Semana 2 Allan Rodrigues Xandão (Renan Micha) Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados.
CRONOGRAMA 06/02 Aspectos Macroscópicos: Propriedades da matéria, substância, mistura e sistema 15:00 Aspectos Macroscópicos: Estados físicos da matéria e gráfcos de mudança de fase 19:15 07/02 Aspectos Macroscópicos: Métodos de separação de mistura heterogêneas 13:30 13/02 Métodos de separação de mistura heterogêneas Evolução dos modelos atômicos 15:00 19:15 14/02 Atomística: Estrutura atômica, número de massa, átomos e íons, relação entre átomos 13:30
20/02 Distribuição eletrônica Classificação periódica dos elementos 15:00 19:15 21/02 Propriedades periódicas e aperiódicas 13:30
Evolução dos modelos atômicos 13 fev De Demócrito a Sommerfield, noções de incerteza e particula onda 01. Resumo 02. Exercícios para aula 03. Exercícios para casa 04. Questão contexto 05. Gabarito
RESUMO Atomística = estudo do átomo A ideia de átomo que temos hoje é uma evolução de uma série de modelos anteriores. Cada um acrescentou um pouco aos conceitos. téria em um modelo de átomo neutro, indivisível e maciço (incompleto) Modelo de Dalton ficou conhecido como bola de bilhar. A ideia da constituição da matéria iniciou antes de cristo. A humanidade sempre buscou entender a matéria. Escola Atomista surge na antiguidade, com Leucipo e Demócrito. O último afirma: Não existe nada além de átomo e espaço vazio. Átomo = indivisível, pedaço indivisível de qualquer material se cortado múltiplas vezes até tal pedaço Thomson (segundo modelo) Vem para explicar a natureza elétrica da matéria Experiência com tubo de Crookes (ou ampola de crookes) História do átomo por seus principais pensadores: Filósofos, Dalton, Thomson, Goldstein, Rutherford, Chadwick, Bohr, Sommerfeld. Como cada ideia veio a suprir demandas das ideias anteriores? Ideia inicial, na antiguidade, não teve base científica e não foi considerada um modelo atômico Dalton (primeiro modelo) Ampola de vidro com dois eletrodos ligados a uma bateria com pólos negativo (cátodo) e positivo (ânodo); fez-se vácuo, inseriu H2 na ampola e observou o surgimento de raios catódicos; tentou entender os raios adicionando um anteparo e notou sombra exatamente paralela ao objeto; conclusão: raios caminhavam retilineamente; segundo experimento: inseriu algo semelhante a um cata-vento; cata-vento girava: algo, nos raios, apresentava massa; aplicou, por duas barras (uma + e outra -), ddp e observou desvio da trajetória dos raios com inclinação para o lado positivo. 102 Postulados a partir de experimentos Conclusões sobre os raios: Todo material é formado por pequenas partículas chamadas átomos, considerados indivisíveis (propõe com base em dados experimentais) Esfera maciça, indivisível, indestrutível, eletricamente neutra, totalmente robusta Quantidade pequena de átomos de elementos diferentes. Átomos do mesmo elemento possui massa, tamanho e propriedades iguais. Elementos diferentes, propriedades, massa e tamanho diferentes (surge ideia dos elementos) Átomo composto (conceito de molécula que conhecemos). Constituem as matérias em proporções de números inteiros e pequenos (1:1; 2:2; 1:3) Para transformar uma matéria em outra há rearranjo (reorganização) de átomos 1) trajetória retilínea 2) possuem massa 3) carga negativa 4) propõe razão massa-carga Thomson é o pai do elétron: Descobriu o elétrons (raios catódicos) Modelo: Fluido positivo (com carga +) com elétrons incrustados. Semelhante a um pudim de passas, onde a massa tinha cargas positivas e as passas eram os elétrons. Goldstein Problemas - Ideia de átomo composto (pela lei ponderal de gay- -lussac) - Não sabia-se explicar os efeitos elétricos da ma- Usou mesmo experimento de Thomson e descobriu que eletrodo tinha buracos e que alguma partícula voltava no sentido contrário dos elétrons e fazia feridas no eletrodo. Chamou de prótons.
