Aula 3 QUÍMICA GERAL Ana Luisa Daibert Pinto.

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1 Aula 3 QUÍMICA GERAL Ana Luisa Daibert Pinto

2 Sumário: Aula 3 Introdução O átomo Teoria Atômica da Matéria
Base da teoria atômica Teoria de Leucipo Teoria de Demócrito Teoria de Aristóteles Modelo atômico de John Dalton Modelo da “Bola de Bilhar” Experiência de Willian Crookes Raios catódicos

3 Sumário: Aula 3 Modelo atômico de Thomson Modelo do “Pudim de passas”
Experiência – Radioatividade Modelo atômico de Rutherford Modelo do “Sistema solar” Aperfeiçoamento do modelo atômico de Rutherford James Chadwick Bohr Níveis de energia Diagrama de Linus Pauling

4 INTRODUÇÃO A diversidade do comportamento químico é resultado de apenas aproximadamente cem elementos diferentes e, assim, de apenas cerca de cem diferentes tipos de átomos. Os átomos são como as 26 letras do alfabeto, as quais se agrupam em diferentes combinações para formar o imenso número de palavras da nossa língua.

5 INTRODUÇÃO Mas como os átomos se combinam?
Como as propriedades de uma substância se relacionam com os tipos de átomos que ela contém? Na realidade, como é um átomo e o que torna os átomos de um elemento diferentes dos de outro?

6 Teoria Atômica da Matéria
Base da teoria atômica Na antiguidade (Século V a.C) acreditava-se que dividindo a matéria em pedaços cada vez menores, chegar-se-ia a um ponto onde partículas, seriam invisíveis ao olho humano. Teoria de Leucipo (450 a.C): a matéria podia ser dividida em partículas cada vez menores, até chegar-se a um limite.

7 Teoria Atômica da Matéria
Teoria proposta por Demócrito ( a.C) Toda a matéria é constituída por átomos. O átomo é uma partícula pequeníssima, invisível e que não pode ser dividida.  Átomo significa indivisível.

8 Teoria Atômica da Matéria
Teoria proposta por Aristóteles ( a.C) A matéria era contínua e composta por:

9 Teoria Atômica da Matéria
O primeiro modelo atômico John Dalton ( d.C) Cada átomo seria uma partícula extremamente: - Pequena - Maciça - Indivisível - Esférica - Indestrutível - Homogênea - Neutra Modelo da “Bola de Bilhar” Cada bolinha representa um tipo de átomo por isso tem cores diferentes.

10 Teoria Atômica da Matéria
• Modelo atômico de John Dalton: – Cada elemento é composto de átomos. – Todos os átomos de um elemento são idênticos. – Nas reações químicas, os átomos não são alterados. – Os compostos são formados quando átomos de mais de um elemento se combinam.

11 A Descoberta da Estrutura Atômica
Experiência de Willian Crookes ( ) Raios catódicos Um tubo de raios catódicos é um recipiente profundo com um eletrodo em cada extremidade. Uma voltagem alta é aplicada através dos eletrodos. A voltagem faz com que partículas negativas se desloquem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo.

12 A Descoberta da Estrutura Atômica
Raios catódicos • A trajetória dos elétrons pode ser alterada pela presença de um campo magnético. - Lembre-se: “Partículas com a mesma carga repelem-se, enquanto partículas com cargas diferentes atraem-se”. • Considere os raios catódicos saindo do eletrodo positivo através de um pequeno orifício. – Se eles interagirem com um campo magnético perpendicular a um campo elétrico aplicado, os raios catódicos podem sofrer diferentes desvios.

13 A Descoberta da Estrutura Atômica
Tubos de raios catódicos com campos magnéticos e elétricos perpendiculares. Os raios catódicos (elétrons) originam-se na placa negativa à esquerda e são acelerados em direção à placa positiva, que tem um orifício no centro. Um feixe de elétrons passa pelo orifício e é desviado pelos campos magnéticos e elétricos. A razão carga-massa pode ser determinada pela medida dos efeitos dos campos magnéticos e elétricos na direção do feixe.

14 A Descoberta da Estrutura Atômica
Modelo atômico de Thomson ( ) Através da experiência com raios catódicos, Thomson descobriu a existência dos elétrons. Foi Thomson que lançou a ideia de que o átomo era um sistema descontínuo, portanto, divisível.

