QUÍMICA I – 10 SEMESTRE 2011 AULA 6 Profa. Dra. Luciana Farias 1

Aula anterior: Idéias e Modelos atômicos: de Demócrito até Rutherford.

Tópicos da aula: O átomo: estrutura, símbolo, fórmulas e equações.

O modelo atual do átomo é um descendente direto do átomo de Rutherford: O pequeno núcleo, compreendendo toda a carga positiva e praticamente toda a massa do átomo. A região extranuclear (o restante), composta de elétrons.

Apesar do sucesso de Rutherford, na tentativa de explicar a estrutura do átomo, continuavam muitos aspectos por esclarecer. Por exemplo, sabia-se que o hidrogênio continha um próton e o hélio 2 prótons, mas a relação de massas não era de 2:1 mas sim de 4:1 (despreza-se a massa dos elétrons que é muito pequena comparada com a dos prótons). E O NÊUTRON?

(1891 – 1974) Prótons Elétrons Nêutrons núcleons Atualmente, sabemos que o nêutron é uma das partículas fundamentais que, juntamente aos prótons, formam o núcleo dos átomos. Ao redor destes últimos existem as nuvens de elétrons, as quais são responsáveis pela condução de corrente elétrica nos materiais condutores, por exemplo. prótons James Chadwick (1891 – 1974) elétrons Prótons Elétrons Nêutrons núcleons

Partícula Símbolo Unidade de Carga Carga Massa e- -1 p +1 n PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS SUBATÔMICAS Partícula Símbolo Unidade de Carga Carga Massa Elétron e- -1 -1,602x10-19 C 9,109x10-31 Próton p +1 +1,602x10-19 C 1,673x10-27 Nêutron n 1,675x10-27

ELEMENTO QUÍMICO Hoje são conhecidos mais 100 elementos químicos, ou seja, mais de 100 átomos diferentes. Cada elemento tem um nome e um símbolo.

NÚMERO ATÔMICO É representado por (Z), é usado para indicar o número de prótons contidos dentro do núcleo, esse número atômico caracteriza o átomo, ou seja, não é possível a existência de dois átomos diferentes com o mesmo número atômico.  Átomo de cloro: Z=17 Átomo de sódio: Z=11

A = Z + N REPRESENTAÇÃO DO ÁTOMO A = massa do átomo. Z = número atômico. N – número de Nêutrons. Número de massa (A) é a soma de prótons e nêutrons do núcleo de um átomo, medida em unidade de massa atômica, representado por u.m.a ou simplesmente u.

MASSA ATÔMICA * Para determinar a massa atômica, os cientistas precisavam de algo que pudesse ser usado como padrão, e foi assim, que em 1961, eles adotaram como átomo-padrão o átomo do carbono com o número atômico igual a seis e o número da massa igual a 12. 1 unidade atômica Historicamente, o carbono-12 foi escolhido como substância de referência porque é o mais abundante dos isótopos do elemento carbono e porque sua massa atômica podia ser medida de maneira bastante precisa.

MASSA ATÔMICA * A massa atômica (MA) representa o quanto mais pesado que 1/12 de um átomo de carbono-12 um átomo de elemento químico qualquer é. * Por exemplo, o Oxigênio tem massa atômica de 16u , pois é mais pesado 16 vezes em relação à 1 parte de 12 de um átomo de carbono-12. 1 unidade atômica

MASSA ATÔMICA O valor de 1 u é de 1,66 · 10–24 g, o que corresponde aproximadamente à massa de um próton ou de um nêutron.

ÁTOMOS DE UM MESMO ELEMENTO QUÍMICO PODEM DE ALGUMA MANEIRA SE DIFERENCIAR ENTRE SI? SIM! COMO?

Número Atômico do (Z) do O = 8 Os elementos químicos podem possuir vários isótopos  (mesmo número atômico porém massa diferente), mas não seria viável representá-los todos na tabela periódica. Por isso, as massas atômicas que vemos nessas tabelas, são médias ponderadas das massas dos diversos isótopos estáveis existentes no universo que esse elemento químico possui. Por exemplo, o oxigênio possui três isótopos estáveis: - 16O – MA = 16u , equivale à 99,7% de todos os átomos de oxigênio. - 17O – MA = 17u , são apenas 0,03% dos átomos de O - 18O – MA = 18u , abundância de 0,2% Número Atômico do (Z) do O = 8

NÚMERO DE MASSA É IGUAL À MASSA ATÔMICA? Exemplo: O cobre ocorre na natureza como uma mistura isotópica de 69,09% de Cu-63 (massa = 62,93 u) e 30,91 % de Cu-65 (massa = 64,93 u). Qual é a massa atômica do cobre? NÚMERO DE MASSA É IGUAL À MASSA ATÔMICA?

