isótopos recebem nomes diferentes entre si.

EXEMPLO

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Elementos ISÓBAROS

Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE MASSA, porém com NÚMEROS ATÔMICOS DIFERENTES.

EXEMPLO

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Elementos ISÓTONOS

Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE NÊUTRONS, porém com NÚMEROS ATÔMICOS e NÚMEROS DE MASSA DIFERENTES.

EXEMPLO

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Elementos ISOELETRÔNICOS

Elementos químicos com os MESMOS NÚMEROS DE ELÉTRONS.

EXEMPLO

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Principais características das partículas elementares do átomo

Imagem: SEE-PE

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Molécula

É a menor partícula que apresenta todas as propriedades físicas e químicas de uma substância.

As moléculas são formadas por dois ou mais átomos. Os átomos que constituem as moléculas podem ser do mesmo tipo (por exemplo, a molécula de oxigênio tem dois átomos de oxigênio)

ou de tipos diferentes (a molécula de água, por sua vez, tem dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio).

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Vamos Exercitar?

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1. Faça a distribuição por subníveis e níveis de energia para as seguintes espécies:

A) ₃₈Sr⁸⁸

B) ₉F^1-

C) ₂₅Mn²⁺

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A) ₃₈Sr⁸⁸

1s²

2s²

2p⁶

3s²

3p⁶

4s²

3d¹⁰

4p⁶

5s²

K 2

L 8

M18

N 8

0 2

2 e^- no subnível mais energético

2 e^- na sua camada de valência

B) ₉F^1-

1s²

2s²

2p⁶

K2

L8

6 e^- no subnível mais energético

8 e- na sua camada de valência

C) ₂₅Mn²⁺

1s²

2s²

2p⁶

3s²

3p⁶

4s²

3d³

K 2

L 8

M13

N 2

RESOLUÇÃO

2. Ao analisarmos os ânion monovalente ₁₇A³⁵ e cátion monovalente ₁₉B³⁹ podemos dizer que

​

1. A e B são isótopos.
2. A e B são isóbaros.
3. A e B são isótonos.
4. A e B são isoeletrônicos
5. A e B não têm nenhuma relação.

Temos que:

Z_A = 17 🡪 e^- = 17, mas como ganhou 1 elétron (ânion) 🡪 e^- = 17 + 1 = 18

Z_B = 19 🡪 e^- = 19, mas como perdeu 1 elétron (cátion) 🡪 e^- = 19 – 1 = 18

Logo, os elementos são ISOELETRÔNICOS.

4. A e B são isoeletrônicos.

Extras

VÍDEOS DO YOUTUBE

Modelo Atômico de Rutherford experimento renovador

Link: http://www.youtube.com/watch?v=HmsI7z6HM_U

Dr quântico, experimento da fenda dupla - qsn 4

Link: http://www.youtube.com/watch?v=gAKGCtOi_4o

SIMULAÇÕES

Simulações on-line no ensino da Física

Link: http://nautilus.fis.uc.pt/personal/antoniojm/applets_pagina/quantica.htm

Modelos atômicos para o átomo

Link: http://atomoemeio.blogspot.com.br/2009/02/simulador-modelos-atomicos-para-o-atomo.html

CURIOSIDADES

Como funcionam os raios X?

Link: http://ciencia.hsw.uol.com.br/raios-x2.htm

PALAVRAS CRUZADAS

Estrutura Atômica

Link: http://www.quimica.net/emiliano/crosswords/estrutura-atomica/index.html

LISTA DE EXERCÍCIOS

Link: http://www.coladaweb.com/exercicios-resolvidos/exercicios-resolvidos-de-quimica/estrutura-do-atomo

Link: http://www.agracadaquimica.com.br/quimica/arealegal/outros/242.pdf

Bibliografia

• ATKINS, P. JONES, L. Princípios de Química, questionando a vida moderna e o meio ambiente, Trad. Ignez Caracelli et al. Porto Alegre: Bookman, 2001.
• MORTIMER, E. F.; Machado, A. H. Química para o ensino médio: volume único. São Paulo, Scipione, 2002.
• ROMANELLI, L. I.; JUSTI, R. da S. Aprendendo química. Ijuí, Ed. Unijuí, 1997.
• ROCHA-FILHO R. C. Átomos e tecnologia, Química Nova na Escola, v.3, 1996.
• ROMANELLI, L. I. O professor no ensino do conceito átomo, Química Nova na Escola, v.3, 1996.
• CHASSOT, A. I. Prováveis modelos de átomos, Química Nova na Escola, v.3, 1996.
• CHASSOT, A. I. Raios X e radioatividade, Química Nova na Escola, v.2, 1995.
• CHASSOT, A. I. A Ciência através dos tempos, São Paulo: Moderna.
• <http://quimicasemsegredos.com/> Acesso em 14/06/2012.
• <http://pt.wikipedia.org> Acesso em 14/06/2012.
• <http://www.ciencia-cultura.com/Pagina_Fis> Acesso em 14/06/2012.
• <http://www.coladaweb.com/fisica> Acesso em 14/06/2012.
• <http://www.fisica.ufs.br> Acesso em 14/06/2012.
• <http://www.sofisica.com.br/conteudos> Acesso em 14/06/2012
• <http://www.soq.com.br/> Acesso em 14/06/2012.

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