Modelos atômicos. Átomo e íons. Distribuição eletrônica. Números quânticos

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1 Modelos atômicos 1. B EM18_1_QUI_A_01 6. Ao receber determinada energia (um quantum), o elétron passa para uma órbita mais afastada do núcleo e mais energética. Ao retornar à órbita original, a energia absorvida é emitida na forma de radiação eletromagnética. 7. A 8. C Átomo e íons EM18_1_QUI_A_02 2. E 4. D Nêutron arga 3. Alfa 4. Próton 5. Sódio 6. Isótopos 5. Isotopia: mesmo número atômico e diferente número de massa. Isotonia: diferentes números atômicos e de massa, mas mesmo número de nêutrons A 20 B 22 C Distribuição eletrônica EM18_1_QUI_A_03 1. [Ar] 4s 2 3d E 4. E 5. E 6. D Números quânticos EM18_1_QUI_A_ ( ) ( ). 6. A: n = 3; l = 1; m = -1; s = + ½ B: n = 2; l = 1; m = +1; s = ½ 466 GAB QUI A EM18_1_QUI_A_L1_GAB

2 Química no cotidiano EM18_1_QUI_B_01 3. A 4. V, V, F. 6. Tudo é constituído por substâncias químicas. No pão encontraremos água, sal, açúcar e gordura. Na piscina teremos cloro e sulfato de alumínio. Matéria EM18_1_QUI_B_02 4. E Substâncias e misturas 5. D 6. D 7. Coloca-se em três recipientes distintos uma pequena amostra de cada líquido. Em seguida, adiciona-se certa quantidade de água. O frasco que contém metanol formará uma mistura homogênea com a água. Aquele que contém benzeno formará duas fases e como é menos denso que a água ficará na parte superior. Finalmente a mistura de tetracloreto de carbono formará uma mistura com duas fases e como é mais denso que a água ficará na parte inferior da mistura. 8. 7,86 g/cm 3 EM18_1_QUI_B_03 4. C Separação de misturas ( ) C 8. I. Entre 10 e 20 C. II. Entre 20 e 40 C. III. 40 C. EM18_1_QUI_B_04 5. C 4. D 6. B 7. a) Mistura I o resíduo é a areia. b) Mistura III o resíduo é NaCl. EM18_1_QUI_B_L1_GAB QUI B GAB 467

3 Modelos atômicos EM18_1_QUI_A_01 A experiência de Rutherford utilizou o bombardeamento de partículas alfa na lâmina de ouro. Para a identificação destas partículas foi utilizado um anteparo com sulfeto de zinco que brilhava toda vez que ocorria uma colisão. O aparecimento das cores dos fogos de artifício é explicado pelo modelo de Bohr ou Rutherford-Bohr, em que elétrons recebem energia e saltam para um nível mais energético. Ao retornar, liberam essa energia na forma de luz. I. Modelo bola de bilhar, Dalton. II. Modelo pudim de passas, Thomson. III. Modelo planetário, Rutherford-Bohr. a) Rutherford apresentou o seu modelo atômico após a análise do experimento realizado com o bombardeio de uma fina lâmina de ouro por partículas alfa, concluindo o que apresenta o item A. b) O modelo conhecido como bola de bilhar foi apresentado por Dalton. c) O modelo de Bohr está relacionado aos níveis de energia, enquanto o modelo de Sommerfeld aborda subníveis de energia em órbitas elípticas. d) Segundo Heisenberg, é impossível determinar, simultaneamente, a posição e a velocidade do elétron no átomo. e) Schrödinger concluiu que o elétron pode ter características de partícula e de onda. 1. B As informações descrevem o modelo atômico de Dalton. Dalton afirmava que os átomos não podem ser transformados em outros, pois apresentam propriedades idênticas. Explicação pelo modelo atômico de Bohr em que elétrons recebem energia e saltam para um nível mais energético. Ao retornar, liberam essa energia na forma de luz. A emissão de energia ocorre quando os elétrons recebem energia e saltam para níveis mais energéticos. Ao retornarem aos níveis de origem, liberam a energia na forma de luz visível, no caso vermelho-brilhante, que é a cor característica do lítio. Pudim de passas modelo de Thomson Bolinhas se chocando modelo de Dalton Os planetas do Sistema Solar modelo de Rutherford 6. Ao receber determinada energia (um quantum), o elétron passa para uma órbita mais afastada do núcleo e mais energética. Ao retornar à órbita original, a energia absorvida é emitida na forma de radiação eletromagnética. 7. A John Dalton é responsável pela primeira teoria atômica moderna. J. J. Thomson, em sua descoberta, classificou o elétron como uma partícula de massa muito pequena com carga elétrica negativa. Nos seus experimentos, Rutherford concluiu que o átomo possui em seu centro um núcleo pequeno com massa considerável. 8. C Quando um elétron absorve energia ele salta de um nível de menor para maior energia, como pode ser observado no I e II. Átomos e íons Pelos dados citados é possível calcular o número atômico da platina, subtraindo o número de massa do número de nêutrons, obtendo 78 prótons, logo, o metal apresenta 78 elétrons. 2. E 16 O 8 nêutrons 17 O 9 nêutrons 18 O 10 nêutrons Como os átomos de oxigênio apresentam o mesmo número atômico, eles são isótopos. EM18_1_QUI_A_02 A molécula de água apresenta 8 nêutrons (nenhum nêutron dos átomos de hidrogênio e 8 do átomo de oxigênio), enquanto a molécula de água pesada apresenta 10 nêutrons (2 nêutrons dos átomos de hidrogênio e 8 do átomo de oxigênio). 4. D De acordo com o enunciado, o antimônio possui 50 prótons (na tabela periódica ele apresenta número atômico 51). Pela análise do gráfico, é possível verificar que os isótopos estáveis possuem de 62 a 74 nêutrons, portanto, entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons. 468 SOL QUI A EM18_1_QUI_A_L1_SOL

