QUÍMICA. A) do egípcio kēme ( chem ) = TERRA; B) do árabe AL-Khemy (alquimia) = QUÍMICA

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1 QUÍMICA A) do egípcio kēme ( chem ) = TERRA; B) do árabe AL-Khemy (alquimia) = QUÍMICA

2 QUÍMICA - É a ciência que estuda a matéria e suas transformações ; - Estuda as interações com as substâncias e energia baseada nas estruturas dos átomos, moléculas e outros tipos de agregações.

3 ESTRUTURA DA MATÉRIA A matéria é formada por moléculas, que por sua vez são constituídas por átomos.

4 ESTRUTURA DA MATÉRIA

5

6 SUBSTÂNCIAS

7 MISTURAS a) Material homogêneo (Solução) Apresenta somente uma fase. Ex: etanol e água; ouro 18K (75% de Au e 25% de Cu e/ou Ag); água e açúcar; b) Material Heterogêneo Apresenta mais de uma fase. Ex: água e óleo; leite; sangue.

8 FENÔMENO QUÍMICO - O fenômeno químico transforma a natureza da matéria. H 3 C- CH 2 - OH + 3O 2 2CO 2 + 3H 2 O Reagentes Produtos

9 FENÔMENO FÍSICO O fenômeno físico não altera a natureza da matéria. Estados físicos da matéria

10 MODELOS ATÔMICOS 1) FILOSÓFICOS (GREGOS) - Leucipo (430 a.c) formula a primeira teoria científica sobre a composição da matéria. - Demócrito ( a.c), confirma a teoria de Leucipo: A matéria é formada por partículas indivisíveis os átomos.

11 Modelo atômico - Demócrito - Toda a matéria é constituída por átomos e vazio; - O átomo é uma partícula pequeníssima, invisível e que não pode ser dividida;

12 Modelo atômico - Demócrito - Os átomos encontram-se em constante movimento; - Universo constituído por um número infinito de átomos, indivisíveis e eternos; (A = não; tomo = parte). ÁTOMO = não + divisível

13 Aristóteles ( a.c.) acreditava que a matéria era contínua e composta por: Aristóteles Ar Água Terra Fogo O Modelo de Demócrito permaneceu na sombra durante mais de 20 séculos.

14 Alquimia Os árabes herdaram, na Idade Média, a cultura do mundo antigo e, no que diz respeito à química, aprofundaram-se no desenvolvimento da alquimia. Na busca da Pedra Filosofal que transformaria tudo em Ouro, ou ainda do Elixir da Longa Vida, os alquimistas acumularam grande experiência em diversos processos, que foram muito úteis na evolução da química através dos tempos.

15 Século XVIII: Antoine Lavoisier (1789) Lei da Conservação das Massas Lavoisier mediu as massas de um sistema antes e depois de uma reação em recipientes fechados e constatou que, a massa do sistema antes e depois da reação é a mesma. "Numa reação química, não ocorre alteração na massa do sistema". Soma das massas dos REAGENTES = Soma das massas dos PRODUTOS

16 2) JOHN DALTON (1808) - Esfera maciça; - Indivisível; - Indestrutível; - Sem carga elétrica; Bola de bilhar - Existe um número finito de tipos de átomos na natureza. - A combinação de iguais ou diferentes tipos de átomos originam os diferentes materiais.

17 Experimento de Crookes Ao estudar as descargas no interior deste aparelho, Thomson descobriu o elétron. - Observou a passagem de raios catódicos (elétrons); - A descarga emitida tinha carga elétrica negativa; - Thomson (1897) provou que os elétrons eram corpúsculos, dotados de carga elétrica e de massa, que fazem parte de toda a matéria.

18 Descoberta do próton (Eugen Goldstein) No interior da ampola de descarga em gases rarefeitos é colocado um cátodo perfurado.

19 Do cátodo perfurado partem os elétrons catódicos (em vermelho), que se chocam com as moléculas do gás (em azul) no interior do tubo.

20 Com o choque, as moléculas do gás perdem um ou mais elétrons, originando íons positivos (+), que repelidos pelo ânodo, são atraídos pelo cátodo (-). Os íons positivos (+) atravessam os furos e colidem com a parede do tubo de vidro, enquanto os elétrons (-) são atraídos pelo ânodo (+) e ao colidirem com a parede de vidro do tubo produzem fluorescência.