Estimulou Rutherford a provar que Thomson estava certo. Surge experimento de Rutherford. Rutherford (terceiro modelo atômico) Inseriu o elemento Po, sabidamente radioativo na época, em uma caixinha de Pb. Partículas alfa, provenientes do polônio, bombardeavam uma lâmina fina de ouro que era cercada por uma tela reveladora. Caso Thomson estivesse certo, nada passaria pela lâmina de ouro, já que o átomo era contínuo e não tinha espaço vazio. Nada, em teoria, deveria ser revelado na lâmina de sulfeto de zinco. Bohr ou Rutherford-Bohr (quarto modelo) Insatisfações com o modelo anterior: Elétrons iriam colidir com o núcleo, teriam que ter certa quantidade de energia própria (quantum de energia) em suas órbitas para que isso não aconteça. As órbitas apresentariam quantidade de energia definidas e elétrons com aquela energia ocuparia tal espaço. Camadas com letras identificariam a camada e sua distância ao núcleo: K, L, M, N, O, P, Q. Quanto mais externa for o nível, maior será sua energia. Resultados: Houve impressão na lâmina em posições que mostravam percursos diferentes das partículas (caminhos sem e com desvios de trajetória das partículas alfa). Matéria não era descontínua, havia grandes espaços vazios (partículas passavam sem desvios) e algo, positivamente carregado, que mudava a trajetória das partículas. Conclusão de Rutherford: Átomo é grande vazio com algumas regiões de carga positiva (núcleo) e a eletrosfera (com elétrons). Descobriu razão entre núcleo e eletrosfera: 10 mil a 100000 vezes maior que o núcleo. Proporção próxima a de uma bola de tênis e o estádio do Maracanã. Seu modelo ficou conhecido como Sistema Planetário. Núcleo seria o sol e os elétrons, os planetas. Se elétron ganha energia, ele absorve-a e salta para uma camada mais externa que comporta seu novo nível de energia. O estado novo é instável e a tendência é que o elétron volte ao nível anterior. Retorno acontece com emissão de energia na forma de fóton (luz). Essa transição dos elétrons explica fenômenos como os dos fogos de artifício e a cor gerada por alguns elementos ao serem expostos a uma chama. Sommerfeld Último modelo do ensino médio Trajetórias elípticas dos elétrons Cada camada é dividida em subníveis ou subcamadas Um núcleo com elétrons girando em trajetória elíptica 103 Chadwick Questionamento do modelo de Rutherford: Como poderia haver estabilidade do átomo se cargas positivas ficavam juntas no núcleo? Incompatível com conceitos de eletricidade da época. Deve ter algo entre os prótons que estabilizam o núcleo, separando as cargas positivas, que teria carga neutra. Surge a ideia do nêutron. Tabela das partículas O átomo hoje Duas regiões importantes: Núcleo: espaço onde temos prótons e nêutrons. Densa e contendo toda a massa do átomo Eletrosfera: espaço com elétrons. Gera o tamanho do átomo. Como identificar um átomo: por um número chamado número atômico (que identifica o número de prótons de um átomo), o RG do átomo. Carga no núcleo, associada ao Z, determina boa parte do comportamento do átomo.
Partículas onda Partículas de dimensões atômicas tem propriedades duais, ora se comportam como partícula (ao colidirem com anteparos, por exemplo), ora como onda (ao se propagarem, exemplo). O elétron tem esse comportamento. EXERCÍCIOS PARA AULA! 1. O conhecimento sobre estrutura atômica evoluiu à medida que determinados fatos experimentais eram observados, gerando a necessidade de proposição de modelos atômicos com características que os explicassem. Fatos Observados Características do Modelo Atômico I. Investigações sobre a natureza elétrica da matéria e descargas elétricas em tubos de gases rarefeitos. II. Determinação das Leis Ponderais das Combinações Químicas III. Análise dos espectros atômicos (emissão de luz com cores características para cada elemento) IV. Estudos sobre radioatividades e dispersão de partículas alfa 1. Átomos maciços, indivisíveis e indestrutíveis 2. Atómos com núcleo denso e positivo, rodeado pelos elétrons negativos. 3. Átomos como uma esfera positiva onde estão distribuídas, uniformemente, as partículas negativas. 4. Átomos com elétrons movimentando-se ao redor do núcleo em trajetórias circulares - denominadas níveis - com valor determinado de energia 104 A associação correta entre o fato observado e o modelo atômico proposto, a partir deste subsídio, é: a) I 3; II 1; III 2; IV 4 b) I 1; II 2; III 4; IV 3 c) I 3; II 1; III 4; IV 2 d) I 4; II 2; III 1; IV 3 e) I 1; II 3; III 4; IV 2
2. Leia o poema apresentado a seguir. Pudim de passas Campo de futebol Bolinhas se chocando Os planetas do sistema solar A tomos A s vezes Sa o essas coisas Em qui mica escolar LEAL, Murilo Cruz. Soneto de hidrogênio. São João del Rei: Editora UFSJ, 2011. O poema faz parte de um livro publicado em homenagem ao Ano Internacional da Química. A composição metafórica presente nesse poema remete a) aos modelos atômicos propostos por Thomson, Dalton e Rutherford. b) às teorias explicativas para as leis ponderais de Dalton, Proust e Lavoisier. c) aos aspectos dos conteúdos de cinética química no contexto escolar. d) às relações de comparação entre núcleo/eletrosfera e bolinha/campo de futebol. e) às diferentes dimensões representacionais do sistema solar. 3. Observe o trecho da história em quadrinhos a seguir, no qual há a representação de um modelo atômico para o hidrogênio. 105 WATCHMEN. São Paulo: Abril, n.2, dez. 1988 Qual o modelo atômico escolhido pelo personagem no último quadrinho? Explique-o.
