NOVOS AVANÇOS NA TEORIA ATÔMICA

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1 Disciplina: Química Prof.: Guilherme Turma: IU 20/ 04/2017 Tema da aula: Modelo Atômico de Bohr e Distribuição Eletrônica O desenvolvimento da teoria atômica NOVOS AVANÇOS NA TEORIA ATÔMICA - Ao longo da história da química, diversos cientistas contribuíram para o melhor entendimento sobre a constituição da matéria e diferentes modelos sobre a estrutura do átomo surgiram. Os três modelos de maior relevância foram os modelos de Dalton, Thomson e Rutherford. - Modelo de Dalton: átomo é uma esfera maciça, indivisível e indestrutível. - Modelo de Thomson: átomo é uma massa de carga positiva contendo elétrons (partículas de carga negativa) espalhados. Como um todo, o átomo é eletricamente neutro. - Modelo de Rutherford: átomo é composto por núcleo, onde se encontram os prótons (partículas de carga positiva) e nêutrons (partículas de carga neutra), e eletrosfera, onde estão localizados os elétrons. O Modelo Atômico de Bohr - Depois de Rutherford ter proposto seu modelo, os cientistas direcionaram seus estudos para a distribuição dos elétrons na elestrofera. Em 1913, Niels Bohr ( ) propôs um novo modelo atômico, relacionando a distribuição dos elétrons na eletrosfera com sua quantidade de energia. - Esse modelo baseia-se nos seguintes postulados: 1. Os elétrons descrevem órbitas circulares ao redor do núcleo. 2. Cada uma dessas órbitas tem energia constante (órbita estacionária). Os elétrons que estão situados em órbitas mais afastadas do núcleo apresentarão maior quantidade de energia. 3. Quando um elétron absorve certa quantidade de energia, salta para uma órbita mais energética. Quando ele retorna à sua órbita original, libera a mesma quantidade de energia, na forma de onda eletromagnética (luz). - Estudos posteriores mostraram que as órbitas eletrônicas de todos os átomos conhecidos se agrupam em sete camadas eletrônicas, denominadas K, L, M, N, O, P, Q. Em cada camada, os elétrons possuem uma quantidade fixa de energia; por esse motivo, as camadas são também denominadas níveis de energia. Além disso, cada camada comporta um número máximo de elétrons, conforme é mostrado no esquema a seguir:

2 - O trabalho de Bohr despertou o interesse de vários cientistas. Um deles, Sommerfield, percebeu, em 1916, que os níveis de energia estariam divididos em regiões ainda menores, por ele denominadas subníveis de energia. - O número de cada nível indica a quantidade de subníveis nele existentes. Por exemplo, o nível 1 apresenta um subnível, o nível 2 apresenta dois subníveis, e assim por diante. - Esses subníveis são representados pelas letras s, p, d, f, g, h, - Estudos específicos para determinar a energia dos subníveis mostraram que: - existe uma ordem crescente de energia nos subníveis; s < p < d < f - os elétrons de um mesmo subnível contêm a mesma quantidade de energia; - os elétrons se distribuem pela eletrosfera ocupando o subnível de menor energia disponível. - O número de camadas, de níveis e de subníveis ocupados pelos elétrons dos átomos de um elemento depende do número de elétrons desses átomos. Camada Nível Subnível Número de elétrons K 1 s s 2 = 2 L 2 s p s 2 p 6 = 8 M 3 s p d s 2 p 6 d 10 = 18 N 4 s p d f s 2 p 6 d 10 f 14 = 32 O 5 s p d f s 2 p 6 d 10 f 14 = 32 P 6 s p d s 2 p 6 d 10 = 18 Q 7 s s 2 = 2 - A criação de uma representação gráfica para os subníveis facilitou a visualização da sua ordem crescente de energia. Essa representação é conhecida como diagrama de Linus Pauling. - Consideremos, como exemplo, a distribuição dos 26 elétrons de um átomo de ferro (Z = 26). Aplicando o diagrama de Pauling, temos:

3 - Para indicar, de modo abreviado, essa distribuição eletrônica, escrevemos: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Exemplos de distribuição eletrônica - Como exemplos, podemos dar a configuração eletrônica para os átomos dos elementos químicos em ordem crescente de número atômico, conforme são representados na tabela periódica. - Começando pelo hidrogênio (H), que possui Z = 1. Como o átomo é neutro, o número atômico (que é o número de prótons totais que compõem o núcleo de um átomo) é igual ao número de elétrons. Logo, um elétron deverá ser distribuído: 1H 1s 1 - Seguindo a ordem crescente de número atômico, tem-se: Elemento Distribuição eletrônica 2He 1s 2 3Li 1s 2 2s 1 4Be 1s 2 2s 2 5B 1s 2 2s 2 2p 1 6C 1s 2 2s 2 2p 2 7N 1s 2 2s 2 2p 3 8O 1s 2 2s 2 2p 4 9F 1s 2 2s 2 2p 5 10Ne 1s 2 2s 2 2p 6 12Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 18Ar 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 19K 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 20Ca 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 21Sc 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1 27Co 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7