15 A Descoberta da Estrutura Atômica
Modelo atômico de Thomson Thomson propôs que o átomo consistia em uma esfera positiva uniforme, na qual os elétrons estavam incrustados. A quantidade de cargas positivas e negativas seria igual, e dessa forma o átomo seria eletricamente neutro. Modelo: “Pudim de passas” - Massa: positiva - Passas: elétrons

16 A Descoberta da Estrutura Atômica
Experiência - Radioatividade Considere o seguinte experimento: • Uma substância radioativa é colocada em um anteparo contendo um pequeno orifício de tal forma que um feixe de radiação seja emitido pelo orifício. • A radiação passa entre duas chapas eletricamente carregadas e é detectada. • Três pontos são observados no detector: – um ponto no sentido da chapa positiva, – um ponto que não é afetado pelo campo elétrico, – um ponto no sentido da chapa negativa.

17 A Descoberta da Estrutura Atômica
Radioatividade

18 A Descoberta da Estrutura Atômica
Radioatividade • Um alto desvio no sentido da chapa positiva corresponde à radiação que é negativamente carregada e tem massa baixa. - Essa se chama radiação β (consiste de elétrons). • Nenhum desvio corresponde a uma radiação neutra. - Essa se chama radiação γ. • Um pequeno desvio no sentido da chapa carregada negativamente corresponde à radiação carregada positivamente e de massa alta. - Essa se chama radiação α.

19 A Descoberta da Estrutura Atômica
O átomo com núcleo Rutherford executou o seguinte experimento: Uma fonte de partículas α foi colocada na boca de um detector circular. As partículas α foram lançadas através de um pedaço de chapa de ouro. A maioria das partículas α passaram diretamente através da chapa, sem desviar. Algumas partículas α foram desviadas com ângulos grandes.  Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado de Rutherford seria impossível.

20 A Descoberta da Estrutura Atômica

21 A Descoberta da Estrutura Atômica
O átomo com núcleo • Para fazer com que a maioria das partículas α passe através de um pedaço de chapa sem sofrer desvio, a maior parte do átomo deve ser de espaços vazios (consiste de carga negativa difusa de massa baixa - o elétron). • Para explicar o pequeno número de desvios grandes das partículas α, o centro ou núcleo do átomo deve ser constituído de uma carga positiva densa (repulsão).

22 A Descoberta da Estrutura Atômica
O átomo com núcleo • Rutherford modificou o modelo de Thomson da seguinte maneira: – O átomo é esférico mas a carga positiva deve estar localizada no centro, com uma carga negativa difusa em torno dele.

23 A Descoberta da Estrutura Atômica
Modelo atômico de Rutherford ( ) O átomo seria como um sistema solar O "sol" - o núcleo - concentra quase toda a massa e toda a carga positiva do sistema (os prótons); Gravitando em torno do núcleo (na eletrosfera), estão os elétrons. A soma de cargas negativas é igual a carga positiva nuclear com o que se tem o equilíbrio elétrico e a consequente estabilidade do conjunto.

24 A Descoberta da Estrutura Atômica
Surgem dúvidas: Porque as partículas do núcleo não se repelem, uma vez que todas possuem cargas positivas? Como os elétrons, que têm carga negativa, não são atraídas pelo núcleo de carga positiva?

25 A Descoberta da Estrutura Atômica
James Chadwick ( ) Aperfeiçoou o modelo de Rutherford Provou que no núcleo, além dos prótons que têm carga positiva, existe também, partículas sem carga nenhuma, chamadas de nêutrons, que equilibravam o núcleo.

26 A Descoberta da Estrutura Atômica
O átomo com núcleo • O átomo consiste de entidades neutras, positivas e negativas (nêutrons, prótons e elétrons). • Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é pequeno. A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo. • Os elétrons estão localizados fora do núcleo. Grande parte do volume do átomo se deve aos elétrons.

27 A Descoberta da Estrutura Atômica
Tab. 1 – Comparação entre prótons, nêutrons e elétrons Os átomos têm um número igual de elétrons e prótons; logo, eles têm uma carga elétrica liquida neutra. Os átomos têm massas extremamente pequenas. Átomo mais pesado: 4x g. Unidade de massa atômica (u). 1 u = 1,66054x g Partículas Carga Massa (u) Próton Positiva (1+) 1,0073 Nêutron Nenhuma (neutra) 1,0087 Elétron Negativa (1-) 5,486x10-4

28 A Descoberta da Estrutura Atômica
Os átomos são extremamente pequenos: diâmetro entre 1x10-10m e 5x10-10m. Unidade de comprimento para expressar dimensões atômicas: angstrom (A°). 1 A° = 10-10m O átomos têm diâmetros na ordem de 1 a 5 A°. Os diâmetros dos núcleos atômicos são da ordem de 10-4 A°. Se o átomo fosse um estádio de futebol, o núcleo seria do tamanho de uma bolinha de gude.