4. ) Na investigação forense, utiliza-se luminol, uma substância que reage com o ferro presente na hemoglobina do sangue, produzindo luz que permite visualizar locais contaminados com pequenas quantidades de sangue, mesmo superfícies lavadas. É proposto que, na reação do luminol (I) em meio alcalino, na presença de peróxido de hidrogênio (II) e de um metal de transição (M(n)+, que após uma relaxação, dá origem ao produto final da reação (IV), que é o 3-aminoftalato com liberação de energia (hν) e de gás nitrogênio (N2). (Adaptado. Química Nova, 25, no 6, 2002. pp. 1003-10) Dados - Pesos Moleculares Luminol = 177g/mol 3-aminoftalato = 164g/mol E proposto que, na reac a o do luminol (I) em meio alcalino, na presenc a de pero xido de hidroge nio (II) e de um metal de transic a o (M(n)+), forma-se o composto 3-aminoftalato (III) que sofre uma relaxac a o dando origem ao produto final da reac a o (IV), com liberac a o de energia (hv) e de ga s nitroge nio (N2). (Adaptado. Química Nova, 25, no. 6, 2002. pp. 1003-10) Na reação do luminol, está ocorrendo o fenômeno de 106 a) fluorescência, quando espécies excitadas por absorção de uma radiação eletromagnética relaxam liberando luz. b) incandescência, um processo físico de emissão de luz que transforma energia elétrica em energia luminosa. c) quimiluminescência, uma reação química que ocorre com liberação de energia eletromagnética na forma de luz. d) fosforescência, em que átomos excitados pela radiação visível sofrem decaimento, emitindo fótons. e) fusão nuclear a frio, através de reação química de hidrólise com liberação de energia.
5. ) Em 1909, Rutherford e colaboradores reportaram, como resultados de experimentos em que um fluxo de partículas α foi direcionado para uma folha de ouro metálico muito fina, o fato de a grande maioria das partículas passar pela folha sem mudança de direção e uma pequena quantidade sofrer desvios muito grandes. Responda: a) O que é uma particula? b) Por que a maioria das partículas passaram direto pela folha metálica? c) Por que uma pequena quantidade de partículas sofreu desvios muito grandes? 6. O Sódio e seus compostos, em de- terminadas condições, emitem uma luz amarela característica. Explique este fenômeno em termos de elétrons e níveis de energia 7. Ao resumir as características de cada um dos sucessivos modelos do átomo de hidrogênio, um estudante elaborou o seguinte resumo: Modelo Atômico: Dalton Características: Átomos maciços e indivisíveis. Modelo Atômico: Thomson Características: elétron, de carga negativa, incrustado em uma esfera de carga positiva. A carga positiva está distribuída, homogeneamente, por toda a esfera. Modelo Atômico: Rutherford Características: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Não há restrição quanto aos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron. Modelo Atômico: Bohr Características: elétron, de carga negativa, em órbita em torno de um núcleo central, de carga positiva. Apenas certos valores dos raios das órbitas e das energias do elétron são possíveis. 107 O número de erros cometidos pelo estudante é: a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4
EXERCÍCIOS PARA CASA! 1. Fogos de artifício utilizam sais de diferentes íons metálicos misturados com um material explosivo. Quando incendiados, emitem diferentes colorações. Por exemplo: sais de sódio emitem cor amarela, de bário, cor verde, e de cobre, cor azul. Essas cores são produzidas quando os elétrons excitados dos íons metálicos retornam para níveis de menor energia. O modelo atômico mais adequado para explicar esse fenômeno é o modelo de: a) Rutherford. b) Rutherford-Bohr. c) Thomson. d) Dalton. e) Millikan. 2. No fim do século XIX, o físico neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) foi convencido por J. J. Thomson a trabalhar com o fenômeno então recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos de urânio, polônio e rádio. Aos 26 anos de idade, Rutherford fez sua maior descoberta. Estudando a emissão de radiação de urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é rapidamente absorvida, que denominamos radiação alfa, e uma com maior poder de penetração, que denominamos radiação beta. 108 Sobre a descoberta de Rutherford podemos afirmar ainda: I. A radiação alfa é atraída pelo polo negativo de um campo elétrico. II. O baixo poder de penetração das radiações alfa decorre de sua elevada massa. III. A radiação beta é constituída por partículas positivas, pois se desviam para o polo negativo do campo elétrico. IV. As partículas alfa são iguais a átomos de hélio que perderam os elétrons. Está(ão) correta(s) a(s) afirmação(ões): a) I, apenas b) I e II c) III, apenas d) I, II e IV e) II e IV