21 3) JOSEPH JOHN THOMSON (1898) Com a descoberta do próton: - Esfera maciça e positiva; - Divisível; - Com elétrons incrustados; Pudim de passas

22 4) ERNEST RUTHERFORD Experiência da Lâmina de ouro (1911)

23 4) Ernest Rutherford

24 O átomo apresenta duas regiões distintas: Núcleo e eletrosfera. Planetário

25 Problemas do átomo de Rutherford 1) Força eletrostática átomo instável. 2) Emissões da radiação de gases as órbitas dos elétrons não podem estar a qualquer distância do núcleo (ou a estados da energia específicos)

26 Espectro Experimento Isaac Newton (1666) Observou que um raio de luz solar ao passar por um prisma sofre desvio e decomposição. A luz observada não era mais branca e sim formada pelas sete cores do arcoíris: vermelho; laranja; amarelo; verde; azul; anil e violeta.

27 Experimento Isaac Newton (1666) Espectro: é o conjunto de radiações emitidas por uma fonte de luz.

28 Radiação eletromagnética Natureza da luz: Duas visões do século XVII: Isaac Newton (inglês) acreditava que a luz era composta de partículas; Christiaan Huygens (holandês) acreditava que a luz era uma onda.

29 Século XIX: A Luz é Onda Thomas Young (1801) experiência da fenda dupla, mostra o fenômeno de interferência da luz e conclui sobre sua natureza ondulatória. Luz é a parte visível da radiação eletromagnética que se propaga em qualquer meio e até mesmo no vácuo.

30 Século XX: A Natureza Dual da Luz Mecânica Quântica: dualidade onda-partícula: - A luz se comporta tanto como onda e como partícula: 1) como onda: onda eletromagnética (interferência etc.). 2) como partícula: efeito fotoelétrico (quantum, fóton etc.).

31 A radiação eletromagnética Radiação eletromagnética pode ser considerada como uma combinação de corrente elétrica alternada e campo magnético, que percorre através do espaço com um movimento de onda. Em 1860, James Clark Maxwell unifica o magnetismo com a eletricidade em uma única teoria: Eletromagnetismo.

32 A radiação eletromagnética

33 Espectro eletromagnético O conjunto de todos os valores possíveis de comprimentos de onda da radiação eletromagnética é chamado de espectro eletromagnético.

34 Fótons Efeito fotoelétrico Efeito Fotoelétrico - observado 1839 por Edmund Becquerel e em 1887 por Heinrich Hertz. - As partículas de energia sugeridas por Planck foram denominadas fótons. - A energia E de cada fóton é denominada quantum (no plural quanta ).

35 - A luz é composta de partículas energéticas, chamadas fótons, com certo quantum de energia. Com essa energia adicional o elétron pode escapar do metal. Essa teoria de Einstein sugere, portanto, que a luz ou outra forma de energia radiante é composta de partículas de energia, os fótons. Energia do fóton é proporcional a frequência da radiação eletromagnética

36 Teoria Quântica Max Planck

37 Ondas eletromagnéticas

38 Propriedade ondulatória energia quantizada Relacionando as equações 1, 2 e 3: 1) 2) 3) Exemplos: Exercícios

39 Niels Bohr (1913) Os elétrons podem girar em órbita somente a determinadas distâncias permitidas do núcleo. Um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia.

40 Niels Bohr (1913) Quando há o retorno do elétron à órbita original ocorre a emissão de radiação eletromagnética (emissão de fótons).

41 Séries de emissão de energia

42 - Apesar do modelo atómico de Bohr conseguir explicar qualitativamente as propriedades químicas dos elementos, houve necessidade de determinar valores quantitativos. - Utilizou-se a mecânica quântica, onde se trabalha a fórmula das orbitais (probabilidade matemática). - Tem por objetivo prever o que irá acontecer numa experiência envolvendo elementos químicos.

43 O modelo atômico quântico Propriedade ondulatória do elétron (Luis de Broglie, 1924): - Uma partícula pode apresentar comportamento ondulatório. PARA UM ELÉTRON = h/m.v (de Broglie)

44 Modelo atômico atual Principio da dualidade de Louis de Broglie O elétrons comportam-se como onda e como energia.

45 Caráter dual dos elétrons Luz Fenômenos comuns Emissão/absorção como partícula (hn) Transmissão como onda Na difração Probabilidade de encontrar fótons Resultante das interferências A Luz viaja por meio de ondas que não precisam de meio físico para serem transportadas (diferente de ondas sonoras e água). O elétron sofre difração Em movimento = comportamento ondulatório Em absorção/emissão = partícula

46 Princípio de Incerteza de Heisenberg (1927) Física Clássica: qualquer partícula pode ser medida e descrita de modo exato (determinar simultaneamente sua posição e a velocidade sem perturbar o seu movimento. Física Quântica: para o elétron o ato de medir interfere na partícula e modifica o seu movimento, por isso é impossível determinar simultaneamente, e com precisão a posição e a quantidade de movimento de cada partícula que constitui tais sistemas.

