QUÍMICA GERAL ATOMÍSTICA Professor: Ramon Lamar ESTRUTURA GERAL DO ÁTOMO NÚCLEO - Prótons: p + - Nêutrons: n o ELETROSFERA - Elétrons: e - o ) NÚMERO ATÔMICO Corresponde ao número total de prótons presente no núcleo do átomo. Tem um valor característico para cada tipo de elemento e é representado pela letra Z. Carbono: Z = 6 Enxofre: Z = 6 Urânio: Z = 92 2) NÚMERO DE MASSA Corresponde ao número total de partículas que possuem massa (prótons e nêutrons) em um átomo. É representado pela letra A. número de massa A = Z + N número de prótons ATENÇÃO: N = A - Z número de nêutrons 3) CARGA ATÔMICA E CARGA IÔNICA Em um átomo, o número de prótons é igual ao número de elétrons, sendo assim o átomo é neutro. Se as quantidades de prótons e elétrons não forem iguais o átomo apresentará uma carga resultante positiva ou negativa, neste caso é chamado de íon. Cátion: íon positivo Exemplo: Na + Ânion: íon negativo Exemplo: Cl - 3) CARGA ATÔMICA E CARGA IÔNICA ATENÇÃO: CARGA NUCLEAR É A CARGA DO NÚCLEO = +Z ÁTOMO NEUTRO: 3 PRÓTONS E 3 ELÉTRONS = 0
3) CARGA ATÔMICA E CARGA IÔNICA ÂNION: 3 PRÓTONS E 4 ELÉTRONS = - 3) CARGA ATÔMICA E CARGA IÔNICA 4) SÍMBOLOS ATÔMICOS CÁTION: 3 PRÓTONS E 2 ELÉTRONS = + A Z X carga atômica (ou iônica) 4) SÍMBOLOS ATÔMICOS H 23 Na 32 2- S 6 átomo de hidrogênio átomo de sódio sulfeto ou íon enxofre ESPÉCIE prótons elétrons nêutrons 56 26 Fe 26 26 30 40 2+ 20 Ca 20 8 20 3 3-5 P 5 8 6 H 2 O - HCO 3 0 0 8 3 32 30 5) ISÓTOPOS: São átomos do mesmo elemento (mesmo Z) que diferem pelo número de massa (A diferente). EXEMPLOS: 2 3 H H H 6 C 2 3 4 6 C 6 C 6 C 2
IMPORTÂNCIA DOS ISÓTOPOS 2 D Presente na água pesada 4 C Datação de materiais 6 235 92 U Reatores nucleares 6) MASSA ATÔMICA: É a Média Aritmética nderada dos números de massa dos diversos isótopos de um elemento. EXEMPLO: O magnésio existe na natureza na forma de dois isótopos: 24 Mg = 70% dos átomos de magnésio 25 Mg = 30% dos átomos de magnésio 6) MASSA ATÔMICA: 24 24 24 24 24 24 24 25 25 25 0 (24 x 70) + (25 x 30) MA = 00 = 24,3 u = 24,3 u MODELOS ATÔMICOS 0. Gregos (Demócrito e Leucipo) "A matéria é formada de pequenas partículas indivisíveis denominadas átomos." (a = não + tomo = parte) Leucipo Demócrito 02. Rutherford O modelo de Rutherford é baseado na interpretação do experimento onde partículas alfa ( 4 2+ ) bombardeiam uma fina folha de ouro. 0 + + 0 partícula O experimento foi idealizado e feito inicialmente por Geiger e Marsden, porém a sua interpretação coube a Rutherford. 3
Au Au O polônio é um emissor de partículas alfa, indicadas pela fluorescência do. O átomo deve ser maciço. Como as partículas alfa atravessam uma fina folha de ouro, devem fazê-lo sem sofrer grandes desvios. Estranhamente aparecem alguns pontos de fluorescência em outras regiões do anteparo. Au Au Au + rtanto, algumas partículas alfa estão desviando e até mesmo ricocheteando na folha de ouro. Esse não é um comportamento esperado para a matéria constituída de átomos maciços. Então o átomo não deve ser maciço. + 4
02. Rutherford "Toda massa e carga positiva do átomo se concentram em uma região central muito pequena denominada núcleo. "Em torno do núcleo giram partículas negativas em alta velocidade (os elétrons). "A maior parte do volume do átomo é constituída de espaço vazio." 03. Niels Böhr Böhr concentrou seus estudos na emissão de energia pelos átomos. Analisando os espectros luminosos emitidos pelo gás hidrogênio obteve o espectro descontínuo que foi analisado utilizando a Teoria da Quantização de Energia de Max Planck. FONTE DE LUZ EXPERIMENTO DE BÖHR ESPECTRO PRISMA FENDA Böhr Planck H ESPECTROS DESCONTÍNUOS H 6563 H 486 H 4340 H 40 7000 6000 5000 4000 03. Niels Böhr "Os elétrons não possuem todos a mesma energia. "Conforme a energia que possuem eles estão distribuídos em níveis em torno do núcleo. "Os elétrons só emitem energia quando passam de níveis mais energéticos (externos) para níveis menos energéticos (internos)." + K L M N O P Q ENERGIA (CALOR, LUZ...) ENERGIA CRESCENTE Hg 6234 652 5790 5770 546 4358 4078 4047 + 7000 6000 5000 4000 LUZ 5