3. Na experiência de espalhamento de partículas alfa, conhecida como experiência de Rutherford, um feixe de partículas alfa foi dirigido contra uma lâmina finíssima de ouro, e os experimentadores (Geiger e Marsden) observaram que um grande número dessas partículas atravessava a lâmina sem sofrer desvios, mas que um pequeno número sofria desvios muito acentuados. Esse resultado levou Rutherford a modificar o modelo atômico de Thomson, propondo a existência de um núcleo de carga positiva, de tamanho reduzido e com, praticamente, toda a massa do átomo. Assinale a alternativa que apresenta o resultado que era previsto para o experimento de acordo com o modelo de Thomson. a) A maioria da partículas atravessaria a lâmina b) A maioria das partículas sofreria grandes desvios ao atravessar a lâmina. c) A totalidade das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer nenhum desvio. d) A totalidade das partículas ricochetearia ao se chocar contra a lâmina de ouro, sem conseguir atravessá-la. 4. De acordo com o modelo atômico de Bohr, elétrons giram ao redor do núcleo em órbitas específicas, tais como os planetas giram em órbitas específicas ao redor do Sol. Diferentemente dos planetas, os elétrons saltam de uma órbita específica para outra, ganhando ou perdendo energia. Qual das afirmações abaixo está em discordância com o modelo proposto por Bohr? a) Ao saltar de uma órbita mais próxima do núcleo, para outra mais afastada, o elétron absorve energia. b) Ao saltar de uma órbita mais afastada do núcleo para outra mais próxima, o elétron emite energia. c) Dentro de uma mesma órbita, o elétron se movimenta sem ganho ou perda de energia. d) O processo no qual o elétron absorve energia suficiente para escapar completamente do átomo é chamado ionização. e) O modelo proposto é aplicado com êxito somente ao átomo de hidrogênio. 109 QUESTÃO CONTEXTO! Acompanhe parte da notícia da revista Istoé, publicada em janeiro de 2017. A geração nuclear corresponde atualmente a 3% da eletricidade produzida no país. Na avaliação do diretor, hoje a central nuclear dá uma garantia para o sistema interligado nacional que propicia ao Operador Nacional do Sistema (ONS) grande tranquilidade de atendimento de energia para a cidade do Rio de Janeiro, que recebeu a Copa do Mundo, em 2014, e as Olimpíadas e Paralimpíadas, em 2016. E a central contribuiu de forma silenciosa, sem muito alarde, com a energia suficiente para que esses eventos pudessem ser vitoriosos, como foram, disse. Podemos ter mais segurança energética hoje de acordo com esse trecho da notícia da Istoé. Descreva como a evolução dos modelos atômicos contribuiu para que pudéssemos extrair energia de átomos radioativos e diga quem foi o cientista mais influente para que alcançássemos tal feito.
GABARITO 01. Exercícios para aula! 1. c 2. a 3. Bohr 4. d 5. a) partícula alfa, com 2 prótons e 2 nêutrons, proveniente do elemento radioativo b) Porque a maior parte do átomo é espaço vazio e, dessa forma, as partículas alfa passavam direto na maior parte das partículas c) Porque as partículas alfa se chocavam com os núcleos do ouro, massivos, e ricocheteavam. 6. O efeito associa-se diretamente com a transição entre camadas de um elétron ao receber energia. Ao retornar à camada anterior, este emite luz 7. a 02. Exercícios para casa! 1. b 2. d 3. d 4. e 03. Questão contexto Rutherford foi o cientista mais importante nos avanços tecnológicos relativos à radioatividade. O processo envolvido na usina é baseado na quebra controlada de núcleos ( descobertos na experiência de Rutherford ) radioativos. 110