4 - Duas importantes informações que podem ser obtidas a partir da distribuição eletrônica dos elétrons de um determinado átomo são qual é a camada de valência e o subnível mais energético, que nos ajudam a entender, por exemplo, a localização exata de um elemento químico na tabela periódica, bem como algumas de suas propriedades. Camada ou nível de valência: é a camada mais afastada do núcleo (a mais externa) Subnível mais energético: último subnível a ser preenchido na distribuição eletrônica Exemplos Para o 12 Mg, cuja configuração eletrônica é 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2, os doze elétrons foram distribuídos até a terceira camada ou nível energético, logo, diz-se que a camada de valência é a camada M. O último subnível a receber elétrons foi o 3s, logo, esse é classificado como o subnível mais energético. Para o 27 Co, com configuração eletrônica 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 7, a distribuição eletrônica foi até o quarto nível energético (camada N), logo, essa é camada de valência. O subnível mais energético é o 3d, pois esse foi o último subnível a ser preenchido por elétrons na distribuição eletrônica. Subníveis em ordem energética e em ordem geométrica - No exemplo da distribuição do átomo de ferro, perceba que quando escrevemos a sequência de subníveis segundo as diagonais do diagrama, escrevemos exatamente na ordem crescente de energia: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6. Essa é a chamada ordem energética. - A outra forma de representar a distribuição eletrônica por subníveis de energia é a ordem geométrica. Nela, após fazer a distribuição conforme a ordem energética, agrupamos os subníveis de cada nível. No caso átomo neutro de ferro, a ordem geométrica fica assim: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2.

5 Disciplina: Química Prof.: Guilherme Turma: IU 20/ 04/2017 Tema da lista de exercícios: Modelo Atômico de Bohr e Distribuição Eletrônica 1) Faça a distribuição eletrônica para os elétrons dos seguintes átomos: a) cloro: 17 Cl b) alumínio: 13 Al c) molibdênio: 42 Mo d) rubídio: 37 Rb e) índio: 49 In f) urânio: 92 U g) silício: 14 Si h) bromo: 35 Br 2) A última camada de um átomo possui configuração eletrônica 3s 2 3p 6. Determine o número atômico do elemento a que pertence esse átomo. 3) (VUNESP) Dê a configuração eletrônica para o elemento químico cujo número atômico é 24. Indique qual é a camada de valência e o subnível mais energético. 4) (FEI-SP) Um átomo que possui configuração eletrônica 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 apresenta na camada mais externa: a) 5 elétrons b) 7 elétrons c) 3 elétrons d) 1 elétron e) 11 elétrons 5) Que palavra você deve colocar no lugar de * para que a afirmação seja correta? Um átomo, ao perder elétrons, converte-se num *; ao receber elétrons, torna-se um *. 6) Para os íons abaixo, determine o número de prótons, de elétrons e classifique-os em cátions e ânions: a) 35 Br - b) 16 S 2- c) 38 Sr 2+ d) 19 K + e) 24 Cr 3+ f) 8 O 2-7) (VUNESP) Um átomo tem número de massa 31 e 16 nêutrons. Qual é o número de elétrons da sua camada de valência? a) 2 b) 4 c) 5 d) 3 e) 8 8) (FEI-SP) Um cátion metálico trivalente possui 76 elétrons e 118 nêutrons. O átomo do elemento químico, do qual se originou, tem número atômico e número de massa, respectivamente: a) 76 e 194. b) 76 e 197. c) 79 e 200. d) 79 e 194. e) 79 e ) O quadro abaixo representa algumas características de modelos atômicos. Com base nos dados apresentados, relacione as características aos respectivos cientistas: Tipo A B C Característica A matéria é formada por átomos indivisíveis. Núcleos positivos, pequenos e densos. Carga negativa dispersa pelo átomo positivo. a) A = Dalton; B = Thomson; C = Rutherford. b) A = Dalton; B = Rutherford; C = Thomson. c) A = Thomson; B = Rutherford; C = Bohr. d) A = Rutherford; B = Thomson; C = Bohr. e) A = Thomson; B = Bohr; C = Rutherford. 10) São dadas as seguintes informações relativas aos átomos A, B e C. I) A possui o mesmo número de massa de B e mesmo número de nêutrons que C. II) B tem número atômico 56, número de massa 137 e é isótopo de C. III) O número de massa de C é 138. Qual o número atômico de A? 11) Dadas as espécies químicas : I = 48 Cd 112 II = 27 Co 60 III = 48 Cd 114 IV = 29 Cu 60 a) Quais representam átomos com igual número de massa? b) Quais representam átomos isótopos? c) Determine o número de nêutrons em cada espécie. d) Dê a configuração eletrônica para cada um dos átomos dos quatro elementos químicos. 12) (UNISA-SP) Em qual das sequências a seguir, estão representados um elemento, uma substância simples e uma substância composta, respectivamente? a) H 2, Cl 2, O 2 b) H 2, Ne, H 2 O c) N, HI, He d) H 2 O, O 2, H 2 e) Cl, N 2, HI. 13) Qual o número atômico de um átomo, sabendo que o subnível de maior energia da sua distribuição eletrônica no estado fundamental é 4p 2? 14) (EEP-SP) Um átomo que possui configuração 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 apresenta quantos elétrons na camada mais externa?

