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CAPÍTULO I - ESTRUTURA ATÔMICA
I) EVOLUÇÃO HISTÓRICA:
1.) Primeiras noções de átomo:
As primeiras especulações a respeito da constituição da matéria foram feitas pelos filósofos gregos da Escola de Atomística, Leucipo e seu discípulo Demócrito de Abdera, a aproximadamente 400 a.C.. Segundo eles, a matéria era constituída por pequenas partículas indivisíveis, às quais chamaram ÁTOMOS (A = não; TOMO = divisão). A matéria não poderia ser dividida infinitamente, sendo o átomo a sua unidade. Estas especulações não possuíam base experimental, o que só veio a acontecer no século XIX.
(www.mundoquimico.hpg.ig.com.br)
ÁTOMO F 0 A EPARTíCULA INDIVISÍVEL
2.) Modelo Atômico de Dalton (1803):
O primeiro modelo sobre o átomo, baseado em resultados experimentais, foi proposto em 1803 pelo cientista inglês John Dalton. Sua teoria atômica pode ser assim resumida:
- A matéria é constituída por pequenas partículas chamadas átomos;
- Os átomos são considerados como esferas maciças, homogêneas, indivisíveis e indestrutíveis;
- Átomos que possuem as mesmas propriedades são do
mesmo tipo (mesmo elemento químico);
- Átomos que possuem as mesmas propriedades (massa e tamanho) representam um mesmo elemento químico;
- Diversos átomos podem combinar-se, numa proporção de números inteiros, originando espécies químicas distintas.
- Numa reação química, os átomos são rearranjados, formando novas substâncias.
(www.mundoquimico.hpg.ig.com.br)
Modelo chamado de " BOLA DE BILHAR "
3.) Modelo Atômico de Thomson (1897):
O modelo atômico desenvolvido por Joseph J. Thomson é baseado em experiências realizadas sobre descargas elétricas em gases. Com o estudo de descargas elétricas foi possível para alguns pesquisadores determinar que a matéria é constituída por partículas que apresentam cargas elétricas contrárias (positiva e negativa). Thomson propôs que o átomo fosse uma esfera de cargas positivas, na qual os elétrons estivessem espalhados como se fossem passas num pudim. Segundo Thomson, a densidade do átomo seria uniforme, isto é, a massa seria igualmente distribuída por todo o volume. O átomo seria neutro, já que o n o^ de carga positiva seria igual ao n o^ de carga negativa. Diante do novo modelo atômico estavam admitidas a divisibilidade da matéria e a natureza elétrica da mesma.
(www.colegiosaofrancisco.com.br Fonte: educar.sc.usp.br)
Modelo chamado de " PUDIM DE PASSAS "
4.) (^) Modelo Atômico de Rutherford (1911):
Lord Ernest Rutherford idealiza, através da experiência descrita a seguir, um modelo atômico semelhante a um "SISTEMA SOLAR ".
- Experiência de Rutherford: Rutherford bombardeou uma lâmina finíssima de ouro com partículas de carga elétrica positiva ( F 0 6 1), emitidas por um elemento radioativo, chamado Polônio. Ao redor da lâmina de ouro, havia um anteparo recoberto de sulfeto de zinco, substância que produz luminescência quando atingida por uma partícula F 0 6 1.
Obs: Radioatividade é a propriedade que alguns elementos químicos possuem de emitir partículas e radiações. Assim, por exemplo, o elemento Polônio emite partículas alfa.
Conclusões tiradas por Rutherford após sua experiência:
- A matéria é quase que inteiramente constituída por espaços vazios. Esta conclusão advém do fato de que a maioria das partículas F 0 6 1atravessa a lâmina de ouro sem sofrer desvio.
