UNIDADE I Isótopos: São átomos do mesmo elemento que diferem no nº de neutrões. Espectro Eletromagnético: é o conjunto das radiações eletromagnéticas. Constituição do Espetro Eletromagnético: Ondas de Rádio/Micro-Ondas/Infravermelho/Visível/Ultravioleta/RaiosX/Raios Gama A espectroscopia Fotoelectrónica permitiu concluir que a energia de um átomo está quantizada. Se a energia absorvida por um átomo for superior à energia de ionização, então esse excesso de energia fica associado ao eletrão extraído, sob a forma de energia cinética. As moléculas não apresentam espectros de riscas, como os átomos, mas sim espectros de bandas. Se uma radiação, na gama do visível, incidir numa substância e esta não permitir uma transição eletrónica, por não corresponder à diferença energética entre dois níveis, ela é refletida ou transmitida. A cor de uma substância resulta da absorção seletiva das radiações, na gama do visível. Quando as três cores complementares se sobrepõem originam o preto. O preto corresponde à ausência de cor. O filamento de uma lâmpada normal emite uma luz branca, porque o seu espectro é constituído por toda a gama de comprimento de onda que constituem a luz visível espectro contínuo. Os átomos de sódio, por sua vez, emitem energia quando passam de um estado excitado para o estado fundamental. A energia por eles emitida tem comprimento de onda correspondente à luz amarela espectro descontínuo. Enquanto que nos objetos opacos as radiações que não são absorvidas são fundamentalmente refletidas ou difundidas, nas soluções são transmitidas. Por exemplo, uma solução azul, quando é iluminada com luz branca, transmite essencialmente a luz azul. Para um dado comprimento de onda, quanto menor for a intensidade da luz transmitida, maior é a absorvância. A espectroscopia do IV é também um instrumento importante a nível molecular na deteção de grupos característicos de certas substâncias e na determinação da estrutura das moléculas. Eletrões com a mesma energia de remoção encontram-se no mesmo subnível. Para remover um eletrão de um átomo ou de uma molécula faz-se incidir uma radiação, cuja energia do fotão incidente é dada por EF = h ν. Se a frequência dessa radiação for superior à frequência limiar (ν0) então o eletrão sairá com uma certa EC.
Só haverá efeito fotoelétrico se a frequência da radiação incidente for superior à frequência limiar, isto é, radiação incidente > o. E radiação incidente = E remoção + E cinética Igual à E de ligação do e - ao metal de onde é removido Só depende da energia da radiação incidente De dois feixes de luz de igual frequência (superior à limiar) e de diferentes intensidades, o feixe de maior intensidade provocará uma emissão de um maior nº de eletrões. Foi com base no estudo do efeito fotoelétrico que Einstein concebeu a teoria fotónica da luz a qual se comporta quer como onda, quer como partícula. A Energia de Ionização é a energia mínima que é necessário fornecer a um átomo isolado no estado gasoso e no estado fundamental para lhe remover um eletrão (E remoção). No efeito fotoelétrico, os eletrões mais fortemente atraídos num átomo ou numa molécula são ejetados com menor velocidade por uma mesma radiação incidente. Enquanto que a espectroscopia fotoelectrónica permite determinar a energia dos eletrões em átomos e em moléculas, a difração, é uma técnica experimental que permite mostrar a distribuição espacial dos eletrões dos átomos, destes em moléculas e metais, possibilitando o conhecimento dos ângulos de ligação e dos comprimentos de ligação. Difração de raios X (sólidos), difração de eletrões (gasosos). Existe uma nuvem eletrónica à volta do núcleo de um átomo. As zonas de maior densidade correspondem a uma maior probabilidade de encontrar os eletrões. As curvas de isoprobabilidade correspondem aos lugares geométricos dos pontos do espaço em que a probabilidade de encontrar os eletrões é a mesma. Verifica-se que a probabilidade de encontrar um eletrão vai diminuindo à medida que há um afastamento do núcleo, até que se anula a uma distância infinita. A distribuição espacial dos eletrões pode ser feita por representação em nuvem, representação gráfica, e por curvas de isoprobabilidade eletrónica. A energia de um eletrão num átomo é sempre a soma da sua energia cinética e da sua energia potencial. A primeira é positiva e a segunda é sempre negativa. Como o valor absoluto da energia potencia é superior ao da energia cinética então a energia do eletrão em qualquer nível de energia é sempre negativa. A energia de um eletrão a uma distancia infinita do núcleo é igual a zero. A Reatividade dos elementos do grupo1 da TP aumenta com o Raio Atómico. Um elemento do grupo1 é tanto mais reativo quanto menor for o valor da energia necessária para lhe remover o eletrão mais externo. Como ao longo do grupo da TP o raio atómico aumenta, uma vez que o nº de camadas aumenta, o eletrão de valência vai ficando cada vez mais afastado do núcleo e, portanto, menos sujeito a forças atrativas, o que faz com que seja preciso fornecer cada vez menos energia para o remover.