6 15) (UFOP-MG) Um átomo tem número de massa 30 e 16 nêutrons. Qual é o número de elétrons no seu subnível mais energético? 16) (UEL-PR) Um estudante apresentou a seguinte distribuição eletrônica para o átomo de bromo: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9 4s 2 4p 6. Houve incorreção no número de elétrons dos subníveis: a) 3d e 4p b) 3d e 4s c) 4s e 4p d) 3d e) 4p 17) (UNIP-SP) O átomo 3x+2 A 7x tem 38 nêutrons. O número de elétrons existente na camada de valência desse átomo é: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 18) Numa bancada de laboratório temos cinco frascos fechados com rolha comum que contém, separadamente, os líquidos seguintes: Frasco Substância Ponto de fusão Ponto de ebulição (ºC) (ºC) 1 Anilina Benzeno Etanol Pentano Ácido acético Num dia de muito calor, em determinado instante, ouve-se no laboratório, um estampido produzido pelo arremesso da rolha de um dos frascos para o teto. De qual dos frascos foi arremessada a rolha? 19) (IFSP) Separação de misturas é uma operação muito comum no setor de petróleo e combustíveis. Diversos métodos são aplicados para atender a essa necessidade. Sabendo-se que a água e o álcool são miscíveis e o óleo imiscível nestes e que o álcool tem o menor e o óleo o maior ponto de ebulição, o método adequado para separar essas três substâncias é: a) decantação e filtração. b) filtração e fusão fracionada. c) decantação e centrifugação. d) filtração simples e evaporação. e) decantação e destilação fracionada 20) O titânio (Z = 22) é muito utilizado atualmente, quando se deseja um material de difícil oxidação. Sobre esse elemento, são feitas as seguintes proposições: I) Possui 12 elétrons na camada M. II) Apresenta 4 camadas eletrônicas. III) Apresenta 8 elétrons no subnível s. IV) O seu subnível mais energético é o subnível 4s. São corretas: a) II, III e IV b) II e IV c) III e IV d) II e III e) todas Avaliação Diagnóstica Leia um trecho do texto Os elementos e a manutenção da vida e responda as questões abaixo: Para facilitar o estudo da constituição da Terra, os geólogos costumam dividi-la em três camadas: núcleo, manto e crosta terrestre. O núcleo é a camada mais profunda, e acredita-se ser formada por óxidos de níquel e ferro, provavelmente fundidos. O manto localiza-se entre o núcleo e a crosta. Supõe-se que seja formado pelos elementos químicos oxigênio (O), silício (Si) e alumínio (Al). A crosta terrestre é a camada mais externa, cuja profundidade é estimada em 40 km. Os 12 elementos que constituem 99,7% da crosta terrestre são (em ordem decrescente de abundância): O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, H, P e Mn. a) De acordo com o trecho, o núcleo da Terra é formado, majoritariamente, por óxido de ferro, cuja fórmula é Fe 2 O 3, e óxido de níquel, com fórmula NiO. Analisando as fórmulas, essas duas substâncias podem ser classificadas como simples ou compostas? Por que? b) Analisando a fórmula do óxido de ferro (Fe 2 O 3 ), quantos átomos e quantos elementos químicos estão envolvidos na formação dessa substância? c) De acordo com o texto, qual é o estado físico dos óxidos de ferro e níquel no núcleo da Terra? d) Sabendo que átomos de oxigênio, sódio e manganês possuem número atômico de 8, 11 e 25, respectivamente, dê a configuração eletrônica para os átomos de cada um desses três elementos. Identifique também qual é a camada de valência e o subnível mais energético para cada caso. Gabarito 1) a) Cl: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ; b) Al: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 ; c) Mo: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 4 ; d) Rb: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 1 ; e) In: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 1 ; f) U: 1s 2 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 6p 6 7s 2 5f 4 ; g) Si: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 ; h) Br: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5. 2) Z = 18. 3) camada de valência: N (4º nível), subnível mais energético 4d. 4) b). 5) cátion/ânion. 6) a) ânion, 35 prótons, 36 elétrons; b) ânion, 16 prótons, 18 elétrons; c) cátion, 38 prótons, 36 elétrons; d) cátion, 19 prótons, 18 elétrons; e) cátion, 24 prótons, 21 elétrons; f) ânion, 8 prótons, 10 elétrons. 7) c). 8) e). 9) b). 10) Z = ) a) nenhum b) I e III c) Cd = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 ; Co = 1s² 2s² 2p 6 3s² 3p 6 4s² 3d 7, Cu = 1s² 2s² 2p 6 3s² 3p 6 4s² 3d 9. 12) e). 13) Z = ) 7 elétrons. 15) 2 elétrons. 16) e). 17) d). 18) pentano. 19) e). 20) d)