Evolução dos modelos do átomo. Estrutura atómica, revisão. SUMÁRIO (Sommaire): Evolução dos modelos do átomo. Estrutura atómica, revisão. Número de massa (A) e número atómico (Z). Distribuição eletrónica (ou configuração eletrónica). Resolução de exercícios. ( Evolution des modèles de l’atome. Structure atomique, révision. Nombre de masse (A) et numéro atomique (Z). Configuration électronique. Résolution d’exercices.) Conceitos chave (mots clefs): Átomo (Atome), eletrão, protão e neutrão (eletron, proton et neutron), número de massa (nombre de masse), número atómico (numéro atomique) e isótopos (isotope). Competências a desenvolver/ a atingir: Reconhecer que os átomos são diferentes com base no número atómico e no número de massa; Identificar isótopos como sendo átomos do mesmo elemento, mas com diferente número de massa; Distribuir os eletrões por camadas ou níveis de energia de acordo com a teoria de Borh. CRITÉRIOS DE SUCESSO: Saber a evolução da teoria atómica, identificando cada modelo atómico ao longo dos anos e sec. Identificar e caracterizar as diferentes partículas subatómicas; Compreender o significado de número atómico e de número de massa; Determinar o número de partículas subatómicas com base no número de massa e no número atómico; Identificar isótopos;

Répond aux questions suivantes: Eletrão – Partícula com carga negativa (e-) Protão – Partícula com carga positiva (p+) Neutrão – Partícula com carga neutra, sem carga (n0) Quelles sont les particules fondamental de l’atome? Positron, neutrino et photon Proton, electron, quark et neutron Neutron, proton et electron 2. Fait un dessin d’un atome, n'oublie pas de faire la légende du dessin. 3. Observe les elements suivants: quelle est celui qui a le plus grand nombre de proton? H K Na 4. Un isotope c’est…: …un átome d’un même element chimique avec le même nombre de masse. …un atome d’un même element chimique parce-qu’il a le même numéro atomique mais diférent nombre de masse. …un atome d’un même element chimique qui difére dans le numéro d’eletrons. 5. Fait correspndre les colones? Atome avec une charge positive. Atome avec une charge négative. Atome qui à perdu ces électrons. Atome qui à gagner des électrons. A- Cation B- Anion 1 et 3 – A 2 et 4 –B

ESTRUTURA ATÓMICA1, 2 Como será um átomo? Qual a sua constituição? Figura 1: Imagem aumentada 20 milhões de vezes da superfície de átomos de silício (Si) (em, Rodrigues M. M. R. D. et al, 1996) ÁTOMO: Constituinte fundamental da matéria de dimensões reduzidas, na ordem dos 10-12 m, isto é 1 picómetro (pm). É possível observar átomos a partir do microscópio eletrónico de efeito de túnel (Figura 1) Como será um átomo? Qual a sua constituição? ÉVOLUÇÃO DO MODELO ATÓMICO 460 – 370 a. C Inicio séc. XIX Figura 2: Escultura do Filósofo grego Demócrito. Figura 3: John Dalton Figura 4: Modelo atómico de Dalton No início do séc. XIX, o cientista John Dalton (Figura 3) ainda imaginava os átomos como partículas indivisíveis e indestrutíveis (Figura 4) Antiguidade Grega, Demócrito (Filósofo Grego (Figura 2)) a matéria era constituídas por partículas indivisíveis – Os átomos. 1- Rodrigues M. M. R. D. et al. (1996) Química na nossa vida. Porto Editora. Porto. pp. 10-34 2- Chang R. (1994) Química. McGraw- Hill. Lisboa. pp.35-67

Modelo planetário do átomo (figura 7) Início do séc. XX (1910) Finais do séc. XIX Carga Positiva (partícula com carga positiva) Figura 6: J. J. Thomson Núcleo Electrões Electrões (carga negativa) Figura 8: Ernest Rutherford Figura 7: Modelo atómico de Rutherford Figura 5: modelo atómico de Thomson Nos finais do séc. XIX, J. J. Thomson (figura 6) realizou experiências com tubos de descargas (tubos catódicos) com gás rarefeito, assim explicou que os fenómenos ocorridos no tubo se deviam à existência de carga elétrica negativa. O átomo era uma partícula com carga positiva onde se encontravam dispersas partículas com carga negativa, os eletrões em número suficiente para que a carga global fosse nula (figura 5) Com base experimental (Bombardeamento de lâminas de ouro com partículas ) Rutherford (figura 8) chegou à conclusão que os átomos eram constituídos por: Um núcleo muito pequeno e com carga positiva onde se concentra a massa total do átomo; Electrões, com carga negativa, que se movem à volta do núcleo como os planetas à volta do Sol. Modelo planetário do átomo (figura 7)

NOS NOSSOS DIAS 1913 Órbitas Núcleo Electrões Núcleo Figura 10: Niels Bohr Figura 9: Modelo atómico de Bohr Nuvem electrónica Figura 11: Modelo de nuvem eletrónica Atualmente, sabe-se que os eletrões movem-se em torno do átomo aleatoriamente e com velocidades muito elevadas formando uma espécie de nuvem uniforme e mais densa próximo do núcleo (figura 11), pois a probabilidade de encontrar um eletrão é maior. Niels Bohr (figura 10) completa o modelo de Rutherford definindo o átomo como sendo uma partícula com as seguintes características: Os electrões movem-se à volta do núcleo em órbitas circulares (figura 9); Cada órbita tem um determinado valor de energia; As órbitas mais afastadas são as de maior energia.