4 Os átomos de carbono apresentam a mesma quantidade de prótons, logo, possuem o fenômeno da isotopia, que ocorre quando átomos apresentam o mesmo número atômico e diferentes números de massa ou diferentes números de nêutrons. Para descobrir o número atômico, basta subtrair o número de nêutrons do número de massa, logo, A = 2 prótons B = 7 prótons (isótopo do nitrogênio) C = 17 prótons D = 8 prótons E = 5 prótons Nêutron, arga, 3. Alfa, 4. Próton, 5. Sódio, 6. Isótopos Pelo número de massa (A = p + n) é possível calcular o valor de x: 4x = 2x Logo, o valor de x = 10. O átomo apresenta 18 prótons, 18 elétrons e 22 nêutrons, totalizando 58 partículas fundamentais. 5. Isotopia: mesmo número atômico e diferente número de massa. Isotonia: diferentes números atômicos e de massa mas mesmo número de nêutrons. X 6. A X+1B X+2C Y Y 22 Podemos encontrar a relação de nêutrons do elemento C da seguinte maneira: n = X , logo n = X 20. Como A e C são isótonos, no elemento A podemos fazer a equação do número de massa X = Y + X 20, chegando ao valor de Y = 20. No elemento B, podemos encontrar o número de massa 43 e, como são consecutivos, o número de massa de C é A B C Distribuição eletrônica EM18_1_QUI_A_03 EM18_1_QUI_A_L1_SOL O metal é cálcio (Z = 20) e como é bivalente, a distribuição eletrônica é 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. A distribuição eletrônica do elemento titânio (Z = 22) é 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d Zr4+ apresenta 40 prótons e 36 elétrons. B apresenta a distribuição eletrônica 5 1s2 2s 2 2p 1, logo, K = 2 L = 3. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 1 indica que ele apresenta 5 camadas eletrônicas. Os elétrons mais energéticos ficam no subnível mais energético, ou seja, onde termina a distribuição eletrônica de Linus Pauling (4d 1 ). 1. Para a distribuição eletrônica do cobre (Z = 29), temos a configuração 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9. Como o gás nobre precedente é o argônio ( 18 Ar), a configuração usando o cerne do gás nobre fica dessa forma: [Ar] 4s 2 3d E A distribuição eletrônica para o 13 Al é 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1. Em níveis de energia temos K = 2 L = 8 M = A e 58 B são isótonos, logo, B possui 30 nêutrons. Com isso é possível determinar o seu número atômico, que é B é isóbaro de C, e como C necessita perder 2 elétrons para ficar isoeletrônico, seu número atômico é 30. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d E I. Z = p = e = p = 34. IV. A camada de valência é a de número quântico principal n = 4. Essa camada é, para o elemento mencionado, formada pelos subníveis 4s e 4p. E uma vez que a distribuição eletrônica de Pauling ordena os subníveis em ordem crescente de energia, é certo que 4s < 4p. 5. E I. Correta. Esse fenômeno é explicado pelo modelo atômico de Bohr. II. Correta. O modelo atômico atual, desenvolvido por Broglie, Heisenberg e Schrödinger, é baseado no princípio da incerteza. Existe uma determinada região em que os elétrons provavelmente estariam. III. Correta. 6. D Hg 80 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 Xe 54 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 [Xe] 6s 2 4f 14 5d 10. QUI A SOL 469