- A matéria apresenta pequenos núcleos, com os quais apenas um no^ reduzido de partículas F 0 6 1se choca, sofrendo retrocesso. - Em tais núcleos, concentra-se a massa do átomo. - Os núcleos apresentam carga elétrica positiva, o que justificava a repulsão elétrica sofrida pelas partículas F 0 6 1. - O diâmetro do átomo é cerca de 10.000 a 100.000 vezes maior que o diâmetro do núcleo. - As partículas de carga elétrica negativa, já chamadas de elétrons, estariam ao redor do núcleo em órbitas circulares, à semelhança do Sistema Solar. - Os átomos apresentam duas regiões: Núcleo e Eletrosfera.
Modelo " PLANETÁRIO “
NÚCLEO F 0 A EPRÓTONS (CARGA ELÉTRICA POSITIVA) ELETROSFERA F 0 A EELÉTRONS (CARGA ELÉTRICA NEGATIVA)
Obs : F 0 B 7O modelo de Rutherford era bom quanto à sua distribuição em núcleo e eletrosfera, mas era carente quanto às bases teóricas que justificassem sua estabilidade. F 0 B 7Com a descoberta do fenômeno da radioatividade fica evidente o fato do átomo ser divisível; ou seja, ser formado por partículas ainda menores. Então, se a matéria é eletricamente neutra, seus átomos são neutros, e a saída de partículas elétricas só será possível se esses átomos estiverem sofrendo alguma divisão.
1.5) Modelo atômico de Rutherford-Bohr (1913):
3.2) Número de massa: é a soma do número de prótons (p) e nêutrons (n) de um núcleo atômico. Símbolo: A
A = p + n
3.3) Neutralidade elétrica: em um átomo o número de prótons é igual ao número de elétrons. Todo átomo é eletricamente neutro, ou seja, possui carga elétrica zero. p = e
3.4) Número de nêutrons (n): Sabemos que : A = p + n e Z = p , logo: A = Z + n
n = A – Z
3.5) Elemento químico:
É o conjunto de átomos de mesmo número atômico (Z).
Exemplo : 12 C e 14 C 6 6 Cada elemento químico recebe um nome e uma abreviação chamada símbolo. O símbolo de um elemento químico é universal, não importando a tradução do nome.
Exemplo:
Português Espanhol Inglês Prata Plata Silver Ag Ag Ag
Regras de simbologia:
a) Inicial maiúscula do nome:
Nome Símbolo Hidrogênio H Oxigênio O Carbono C
b) Inicial maiúscula seguida de outra letra minúscula:
Nome Símbolo Cálcio Ca Cloro Cl Bromo Br
c) Elementos cujos símbolos não possuem iniciais em Português:
Elementos Nome de origem Símbolo F 0 2 AChumbo P lum b um^ Pb F 0 2 AEnxofre S ulfur^ S Sódio Na trium Na Potássio K alium K Fósforo P hosphorus P F 0 2 AOuro Au rum^ Au F 0 2 ACobre Cu prum^ Cu Prata A r g entum Ag Antimônio S ti b ium Sb Estanho S ta n num Sn Estrôncio S t r ontium Sr Mercúrio H ydrar g yrum Hg
d) Notação geral de um elemento químico:
A Z
A Z
A Z
Exemplo : 23 Na 11 - representa um átomo de Sódio que possui 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons.
3.6) Íons: são espécies eletricamente carregadas, onde o número de prótons difere do número de elétrons. p ≠ e
Na formação de um íon há perda ou ganho de elétrons pelo átomo, logo, o átomo e o íon possuem o mesmo número de prótons e nêutrons (o núcleo permanece inalterado). Temos dois tipos de íons:
- cátions: íons positivos formados pela perda de elétrons (p F 0 3 Ee);
- ânions: íons negativos formados pelo ganho de elétrons (p F 0 3 Ce).