X A Z MODELO DE NUVEM ELECTRÓNICA Os átomos serão todos iguais? Eletrão – Partícula com carga negativa (e-) O átomo é eletricamente neutro, isto é o número de protões é igual ao número de eletrões Protão – Partícula com carga positiva (p+) Neutrão – Partícula com carga neutra, sem carga (n0) Os átomos serão todos iguais? Número de massa Átomos diferentes têm número de protões, de electrões e de neutrões diferentes. É o número de partículas que distingue cada átomo, assim cada átomo terá um número atómico (Z) e um número de massa (A) próprio. A – Soma entre o número de protões e de neutrões (n0 + p+) Z – Número de protões (p+) A X Símbolo químico Z Número atómico

H H H O O O Comenta cada caso! Observa! CONCLUSÕES 1 2 3 1 1 1 16 17 Para cada caso os símbolos são iguais, o hidrogénio (H) e o oxigénio (O) respetivamente; Têm o mesmo número atómico, para o exemplo do hidrogénio é 1 e para o oxigénio é 8; O número de massa é diferente entre átomos com o mesmo símbolo. Calculando o número de partículas para cada caso verifica-se que: Observa! 1 2 3 H H H 1 1 1 16 17 18 O O O 8 8 8 H 1 1- protão 1- electrão 0- neutrão H 1 2 1- protão 1- electrão 1- neutrão H 1 3 1- protão 1- electrão 2- neutrões O 8 16 8- protões 8- electrões 8- neutrões O 8 17 8- protões 8- electrões 9- neutrões O 8 18 8- protões 8- electrões 10- neutrões CONCLUSÕES Representam átomos do mesmo elemento químico, pois têm o mesmo número atómico; Diferem no número de massa pois o número de neutrões é diferente; Então são Isótopos

Ca ESTRUTURA ELECTRÓNICA DOS ÁTOMOS Os eletrões distribuem-se na nuvem eletrónica por níveis de energia. Quanto mais próximo do núcleo estiver um eletrão menor será a sua energia, assim sendo terão maior energias os que estiverem mais afastados do núcleo; Em cada nível de energia existem 2n2 eletrões (n corresponde ao número do nível); Segundo Bohr o último nível nunca deverá ter mais do que 8 eletrões. Ca 20 Distribuição eletrónica do átomo de cálcio – 2:8:8:2 Os níveis de energia são preenchidos de forma ordenada. Um nível de maior energia é preenchido quando os anteriores estiverem convenientemente preenchidos AUMENTO DE ENERGIA n = 1 (K) n = 2 (L) n = 3 (M) n = 4 (N) Os electrões do último nível de energia chamam-se electrões de valência

Al Al Ar Ar Exemplos 13 2:8:3 13 27 2:8:3 18 2:8:8 18 40 2:8:8 13- protões 13- electrões 14- neutrões Al 13 27 n = 3 (M) 2:8:3 n = 2 (L) n = 1 (K) Ar 18 2:8:8 n = 3 (M) Ar 18 40 18- protões 18- electrões 22- neutrões n = 2 (L) 2:8:8 n = 1 (K)

Al Os eletrões estarão sempre nos mesmos níveis de energia? Poderão saltar de um nível de baixa energia para um de maior energia? Al 13 Absorção de energia 2:8:3 2:7:4 n = 3 (M) n = 3 (M) n = 2 (L) n = 2 (L) n = 1 (K) n = 1 (K) Libertação de energia Estado fundamental Estado excitado

- 1e- + 1e- ESTRUTURA ELECTRÓNICA DOS IÕES Na Na+ F F- Como se formam os iões? Porque é que alguns átomos têm tendência para formar iões? Em determinadas circunstâncias pode existir transferência de eletrões entre os átomos, formando-se iões, átomos com carga elétrica: Se um átomo ceder eletrões, fica com excesso de carga positiva, então transforma-se num átomo com carga positiva ou Catião; Se um átomo receber eletrões, fica com excesso de carga negativa, então transforma-se num átomo com carga negativa ou anião. Na 11 23 Na+ 11 23 - 1e- 11- protões 11- electrões 12- neutrões 11- protões 10- electrões 12- neutrões 2:8:1 2:8 F 9 19 F- 9 19 + 1e- 9 - protões 9 - electrões 10- neutrões 9- protões 10- electrões 10- neutrões 2:7 2:8

Na Na+ F F- Analisa a distribuição electrónica de cada espécie! 11 23 2:8:1 2:8 F 9 19 F- 9 19 2:7 2:8 Que pode concluir? Os iões Na+ (sódio) e F- (flúor) têm o mesmo número de eletrões, são chamadas de espécies isoeletrónicas; Em cada um dos iões o nível de valência tem o mesmo número de eletrões, 8, ou seja está totalmente preenchido (segundo a teoria de Bohr); Os átomos têm a tendência a formar iões para se tornarem mais estáveis, isto é adquirirem a estrutura de gás nobre (são elementos que têm todos os níveis preenchidos), como por exemplo o Árgon (Ar) – 2:8:8.