5 Números quânticos EM18_1_QUI_A_04 Número quântico principal representa o nível principal de energia do elétron. Número quântico secundário representa a forma espacial da região que o elétron ocupa. Número quântico magnético representa a orientação espacial do orbital atômico. Número quântico de spin representa a rotação do elétron em torno de si mesmo. Para colocar 9 elétrons para o número quântico principal 4 (n = 4), devemos colocar 9 elétrons na 4.ª camada, logo, 2 elétrons no subnível 4s apenas, 6 elétrons em 4p e faltaria apenas 1 no 4d, logo: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 1, que nos dá um total de 39 elétrons. Como se trata de átomo neutro, o número atômico é 39. O último elétron está no subnível p (l = 1) e este apresenta 4 níveis de energia, sendo que o último spin deve estar no segundo orbital (m = 0) e levando-se em conta que o primeiro elétron a ocupar um orbital possui número quântico de spin igual a 1/2, que é justamente o número quântico deste átomo, então o subnível p possui 2 elétrons. Logo, 4p 2. Com os quatro números quânticos n = 3 l = 1 m = 0 s = +½ teremos o elétron de maior energia no subnível 3p com 2 elétrons, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 = 14 elétrons ( ). Al 13 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 (1) Falsa. Apresenta apenas 3 níveis de energia. (2) Verdadeira. Subtraindo o número de prótons do número de massa, teremos 14 nêutrons. (3) Verdadeira. A distribuição em níveis de energia é K = 2 L = 8 M = 3. (4) Verdadeira. O elétron de maior energia está no subnível 3p, logo, n = 3 l = 1 m = 1 s = ½. (5) Verdadeira. O número atômico corresponde ao número de prótons. Pelos 4 números quânticos (n = 4 l = 2 m = +2 s = ½), teremos o subnível 4d com 10 elétrons, logo, a sua distribuição eletrônica termina em 4d 10. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 = 48 elétrons. A configuração eletrônica do cromo é uma das exceções: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 3d 5, um elétron do subnível 4s é promovido para o subnível 3d, ficando esse com 5 elétrons. O subnível do elétron diferencial é 3d, o número quântico secundário é 2, porém o item d refere-se ao elétron de valência, que no caso está no subnível 4s, no qual o número quântico secundário é 0. I. Correta. De acordo com o diagrama de Linus Pauling, a configuração eletrônica do ânion trivalente de nitrogênio ( 7 N 3 ), originária do átomo nitrogênio, é 1s 2 2s 2 2p 6. II. Correta. Não existem dois elétrons com os quatro números quânticos iguais em um mesmo átomo. III. Incorreta. O íon K1+ possui 20 nêutrons. IV. Incorreta. Os íons Fe 2+ e Fe 3+ do elemento químico ferro diferem somente quanto ao número de elétrons ( ). (04) Para se tornar um cátion bivalente, o elemento químico perde dois elétrons do subnível 6s 2. (16) O elemento químico não apresenta todos os seus orbitais preenchidos com elétrons de spin +1/2 e 1/2, pois o subnível d da quinta camada está semipreenchido (5d 5 ). 6. A: n = 3; l = 1; m = 1; s = +½ B: n = 2; l = 1; m = +1; s = ½ 470 SOL QUI A EM18_1_QUI_A_L1_SOL

