Estrutura atômica 1 - Modelos atômicos

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1 Estrutura atômica 1 - Modelos atômicos

2 Método científico - Introdução
A Ciência começou, historicamente, com Galileu Galilei (séc. 15). Desde essa época, os cientistas têm procurado desvincular o “pensamento científico” do “senso comum” e também das crenças religiosas e filosóficas. Para não se desvincular da certeza baseada em provas, qualquer afirmação considerada “científica” tem que passar por várias etapas, em sua elaboração, seguindo um rigoroso método, chamado “método científico”. Observações do fato estudado Busca de regularidades (leis) Hipótese (explicação da lei) Experimentos (comprovar a hipótese) Teorias/modelos (hipótese aceita) Método científico

3 Para ser explicado cientificamente um fenômeno natural qualquer, ele deve, primeiro, ser bem observado, para encontrarmos fatos que se repetem; ou seja, “leis” ou “regularidades”. Mas uma lei não é uma explicação. No caso da Lei da Gravidade, por exemplo, apenas sabemos que qualquer corpo ou objeto jogado para cima cairá novamente. É uma probabilidade, baseada em fatos repetitivos anteriores. Para se ter uma explicação de por que o fato acontece e se repete, é preciso se elaborar hipóteses. Por exemplo: 1) Há uma força de atração da Terra sobre os corpos (Isaac Newton); ou 2) Há uma força de repulsão do espaço sobre os corpos, em direção à Terra; ou, ainda, 3) O espaço se deforma próximo à Terra (Einstein).

4 Mas, para uma hipótese se tornar uma teoria, você terá que comprová-la experimentalmente, realizando uma série de experimentos controlados, que possam dar um alto grau de certeza para uma das explicações e descartando todas as demais. Assim, as teorias são explicações confirmadas por todos os recursos técnicos e matemáticos disponíveis, na época em que foram concebidas. Por isso, a teoria gravitacional de Newton foi considerada verdadeira por séculos. Mas, sempre que surge um fato novo ou uma explicação melhor, uma teoria pode ser substituída por outra, mais completa. Atualmente considera-se que a explicação de Einstein é mais completa que a de Isaac Newton.

5 Realidade Teoria Modelo
Para representar uma hipótese ou teoria, os cientistas costumam usar modelos. Por exemplo, imagine duas hipóteses para explicar o hábito noturno das corujas: O hábito noturno dos ratos, sua caça. A vantagem de sua boa visão noturna. Para efeito de modelos, podemos chamá-las de: “caçador” (1) e “lanterna” (2). * Surge da necessidade de explicação * Explica ou prevê através de comparação * Utilidade baseada no poder de síntese * Temporário e provisório * É modificado quando falha Modelo

6 Atomismo grego - filosofia, antes de tudo
Na Grécia Antiga, os filósofos tentavam explicar a estrutura da matéria, com várias teorias. As duas mais importantes eram a Teoria dos Quatro Elementos, defendida por Empédocles (séc. VI a.C.), e a Teoria das Partículas, defendida por Demócrito (séc. V a.C.), apoiado por Leucipo e Epicuro. Este último foi o criador da expressão “átomo”, que significa “partícula indivisível”. Do grego: “a” = negação, sem “tomo” = parte “átomo” = sem partes, indivisível Devido à grande influência do sábio Aristóteles (séc. III), a Teoria dos Quatro Elementos (água, terra, fogo e ar) prevaleceu e ofuscou o atomismo antigo.

7 Segundo a Teoria dos Quatro Elementos, a matéria seria a combinação, em variadas proporções, dos elementos água, terra, fogo e ar. Por exemplo, um líquido qualquer, mesmo óleo, seria mais rico em “água” do que em outros elementos. Disponíveis (acesso: ): e

8 EXPLIQUE por que uma pedra é rígida, segundo as teorias “das partículas” e “dos quatro elementos”?
Teoria das partículas indivisíveis (átomos) Partículas fortemente ligadas, unidas. Maior proporção do elemento terra e menor proporção dos elementos água, fogo, e ar. Teoria dos quatro elementos Mas lembre-se de que essas duas teorias não têm caráter científico; são de natureza filosófica. Os gregos não consideravam provar suas ideias de forma experimental, pois isso não fazia parte de sua cultura. Eles usavam apenas a argumentação como forma de convencimento.

9 Modelo atômico de Dalton
Somente dois mil anos depois, na Era Científica, o atomismo retorna, com os trabalhos de John Dalton. A teoria atômica de Dalton (1803) baseia-se em fatos experimentais, para justificar as leis de Lavoisier, de Proust e na lei que recebe o seu próprio nome. Disponível (acesso: )

10 Dalton percebeu que, adaptando a teoria atômica dos gregos antigos aos conhecimentos modernos, conseguiria explicar, com bastante lógica, as relações (leis) entre as massas de reagentes e produtos, nas reações químicas. Naquela época, cerca de 60 elementos químicos eram conhecidos e vários cientistas tentavam organizá-los, de forma sistemática, em diferentes tipos de tabelas, na busca de um padrão lógico que lhes permitisse entender os elementos e a matéria. Dalton foi o primeiro a pensar que cada elemento químico deveria ser formado por um “tipo de átomo” diferente, igual em massa e tamanho, quando do mesmo elemento; mas diferente dos átomos dos outros elementos.