Questão1: O Rubídio é um metal alcalino que deve o seu nome à cor vermelha que produz quando é queimado a uma chama. Relacione o tipo de espectro assim obtido com as transições eletrónicas ocorridas. Resposta: A radiação absorvida pelos átomos de rubídio, quando aquecidos a uma chama, provoca uma transição eletrónica para um nível de energia superior ficando o átomo num estado excitado. Como este estado é instável, vai haver uma transição eletrónica para um nível de energia inferior, com emissão de uma radiação (vermelha) cuja energia corresponde à diferença de energia entre os dois níveis. O espectro obtido é um espectro de emissão descontínuo ou de riscas, porque é um espectro atómico constituído apenas por radiações de determinadas frequências. Questão2: O césio é muito utilizado em células fotoelétricas em virtude de ser relativamente fácil arrancar o eletrão de valência, fazendo incidir radiação visível. Em relação a este facto, justifique a conclusão que pode tirar sobre o valor da energia de ionização deste elemento. Relacione o valor da energia de ionização e o tamanho do átomo de césio com os correspondentes dos metais alcalinos de número atómico mais baixo, justificando. Resposta: A energia de ionização é a energia mínima necessária para remover um eletrão, no estado fundamental, de um átomo no estado gasoso. Ora, se é relativamente fácil arrancar o eletrão de valência a um átomo de césio, fazendo incidir uma radiação visível, é porque a sua energia de ionização é relativamente baixa. Quanto à segunda parte da pergunta, sabemos que a energia de ionização depende do tamanho do átomo. Em geral, ao longo do grupo, o fator determinante é o aumento do nº de camadas. Quanto maior for um átomo, maior será a distância média dos eletrões de valência ao núcleo e, portanto, menor serão as forças atrativas, sendo os eletrões mais facilmente removidos e, consequentemente, a energia de ionização será menor. É também importante referir que, ao longo do grupo, aumenta o efeito de blindagem por parte dos eletrões mais internos, o que compensa o efeito do aumento da carga nuclear. Como o césio tem maior raio atómico que os metais alcalinos de nº atómico mais baixo, vai então ter uma energia de ionização menor. Questão3: Na figura da esquerda, está representado um diagrama de níveis de energia do átomo de hidrogénio. Na figura da direita está representado parte do espectro de emissão do átomo de hidrogénio, na região do visível. Calcule, para a transição eletrónica que origina a risca assinalada pela letra R na da direita, a energia do nível em que o eletrão se encontrava inicialmente. Apresente todas as etapas de resolução.