29 A Descoberta da Estrutura Atômica
O núcleo, o qual contém prótons e nêutrons, é o local onde praticamente toda a massa do átomo está concentrada. O resto do átomo é o espaço no qual os elétrons, carregados negativamente e mais leves, se localizam.

30 A Descoberta da Estrutura Atômica
Dificuldades para a aceitação do modelo de Rutherford Lei do Eletromagnetismo de Maxwell: "Toda carga elétrica em movimento acelerado em torno de outra perde energia sob a forma de ondas eletromagnéticas". Como o elétron é uma carga elétrica em movimento acelerado em torno do núcleo, perderia energia e se aproximaria do núcleo até chocar-se com este; desta forma o átomo se auto-destruiria.

31 A Descoberta da Estrutura Atômica
Modelo atômico de Bohr ( ) Aperfeiçoamento do modelo de Rutherford. Fenômenos atômicos não podem ser explicados pelas Leis da Física Clássica. Baseado na teoria quântica, Bohr explicou o comportamento dos elétrons nos átomos. Propôs um modelo atômico para o átomo de hidrogênio que depois foi estendido para outros elementos.

32 A Descoberta da Estrutura Atômica
O modelo de Bohr baseia-se no Sistema Solar, no qual os planetas giram ao redor do Sol. Os elétrons giram em órbita ao redor do núcleo atômico agrupados em níveis energéticos. Postulados: - O átomo possui um núcleo positivo que está rodeado por cargas negativas. - A eletrosfera está dividida em camadas ou níveis eletrônicos, e os elétrons nessas camadas, apresentam energia constante.

33 A Descoberta da Estrutura Atômica
- No estado fundamental de um átomo, os elétrons se encontram no nível energético mais baixo possível. - Em sua camada de origem (camada estacionária) a energia é constante, mas o elétron pode saltar para uma camada mais externa, sendo que, para tal é necessário que ele ganhe energia externa; neste caso, dizemos que os elétrons entram em estado excitado. - Um elétron que saltou para uma camada de maior energia fica instável e tende a voltar a sua camada de origem; nesta volta ele devolve a mesma quantidade de energia que havia ganho para o salto e emite um fóton de luz.

34 A Descoberta da Estrutura Atômica

35 A Descoberta da Estrutura Atômica
Teste de Chama Cada elemento libera a radiação em um comprimento de onda característico, pois a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é única para cada elemento. A radiação liberada por alguns elementos possui comprimento de onda na faixa do espectro visível, ou seja, o olho humano é capaz de enxergá-las através de cores.

36 A Descoberta da Estrutura Atômica
É possível identificar a presença de certos elementos devido à cor característica que eles emitem quando aquecidos numa chama. Elemento Químico Cor da Chama Sódio Amarelo Potássio Violeta Sódio + potássio Amarelo - laranja Cálcio Vermelho - tijolo Bário Verde - limão Cobre Verde Magnésio Branco Chumbo Azul - branco

37 A Descoberta da Estrutura Atômica
- Ao elétron dentro do átomo são permitidas somente algumas energias fixas. - Quando o elétron apresenta alguma dessas energias permitidas, não irradia energia em seu movimento ao redor do núcleo, permanecendo num estado estacionário de energia. - Os elétrons nos átomos descrevem sempre órbitas circulares ao redor do núcleo, chamadas de camadas ou níveis de energia. - Cada camada comporta um número máximo de elétrons.

38 A Descoberta da Estrutura Atômica
Modelo de Sommerfeld Verificou-se que um elétron, numa mesma camada, apresentava energias diferentes. Como, se as órbitas fossem circulares? Sommerfild sugeriu que as órbitas fossem elípticas, pois em uma elipse há diferentes excentricidades (distância do centro), gerando energias diferentes para uma mesma camada.  Hoje sabemos que os elétrons giram ao redor do núcleo, mas não em órbita. O movimento dos elétrons ao redor do núcleo é parecido ao de uma nuvem que envolve esse núcleo atômico.

39 A Descoberta da Estrutura Atômica
Níveis de energia Os elétrons da eletrosfera distribuem-se em sete camadas eletrônicas que são designadas pelas letras do alfabeto: K,L,M,N,O,P,Q. Os elétrons de cada uma das camadas possuem uma quantidade de energia sempre inferior à da camada seguinte.