Isótopos são átomos de um mesmo elemento que apresentam o mesmo numero atômico e diferentes números de massa. Ex: 8O16 8O17 8O18 Isóbaros são átomos de elementos distintos que apresentam o mesmo numero de massa e diferentes números atômicos Ex: Argônio (Ar): 18Ar40 A = 40 Z = 18 n = 22 Cálcio (C): 20Ca40 Z = 20 n = 20

Isótonos são átomos de elementos químicos distintos que apresentam diferentes números atômicos, diferentes números de massa e mesmo numero de nêutrons. Ex: Boro: 5B11 A = 11 p = 5 n = 6 Carbono: 6C12 A = 12 p = 6

Isoeletrônicos: átomos que apresentam o mesmo número de elétrons. Ex: 2Mg2+ = 10 elétrons (MG = Magnésio) 9F1- = 10 elétrons (F = Flúor) 1N3- = 10 elétrons (N = Nitrogênio)

ÍONS Íons são variações dos átomos (neutros) com carga positiva (+) ou negativa (-). Íons com carga positiva são chamados de cátions e íons com carga negativa são chamados de ânions. Formação de Íons Os elétrons da eletrosfera são mais facilmente retirados que os prótons no núcleo. O número de prótons definem o elemento. Cargas positivas são formadas a partir da retirada de elétrons e cargas negativas são formadas a partir do fornecimento de elétrons a um átomo do elemento. EX: cátion - H+ ânion - Cl-.

H2O MOLÉCULAS E COMPOSTOS Assim como os átomos são elementos e têm símbolos, as moléculas formam substâncias. Para representar as moléculas, usam-se as fórmulas químicas. As fórmulas indicam quantos átomos de cada elemento compõe as moléculas de uma substância. Ela nos mostra que cada molécula de água tem 2 átomos de Hidrogênio e 1 átomo de Oxigênio. O número que vem abaixo, no canto direito inferior de um elemento é chamado de índice, e indica a quantidade daquele elemento na molécula. H2O

Quando queremos representar mais que uma molécula ou átomo de determinada substância, colocamos o número que desejamos na frente do símbolo ou fórmula. Esse número é chamado de coeficiente. Por Exemplo:  3 O2 = 3 moléculas de Gás Oxigênio  2 He = 2 átomos de Gás Hélio  7 CH3O = 7 moléculas de álcool etílico

EQUAÇÃO QUÍMICA Uma equação química é a representação gráfica de uma reação química. É representada com os reagentes à esquerda e os produtos à direita, separados por uma flecha. H2 + O2 H2O É preciso tomar cuidado, entretanto, para que a equação esteja balanceada, ou seja, para que a quantidade de átomos de cada elemento seja igual dos dois lados da equação.

SEGUNDO O CIENTISTA FRANCÊS, ANTOINE LAURENT LAVOISIER, EM UMA REAÇÃO QUÍMICA: “A SOMA DAS MASSAS DAS SUBSTÂNCIAS REAGENTES É IGUAL À SOMA DAS MASSAS DOS PRODUTOS DA REAÇÃO.” Para que uma reação química esteja de acordo com a Lei de Lavoisier, os números de átomos dos elementos devem ser iguais nos dois membros da equação, ou seja, a equação deve estar corretamente balanceada. ESSE ENUNCIADO É CONHECIDO COMO LEI DE LAVOISIER OU LEI DA CONSERVAÇÃO DAS MASSAS

Exemplo de um balanceamento - Equação da Fotossíntese: A fotossíntese é o processo através do qual as plantas, e alguns outros organismos transformam energia luminosa em energia química processando o dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e minerais em compostos orgânicos e produzindo oxigênio gasoso (O2). A equação geral do processo: 12 H20 + 6 CO2 -----> C6H12O6 + 6 H20 +6 O2 Quando um vegetal clorofilado realiza fotossíntese, para cada 6 moléculas de gás carbônico que reagem, são necessárias 6 moléculas de água para produzirem 1 molécula de glicose e 6 de oxigênio. Se um dos coeficientes da equação for multiplicado por um número, todos os coeficientes dessa equação deverão ser multiplicados pelo mesmo número.

12 H20 + 6 CO2 -----> C6H12O6 + 6 H20 +6 O2 Verifique o número de átomos, de cada elemento no 1º e 2º membros da equação acima: C: 6 átomos no 1º membro e 6 átomos no 2º membro. O: 24 átomos no 1º membro e 24 átomos no 2º membro. H: 24 átomos no 1º membro e 24 átomos no 2º membro. Isto significa que a equação acima está corretamente balanceada, ou seja, os seus coeficientes estão ajustados. 12 H20 + 6 CO2 -----> C6H12O6 + 6 H20 +6 O2

MÉTODO DAS TENTATIVAS CH4 + O2  CO2 + H2O CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O Exemplo: Faça o Balanceamento da Equação abaixo. CH4 + O2  CO2 + H2O CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O Devemos lembrar que para ajustar uma equação química usamos unicamente os coeficientes. Em nenhum caso trocamos os índices das fórmulas. Se fizermos isso vamos alterar a identidade da substância. MÉTODO DAS TENTATIVAS

PARA REFLETIR