6 Química no cotidiano EM18_1_QUI_B_01 A alternativa D está correta de acordo com o seguinte trecho: Infelizmente, o passo mais importante para essa união foram as guerras mundiais... As latas de alumínio podem ser submetidas ao processo inicial da formação do lingote de alumínio e, assim, são reutilizadas e entram em um novo ciclo (reciclagem) para a confecção de novos materiais de alumínio. Nas outras alternativas os materiais são apenas reutilizados, preservando-se a matéria-prima bruta e o meio ambiente. O recolhimento e o descarte adequado das pilhas são responsabilidades do próprio fabricante. Caso não ocorra, dificilmente as pilhas terão o descarte correto. Os materiais sintéticos presentes na lista são: cimento, aço, refrigerante, bronze, latão, vidro e papel. O álcool apresenta sua origem no vegetal, principalmente da cana-de-açúcar. 3. A Novamente a Química é associada a algo prejudicial. Essas propagandas levam algumas pessoas a concluir, erroneamente, que as substâncias químicas são prejudiciais à saúde e ao meio ambiente, logo é enganosa, pois confunde o leitor, levando-o a crer que conter química significa não ser saudável, ser artificial. 4. V, V, F. O primeiro item é verdadeiro, a Química é uma das ciências que estuda o solo, além dela participam a Geologia, Geografia, Agronomia. A Química participa criando e aperfeiçoando produtos que corrigem e aumentam a produtividade, além de criar compostos que protegem as plantações de pragas. O segundo item também é verdadeiro. Percebemos que os produtos ditos naturais também são formados por substâncias químicas. Logo, tudo o que existe na natureza e também o que é produzido nas indústrias químicas é formado por substâncias químicas. O terceiro item é falso pois nem todos os aditivos agrícolas são benéficos ao solo ou à saúde. O plástico é um derivado do petróleo, logo não é caracterizado como liga metálica. 6. Tudo é constituído por substâncias químicas. No pão encontraremos água, sal, açúcar e gordura. Na piscina teremos cloro e sulfato de alumínio. Matéria EM18_1_QUI_B_02 EM18_1_QUI_B_L1_SOL Impenetrabilidade. Dois corpos não ocupam o mesmo lugar no espaço ao mesmo tempo. Denomina-se de evaporação o processo no qual uma substância passa lentamente do estado líquido para o gasoso. a) Falsa. Deve ser menor que 0,811 g/cm 3. b) Falsa. Se fosse menor que o padrão, as bolinhas deveriam estar na parte do densímetro. c) Falsa. Na amostra 2 é possível verificar que as bolinhas não apresentam a mesma densidade. A bolinha escura é menos densa que a outra. e) Falsa. Como existem amostras com variação de densidade (0,805 a 0,811 g/cm 3 ) é necessária a presença de duas bolinhas para ter tal percepção. 4. E Densidade e dureza são propriedades específicas da matéria. II. Falsa. A descrição do conceito é de objeto. III. Falsa. A descrição do conceito é de corpo. I. Verdadeiro. O CFC e o butano, apresentam propriedades químicas diferentes. II. Verdadeira. A matéria é alterada pela energia. III. Falsa. Como apresentam a mesma massa, densidade é inversamente proporcional ao volume, logo aquele que apresenta o menor volume é aquele que possui a maior densidade. IV. Falsa. Acidez não é uma propriedade geral da matéria. V. Verdadeiro. A massa não varia. O que varia é o peso, que depende da aceleração da gravidade. São os materiais que apresentam densidade menor que a da água, logo vão flutuar no líquido. Dentro da seringa, que é o objeto, existe ar atmosférico, que é a matéria, e ao empurrar o êmbolo ocorre a propriedade da compressibilidade. QUI B SOL 471