47 Princípio da incerteza de Heisenberg: é impossível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante. Orbital é a região onde é mais provável encontrar um elétron. No modelo atômico de Bohr, o elétron descreve uma órbita. No modelo atômico atual, o elétron ocupa um orbital.

48 Modelo Atômico de Sommerfeld (1916) Ao pesquisar o átomo, Sommerfeld concluiu que os elétrons de um mesmo nível, ocupam órbitas de trajetórias diferentes (circulares e elípticas) a que denominou de subníveis, que podem ser de quatro tipos: s, p, d, f.

49 Erwin Schrödinger (1926) - Equação de onda - Incorpora tanto o comportamento ondulatório como o de partícula do elétron. - Fornece informações sobre a localização do elétron no espaço quando ele está em um estado específico de energia permitido (ORBITAL). - As soluções da equação de Schroedinger levam a funções de onda que se caracterizam pelos números quânticos:

50

51 Números quânticos 1) Número quântico principal (n): relacionado à distância média elétron-núcleo e aos níveis de energia de Bohr; (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). 2) Número quântico azimutal ou secundário (l): relacionado à forma dos orbitais, ou seja ao tipo de trajetória dos elétrons; Valor de l Letra usada s p d f

52 2) O Número quântico azimutal está relacionado ao subnível. Possui valores inteiros podendo variar de 0 a n-1. Exemplos: n=1; valor de l = 1-1 = 0 (s) n=2; valores de l=0 e 2-1=1:então (0 e 1) (s, p) n=3; valores de l=0 e 3-1=2:então (0, 1 e 2) (s, p, d) n= 4; valores de l=0 e 4-1=3:então (0,1, 2 e 3) (s, p, d, f). E assim por diante.

53 3) Número quântico magnético de orbital (m l ): a interpretação do quadrado da função de onda (ψ 2 ) gera uma imagem física da distribuição de probabilidade de localização do elétron em certa região do espaço, o orbital (relacionado ao número dos orbitais); O Número de orbitais em um subnível é n 2 : n = 1 1 orbital n = 2 4 orbitais n = 3 9 orbitais n = 4 16 orbitais E assim por diante

54 Número de elétrons: - por orbital = 2; cada nível = 2n 2 : n = 1 2 elétrons; n = 2 8 elétrons; n = 3 18 elétrons n = 4 32 elétrons; n = 5 50 elétrons; n = 6 72 elétrons; n = 7 98 elétrons.

55 Número quântico magnético spin (m s ): indica a orientação permitida para uma nuvem eletrônica no espaço, que está relacionada à forma da nuvem (designada pelo valor de l). Dessa forma, este número quântico varia de -l, até +l.

56 Orbital s Todos os orbitais s são esféricos. A medida que n aumenta, os orbitais s ficam maiores.

57 Orbital p Existem três orbitais p, px, py, e pz. Os três orbitais p localizam-se ao longo dos eixos x, y e z de um sistema cartesiano. Os orbitais têm a forma de halteres. As letras correspondem aos valores permitidos de m l (-1, 0, e +1). À medida que n aumenta, os orbitais p ficam maiores.

58 Orbitais s, p

59 Orbital d

60 Orbital f

61 Átomos polieletrônicos Repulsão elétron-elétron faz com que os diferentes subníveis estejam em diferentes níveis de energia.

62 Aplicando o Modelo Quântico: o Diagrama de Pauling

63 Distribuição eletrônica - Aufbau 1) Princípio da construção: Os e - devem ocupar os orbitais de menor energia; 2) Princípio de exclusão de Pauli: No máximo 2 e - por orbital, com spins emparelhados; 3) Regra de Hund: Em orbitais de mesma energia (p, d e f). Adicionamos um e - a cada orbital até que cada um seja completado.

QUÍMICA. A) do egípcio kēme ( chem ) = TERRA; B) do árabe AL-Khemy (alquimia) = QUÍMICA

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