Resposta: Este exercício tem duas etapas: 1ª Etapa - Calculo da variação de energia correspondente à transição eletrónica entre o nível n=5 e o nível n=2. ( E5 2) Nível n=2 porque me dizem que o espetro corresponde às riscas da zona do visível; n=5 porque ao observar o espetro vemos que a risca R é a terceira (a contar da esquerda) no espetro de emissão apresentado logo a primeira corresponde a uma transição do nível 3 para 2, a segunda a uma transição do nível 4 para 2 e a terceira a uma transição do nível 5 para 2 que é a risca R. De acordo com o espetro apresentado a sua energia é um pouco mais que 4,50 x 10-19, mas quanto mais? como calcular esse valor? Se imprimirem o teste intermédio e medirem esse bocadinho veem que é 0,5 cm. Se medirem a distância entre cada traço da escala com uma régua veem que mede 3,0 cm. Por outro lado veem que 0,5 x 10-19 J correspondem a 3,0 cm. Fazendo uma regra de três simples ficam a saber que 0,5 cm equivale a 8,33 x 10-21 J. Somando esse valor a 4,50 x 10-19 J obtém o valor de E correspondente à risca R. 1ªEtapa 0.5 x 10-19 J ----------- 3,1 cm Ex ------------ 0,5 cm Ex = 8,06 x 10-21 J ( E5 2) = 4,50 x 10-19 + 8,06 x 10-21 = 4,58 x 10-19 J 2ª etapa ( E5 2) = E5 - E2 4,58 x 10-19 J = E5 - (-5,45 x 10-19 ) E5 = -8,7 x 10-20 J Questão4: A tabela seguinte apresenta os valores da primeira energia de ionização dos elementos flúor, cloro, bromo e iodo. Interprete a variação encontrada nos valores da primeira energia de ionização dos diferentes halogéneos considerados, atendendo aos valores da tabela. Resposta: Observamos que na tabela apresentada a energia de ionização está a diminuir à mediada que o raio atómico aumenta. De facto, à medida que caminhamos, de cima para baixo, ao longo de qualquer grupo na tabela periódica as energias de ionização diminuem à medida que os seus raios atómicos vão aumentando. Isso acontece porque apesar dos átomos terem o mesmo número de eletrões de valência (neste caso sete) no átomo com
maior raio atómico os eletrões de valência estão mais afastados do núcleo logo menos atraídos por ele o que implica que seja mais fácil arrancar um eletrão de valência a esse átomo logo é necessária menos energia para o arrancar da ação do núcleo. Questão5: O dióxido de enxofre, SO 2, conhecido por ser um gás poluente, tem uma faceta mais simpática e, certamente, menos conhecida: é usado na indústria alimentar, sob a designação de E220, como conservante de frutos e de vegetais, uma vez que preserva a cor natural destes. O dióxido de enxofre é um composto cujas unidades estruturais são constituídas por átomos de enxofre, S, e de oxigénio, O. Relativamente a estes átomos e tendo em conta a posição relativa dos respetivos elementos na Tabela Periódica, selecione a afirmação correta. X.1 X.2 X.3 X.4 O conjunto de números quânticos (2, 1, 0, ½) pode caracterizar um dos eletrões de valência de qualquer dos átomos, no estado de energia mínima. Os eletrões de valência de ambos os átomos, no estado de energia mínima, distribuem-se pelo mesmo número de orbitais. Os eletrões de valência de qualquer dos átomos, no estado de energia mínima, distribuem-se por orbitais com = 1 e com = 2. As configurações eletrónicas de ambos os átomos, no estado de energia mínima, diferem no número de eletrões de valência. Questão6: O gás natural é o combustível fóssil de maior conteúdo energético. É constituído, essencialmente, por metano, CH4, um hidrocarboneto muito volátil, inflamável e inodoro. Um composto derivado do metano, mas com características bem diferentes, é o diclorometano, CH2C 2, que é um solvente orgânico volátil, não inflamável e de cheiro agradável. O diclorometano é um composto cuja unidade estrutural é constituída por átomos de carbono, de cloro e de hidrogénio. Selecione a afirmação CORRECTA. X.1 X.2 X.3 X.4 A configuração eletrónica do átomo de carbono, no estado de energia mínima, é 1s 2 2s 2 3s 2. Os eletrões do átomo de cloro, no estado de energia mínima, estão distribuídos por três orbitais. A configuração eletrónica 1s 2 2s 2 2p 1 3s 1 pode corresponder ao átomo de carbono. (excitado) O conjunto de números quânticos (3, 0, 1, 1/2) pode caracterizar um dos eletrões mais energéticos do átomo de cloro, no estado de energia mínima. Questão7: A determinação experimental de algumas propriedades físicas permite identificar substâncias e avaliar o seu grau de pureza. Com o objetivo de identificar a substância constituinte de um cubo maciço e homogéneo, um grupo de alunos fez:
três medições da massa,, do cubo, usando uma balança digital; três medições do comprimento,, da aresta do cubo, usando uma craveira. Os alunos registaram numa tabela (tabela 1) os valores de massa medidos com a balança. A partir das três medições do comprimento da aresta do cubo, os alunos concluíram que o valor mais provável desse comprimento é = 1,40 cm. Tendo em conta a experiência realizada pelos alunos, selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respetivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. Os alunos fizeram uma determinação (a) da massa do cubo e uma determinação (b) do seu volume. X.1... direta... direta... X.2... direta... indireta... X.3... indireta... direta... X.4... indireta... indireta...