40 A Descoberta da Estrutura Atômica
Cada nível energético é constituído de um ou mais subníveis. Número máximo de elétrons nos níveis de energia Número máximo de elétrons nos subníveis de energia Camada N° max. elétrons K 2 L 8 M 18 N 32 O P Q Subnível N° max. elétrons s 2 p 6 d 10 f 14

41 A Descoberta da Estrutura Atômica
Associando o número de elétrons por camada com o número de elétrons por subnível, teremos: Diagrama de Linus Pauling: Temos mapeada a eletrosfera. Os subníveis possuem uma ordem de energia crescente na qual os elétrons são distribuídos.

42 Distribuição eletrônica
Distribuição eletrônica do elemento Ferro 26Fe : Z= 26  e- = 26 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 K=2 L=8 M=14 N=2 Camada de valência 2e- de valência Camada de valência é a última camada, ela contém os elétrons de valência.

43 Conclusão Afinal, o que é um Átomo?
Um átomo é a menor porção em que pode ser dividido um elemento químico, mantendo ainda as suas propriedades. Os átomos são os componentes básicos da matéria. São compostos por partículas subatômicas. As mais conhecidas são os prótons, os nêutrons e os elétrons.

44 Exercícios de Fixação TEORIA ATÔMICA
Aula 3 Exercícios de Fixação TEORIA ATÔMICA

45 Atividade 1) As ideias de diferentes cientistas tiveram uma grande contribuição para a moderna teoria atômica. Conforme as figuras indicadas abaixo (I, II, III e IV), cite o autor e uma característica marcante de cada modelo atômico proposto.

46 Atividade 2) A alternativa que corresponde cronologicamente à evolução do modelo atômico é: 1. Átomo com eletrosfera dividida em níveis de energia. 2. Átomo como partícula maciça indivisível e indestrutível. 3. Átomo como partícula maciça com carga positiva incrustada de elétrons. 4. Átomo formado por núcleo positivo com elétrons girando ao seu redor na eletrosfera. a) b) c) d) – 4 - 2

47 3) No modelo atômico de Rutherford, os átomos são constituídos por um núcleo com carga , onde estaria concentrada. Ao redor do núcleo estariam distribuídos os A alternativa que completa corretamente a frase é: a) negativa – toda massa – elétrons. b) positiva – metade da massa – elétrons. c) positiva – toda a massa – elétrons. d) negativa – toda a massa – nêutrons. e) positiva – toda a massa – nêutrons.

48 4) A palavra átomo é originária do grego e significa indivisível, ou seja, segundo os filósofos gregos, o átomo seria a menor partícula da matéria que não poderia ser mais dividida. Hoje essa ideia não é mais aceita. A respeito dos átomos, podemos afirmar: ( ) Não podem ser desintegrados. ( ) São formados por, pelo menos, três partículas fundamentais. ( ) Possuem partículas positivas denominadas elétrons. ( ) Apresenta duas regiões distintas, núcleo e a eletrosfera. ( ) Apresentam elétrons, cuja carga elétrica é negativa.

49 5) Ao longo da história da ciência, diversos modelos atômicos foram propostos até chegarmos ao modelo atual. Com relação ao modelo atômico de Rutherford, podemos afirmar que: ( ) Foi baseado em experimentos com eletrólise de solução de sais de ouro. ( ) É um modelo nuclear que mostra o fato de a matéria ter sua massa concentrada em um pequeno núcleo. ( ) É um modelo que apresenta a matéria como sendo constituída por elétrons (partículas de carga negativa) em contato direto com prótons (partículas com carga positiva). ( ) Não dá qualquer informação sobre a existência de nêutrons. ( ) Foi deduzido a partir de experimentos de bombardeamento de finas lâminas de um metal por partículas α.

50 6) Considerando a experiência de Rutherford, assinale a alternativa falsa: a) A experiência consistiu em bombardear películas metálicas delgadas com partículas alfa. b) Algumas partículas alfa foram desviadas de seu trajeto devido à repulsão exercida pelo núcleo positivo do metal. c) Observando o aspecto de difração das partículas alfa, Rutherford concluiu que o átomo tem densidade uniforme. d) Essa experiência permitiu descobrir o núcleo atômico e seu tamanho relativo e) Rutherford sabia antecipadamente que as partículas alfa eram carregadas positivamente.

51 Atividade 7) Um determinado elemento apresentou a seguinte distribuição eletrônica por subnível: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s2 3d104p65s24d105p3 a) Qual seu número atômico? b) Qual é sua distribuição por camadas? c) Quantos elétrons têm na camada de valência?

52 Atividade 8) Escreva a distribuição eletrônica por subnível e informe quantos elétrons se encontram na última camada: O (Z=8) Ni (Z=28)

53 Próxima Aula Aula 4 20 de março de 2013 A Visão Moderna da Estrutura Atômica A Tabela Periódica