11 Atualmente, o número de prótons é que identifica o elemento.
Mendeleiev acreditava que a massa é que deveria identificar o elemento químico. Alguns “vazios” com interrogação são previsões de elementos, até então desconhecidos. Atualmente, o número de prótons é que identifica o elemento. Tabela Periódica do cientista russo Mendeleiev, publicada em1891. Disponível (acesso ):

12 Postulados de Dalton Toda matéria é formada de átomos.
Os átomos são indivisíveis, indestrutíveis e não se transformam uns nos outros. “Elementos químicos” são “tipos” de átomos iguais; sendo os do mesmo elemento iguais em tamanho, massa e demais propriedades. Toda reação química consiste na união ou separação de átomos. Substâncias compostas são formadas por partículas (atuais “moléculas”) formadas por átomos de elementos diferentes. “Moléculas” de substâncias compostas são formadas a partir de elementos diferentes, em uma relação numérica simples. Imaginando átomos esféricos, temos o modelo: “bola de sinuca” ou “bola de bilhar”.

13 Importância do modelo de Dalton Reação química de formação da água.
1- Explicação da Lei de Conservação das Massas Em uma reação química, a massa dos reagentes é igual à massa dos produtos (Lei de Lavoisier), porque os átomos dos reagentes são os mesmos átomos dos produtos; apenas se reorganizam em novos grupos (substâncias). Reação química de formação da água. As quantidades de átomos de hidrogênio (24) e de oxigênio (12) se mantêm, antes (reagentes) e depois (produtos); por isso, a massa permanece a mesma. Disponível ( ):

14 2 - Explicação da Lei de Proust
Em uma reação química, as massas dos reagentes e dos produtos seguem uma proporção fixa. Isso acontece, porque os átomos sempre se combinam em uma proporção exata para formar um determinado produto. 2 Fe(s) O2 (g) → 2 FeO(s) Exp g g g Exp g g g Se repetirmos a mesma reação (Exp.2) com o dobro da massa de ferro (Fe), precisaremos do dobro da massa de gás oxigênio (O2) para reagir completamente as duas substâncias, sem sobras. E será formado o dobro da massa de óxido ferroso (FeO). Nessa reação, a proporção é sempre de um átomo de ferro para um de oxigênio.

15 Em uma reação parecida, com os mesmos reagentes, mas formando outro produto (Fe2O3), as massas dos reagentes e dos produtos seguem uma outra proporção fixa. Isso acontece porque os átomos estão se combinando de outra forma, em uma outra proporção exata para formar um outro produto. 4 Fe(s) O2 (g) → 2 Fe2O3 (s) Exp g g g Exp g g g Se repetirmos a mesma reação (Exp.4) com o dobro da massa de ferro (Fe), novamente precisaremos do dobro da massa de gás oxigênio (O2), formado o dobro da massa de óxido férrico (Fe2O3). Nessa reação, a proporção é sempre de dois átomos de ferro para três de oxigênio.

16 QUESTÃO(resolvida) Na reação de combustão do álcool comum (etanol), 46g do combustível formam 88g de gás carbônico e 54g de vapor de água. CALCULE a massa de oxigênio necessária na queima, utilizando a Lei de Lavoisier. C2H6O(l) + 3 O2 (g) → CO2 (g) + 3 H2O(v) 46g ? g g 46g + x = 88g g (reagentes = 142g) (produtos = 142g) x = 142 – 46 = 96g de gás oxigênio QUESTÃO Para a mesma reação acima, se queimarmos 23g de álcool, qual a massa de oxigênio necessária, e quais as massas de gás carbônico e vapor de água produzidas na queima? QUESTÃO O que acontece, se fizermos a queima com 4,6g de álcool com 8g de oxigênio? Todo o álcool será queimado? Explique.

17 QUESTÃO A ilustração abaixo representa a reação do gás hidrogênio (moléculas representadas por bolinhas pequenas) com o gás nitrogênio (moléculas com bolinhas maiores). Disponível ( ): A) Qual é a proporção entre átomos de hidrogênio e nitrogênios nessa reação? B) Se apenas um terço dos hidrogênios estivessem presentes, quantos nitrogênios reagiriam para formar o mesmo produto?

18 QUESTÃO A) Represente os átomos da reação abaixo, na forma de bolinhas iguais para os átomos do mesmo elemento, mas de tamanhos e cores diferentes para os átomos de outro elemento. C3H8 (l) + 5 O2 (g) → CO2 (g) + 4 H2O(v) reagentes produtos B) Quantos átomos você desenhou de cada elemento, nos reagentes e nos produtos? Houve perda de átomos ou surgimento de átomos no processo? C) Quantas moléculas de cada substância (propano, oxigênio, gás carbônico e água) você desenhou?

19 Experimento - Reação química envolvendo gases
Em uma balança sensível (décimos de grama), pese um copo com água e um comprimido efervescente. Jogue o comprimido na água, espere terminar a reação, e pese o conjunto novamente. Há diferença nas duas pesagens? Explique essa diferença. Esse experimento sugere que a Lei de Lavoisier está errada? Justifique. Repita todo o experimento, usando uma garrafinha com tampa, ao invés do copo. Pese também a tampa junto com o conjunto inicial. Para pesar o produto, feche bem a garrafinha, logo que jogar o comprimido na água. Interprete os resultados das pesagens das duas experiências e responda novamente o item B. Qual é a situação ideal de uma reação, para que se possa verificar a Lei da Conservação das Massas?

20 Fim do modelo de Dalton Várias descobertas, nas décadas seguintes, demonstraram que os átomos não poderiam ser simples esferinhas maciças: Os estudos de Michael Faraday sobre a eletricidade da matéria; As descargas elétricas em tubos com gases rarefeitos, feitas por Crokies e Thomson (descoberta do elétrons, em 1897); E a descoberta da radioatividade, em 1896. Tais evidências sugeriam que a matéria e o átomo possuem natureza elétrica e que são constituídos de partículas discretas de eletricidade negativa (elétrons) e positiva (prótons). O átomo não poderia ser a menor partícula da matéria e também não poderia ser indivisível!

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