7 5. D I. Falsa. É chamada de objeto. III. Falsa. O vidro se quebra quando comprimido. 6. D acendeu a chama de um forno exemplo de combustão. Fenômeno químico. o volume do bolo expandiu devido ao fermento adicionado indica liberação de gás. Fenômeno químico. estava derretendo mudança de estado físico, não transforma a matéria. Fenômeno físico. processo de escurecimento indica reação com o oxigênio. Fenômeno químico. 7. Coloca-se em três recipientes distintos uma pequena amostra de cada líquido. Em seguida, adiciona-se certa quantidade de água. O frasco que contém metanol formará uma mistura homogênea com a água. Aquele que contém benzeno formará duas fases e como é menos denso que a água ficará na parte superior. Finalmente a mistura de tetracloreto de carbono formará uma mistura com duas fases e como é mais denso que a água ficará na parte inferior da mistura. 8. m = 78,6 g, calculando o volume: 5 cm 2 cm 1 cm = 10 cm 3 d = m/v d = 78,6 g / 10 cm 3 = 7,86 g/cm 3 Substâncias e misturas Número de elementos: no sistema 1, dois elementos; no sistema 2, temos três elementos; no sistema três, temos um elemento. Número de substâncias: no sistema 1, uma substância; no sistema 2, uma substância; no sistema 3, temos duas substâncias. misturinhas compostos coisa elemento carocinhos átomos A água (H 2 O) é uma substância composta, pois apresenta dois elementos químicos em sua molécula, o hidrogênio e o oxigênio. 4. C A substância inicia no estado gasoso e, quando sofre o resfriamento, começa o processo de condensação (liquefação) do composto, sendo isso em temperatura constante. Depois que todo gás se transformou em líquido, a temperatura volta a diminuir até o processo da solidificação, que também ocorre em temperatura constante. 1.º Solidificação passagem do estado líquido para o sólido. 2.º Sublimação passagem direta do sólido para o gasoso. Heterogênea (apresenta mais de uma fase visível), três fases distintas (sólida, líquida e gasosa), na fase sólida tem-se o gelo. EM18_1_QUI_B_03 Ao misturar todas as substâncias haverá a formação de 3 fases (o álcool se dissolve em água). A ordem crescente de densidade fica da seguinte maneira: polietileno (menor densidade) mistura de álcool e água grafite em pó (maior densidade). Na temperatura de 85 C a mistura de água e álcool se encontra no estado gasoso, pois ultrapassa o ponto de ebulição do álcool hidratado (mistura azeotrópica). De acordo com o gráfico, o ponto de fusão (passagem de sólido para líquido) é variável e o ponto de ebulição é constante ( ). (1) Verdadeira. Só apresentam uma fase. (2) Falsa. H 2 O tem dois tipos de átomos, logo, a substância água é composta. (3) Verdadeira. Apresentará uma só fase. (4) Falsa. As duas substâncias apresentam um elemento, o oxigênio, portanto, são substâncias simples De acordo com o enunciado, poderia se tratar de uma mistura eutética, que é homogênea. 7. C O cimento é mistura de substâncias compostas. Segundo o texto, é constituído de sulfato de cálcio, óxido de cálcio, óxido de alumínio, óxido de ferro, sílica, óxido de magnésio e sulfatos de metais alcalinos. Logo, todas as moléculas são substâncias compostas. 8. I. Entre 10 e 20 C. II. Entre 20 e 40 C. III. 40 C. 472 SOL QUI B EM18_1_QUI_B_L1_SOL

8 Separação de misturas EM18_1_QUI_B_04 A floculação pode ser observada ao se adicionar o LCC à mistura de água e petróleo, em que esta agrega-se ao petróleo. A separação magnética é observada ao se adicionar as nanopartículas magnéticas para retirar os agregados formados na etapa anterior. A consequência da evaporação, nesse caso, será o aumento da quantidade de sais presentes no solo dos campos irrigados. A ordem de separação dos gases na coluna de fracionamento está baseada na temperatura de ebulição dos gases, ou seja, o gás com menor temperatura de ebulição (aquele que apresenta menores forças intermoleculares) separa-se primeiro. A mistura ouro-areia é heterogênea e pode ser separada por levigação. 5. C Processo 1 separação magnética Processo 2 extração (processo físico) Processo 3 filtração I. Feijão e casca: a separação é possível pela ventilação, onde uma corrente de ar separa o sólido menos denso, no caso, a casca do feijão. II. Areia e limalha de ferro: como a limalha de ferro é atraída pelo ímã, essa separação ocorre por separação magnética. III. Serragem e cascalho: a separação ocorre pela peneiração, que separa o cascalho, as partículas maiores da serragem (as partículas menores). MISTURA 1 mistura heterogênea entre dois líquidos imiscíveis decantação. MISTURA 2 mistura homogênea entre dois líquidos miscíveis destilação fracionada. MISTURA 3 mistura homogênea (deveria ter especificado se havia ou não corpo de fundo) destilação simples. A mistura de sal e água é homogênea e, ao aquecer o sistema, a água entra em ebulição primeiro e seus vapores são resfriados no condensador para voltar a ficar no estado líquido. 4. D A: uma mistura de líquidos homogênea deve ser separada por destilação fracionada. B: uma mistura de sólidos pode ser separada por inúmeros processos. Nesse caso, especificamente, sabe-se que a naftalina é um sólido que sublima, enquanto a areia é um sólido que apresenta altíssimo ponto de fusão. Assim, pode-se separar a mistura por sublimação. C: uma mistura de sólido dissolvido em um líquido (solução) pode ser separada por destilação simples. I. mistura homogênea destilação simples II. mistura heterogênea destilação fracionada III. mistura heterogênea filtração IV. mistura heterogênea decantação 6. B O óleo de cozinha, a água e as impurezas formam uma mistura heterogênea. As impurezas sólidas podem ser separadas por meio de uma filtração, em que elas ficaram retidas no filtro. Para conseguir separar a água do óleo, utiliza-se a técnica de decantação por meio de um funil de separação. 7. a) Mistura I o resíduo é a areia. b) Mistura III o resíduo é NaCl. EM18_1_QUI_B_L1_SOL QUI B SOL 473

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