03. Niels Böhr 03. Niels Böhr "Os elétrons não possuem todos a mesma energia. "Conforme a energia que possuem eles estão distribuídos em níveis em torno do núcleo. "Os elétrons só emitem energia quando passam de níveis mais energéticos (externos) para níveis menos energéticos (internos)." "Os elétrons descrevem órbitas circulares e concêntricas." 04. Mecânica Quântica ou Ondulatória "Os elétrons não descrevem órbitas, e sim orbitais. Orbital é a região do espaço onde é mais provável encontrar um elétron." EXPLICAÇÃO PARA A EMISSÃO DE ENERGIA ÓRBITAS # ORBITAIS ESTRUTURA DA ELETROSFERA As observações de Böhr a respeito do espectro descontínuo do Hidrogênio, levaram à conclusão da existência dos níveis de energia. Sete níveis são suficientes para explicar a estrutura da eletrosfera de todos os elementos conhecidos. Cada nível (camada) suporta um máximo de elétrons conforme o quadro abaixo: + NÚCLEO K L M N O P Q ENERGIA CRESCENTE steriormente, Sommerfeld observa que as raias espectrais não são únicas, mas sim subdivididas em raias menores ainda, indicando a possibilidade de transição eletrônica não só entre os níveis, mas também entre regiões dos níveis (subníveis s, p, d e f ). Böhr 93 (transições entre níveis) Sommerfeld 96 (transições entre subníveis) 6
Cada subnível, por sua vez seria dividido em orbitais cuja forma era definida pela função de onda dos elétrons. Subnível s orbital s Subnível p 3 orbitais p Subnível d 5 orbitais d Subnível f 7 orbitais f O orbital s é o de forma mais simples, sendo esférico. Os outros orbitais possuem forma mais complexa. Cada orbital p possui a forma de halteres. São três orbitais p no espaço, dispostos sobre os eixos x, y e z. y z x Cada orbital, independente do seu tipo, comporta no máximo 2 elétrons. Os elétrons giram em torno do próprio eixo, em sentidos contrários. SPIN = sentido de rotação horário anti-horário Considerando tudo isso, cada nível tem determinados tipos de subníveis, conforme sua capacidade de comportar elétrons. Usamos a representação s 2, p 6, d 0 e f 4 para indicar as capacidades máximas de cada subnível. A investigação do valor da energia de cada subnível reservou mais uma surpresa: não havia uma obediência exata à ordem de energia dos níveis. Linus Pauling construiu um diagrama que facilita a visualização dessa ordem de energia: DIAGRAMA DE ENERGIA DOS SUBNÍVEIS, DE LINUS PAULING Energia 7
m Faça a distribuição eletrônica por subníveis e níveis para as seguintes espécies: Na 6 S2-28 Ni3+ 8
LOCALIZAÇÃO DOS ELEMENTOS NAS COLUNAS ALTAS DA TABELA PERIÓDICA 2 NÚMERO DE ELÉTRONS NO ÚLTIMO NÍVEL LOCALIZAÇÃO DOS ELEMENTOS NAS COLUNAS ALTAS DA TABELA PERIÓDICA VALÊNCIA É o poder de combinação de um átomo. Existem 4 maneiras fundamentais de se determinar a valência de um elemento: ) Regra do octeto 2) Regra do dueto 3) Método comparativo algébrico 4) Casos especiais Cada maneira é usada conforme o tipo átomo em estudo ou a informação disponível. REGRA DO OCTETO: Valência é o número de elétrons que um átomo perde ou ganha para atingir a estabilidade. Em geral a estabilidade é alcançada com 8 elétrons no último nível (nível de valência). Em átomos pequenos a estabilidade pode se dar com 2 elétrons no último nível. 6 S 3 Al 0 Ne 3 Li 4 Si apenas para elementos de colunas altas (A) Use a regra do octeto da tabela periódica. REGRA DO DUETO: Valência é o número de elétrons desemparelhados que um átomo possui em seu nível de valência. Elétrons podem ser excitados e promovidos para subníveis mais energéticos dentro do nível de valência, obtendo-se assim outras valências. 8 O 7 Cl 6 C Use a regra do dueto apenas para ametais. MÉTODO COMPARATIVO ALGÉBRICO: A valência com que um elemento se apresenta em um composto é calculada descobrindo-se seu número de oxidação. Para tanto, precisamos conhecer alguns números de oxidação: H = + O = -2 Coluna I A: + Coluna II A: +2 Alumínio: +3 Determine a valência do fósforo nas espécies: H 4 P 2 O 7 CaHPO 3 HPO 4 2-9
CASOS ESPECIAIS: Algumas valências, especialmente de metais de transição, devem ser memorizadas. DECANTAÇÃO COLETOR GRAVITACIONAL DECANTAÇÃO E FILTRAÇÃO TRATAMENTO DE ÁGUA CROMATOGRAFIA DA GASOLINA CROMATOGRAFIA DA GASOLINA ELETROFORESE FRAGMENTOS LEVES FRAGMENTOS PESADOS DNA FINGERPRINT (impressão digital do DNA) vítima sêmen Suspeito Suspeito 2 Suspeito 3 condutor gel 0
DNA FINGERPRINT (impressão digital do DNA) Mãe Filho Pai Pai 2