Notação de um íon:
A carga Z
Exemplo: 40 Ca 2+^ ou 40 Ca+2^ ou 40 Ca ++ 20 20 20
Classificação dos íons quanto ao número de cargas: monovalente F 0 A EExemplos: H + , Cl - bivalente F 0 A EExemplos: Mg 2+^ ,S 2- trivalente F 0 A EExemplos: Al 3+^ , P 3- tetravalente F 0 A EExemplos: C 4+^ , C^4 -
3.7) Cálculo de partículas em moléculas e íons moleculares:
Exemplo s
Fórmula s
Nº de prótons
Nº de nêutron s
Nº de elétrons
Molécula de água
H 2 O 10 8 10
Cátion amônio
NH 4 +^ 11 7 10
- Considere :^1 H , 16 O , 14 N 1 8 7
- Obs: fórmula molecular - H 2 O e fórmula iônica - NH 4 +
IV) RELAÇÕES ENTRE ÁTOMOS:
4.1) Isótopos: são átomos de mesmo número de prótons (mesmo Z) e diferentes números de massa. Os isótopos pertencem ao mesmo elemento químico, que possuem n os^ de
nêutrons diferentes, o que resulta em n os de massas diferentes e, possuem as mesmas propriedades químicas. Podemos, então, redefinir o conceito de elemento químico, como o conjunto de átomos isótopos.
Obs: Atualmente, já são conhecidos isótopos de todos os elementos, embora alguns sejam artificiais.
Sejam os átomos isótopos genéricos X:
A1 (^) X (^) Z1 e A2 (^) X (^) Z
Podemos dizer que: Z 1 = Z 2 F 0 A Ep 1 = p 2 F 0 A E e 1 = e (^2) A 1 F 0 B 9A (^2) n 1 F 0 B 9n 2
(^1) H 1 - Chamado de prótio ou hidrogênio leve. Possui 1 próton e 1 elétron. É o único átomo que não possui nêutron. Ocorrência na natureza = 99,98 %.
(^2) H 1 ou 2 D 1 - Chamado de deutério ou hidrogênio pesado. Possui 1 próton, 1 elétron e 1 nêutron.Ocorrência na natureza = 0,02 %. (^3) H 1 ou 3 T 1 - Chamado de trítio ou tritério ou hidrogênio muito pesado. Possui 1 próton, 1 elétron e 2 nêutrons. Ocorrência na natureza = 10 – 7^ %.
Somente os isótopos de hidrogênio têm nomes particulares. Os isótopos dos outros elementos químicos são diferenciados pela massa. Veja, os isótopos do elemento oxigênio e suas ocorrências:
(^16) O 8 F 0 A Eoxigênio – 16 (99,76%), 17 O 8 F 0 A E oxigênio – 17 (0,04%), 18 O 8 F 0 A Eoxigênio
EXERCÍCIOS DE ESTRUTURA
ATÔMICA
(UFMG/1995) As alternativas referem- se ao número de partículas constituintes de espécies atômicas. A afirmativa falsa é: (a) dois átomos neutros com o mesmo número atômico têm o mesmo número de elétrons. (b) um ânion com 52 elétrons e número massa 116 tem 64 nêutrons. (c) um átomo neutro com 31 elétrons tem número atômico igual a 31. (d) um átomo neutro, ao perder três elétrons, mantém inalterado seu número atômico. (e) um cátion com carga 3+, 47 elétrons e 62 nêutrons tem número de massa igual a 112.
(UERJ/1995) Um sistema é formado por partículas que apresentam a composição atômica 10 prótons, 10 elétrons e 11 nêutrons. Ao sistema foram adicionadas novas partículas. O sistema resultante será quimicamente puro se as partículas adicionadas apresentarem a seguinte composição atômica:
(a) 21 prótons, 10 elétrons e 11 nêutrons (b) 10 prótons, 10 elétrons e 12 nêutrons (c) 11 prótons, 11 elétrons e 11 nêutrons (d) 20 prótons, 20 elétrons e 22 nêutrons (e) 11 prótons, 11 elétrons e 12 nêutrons
(PUCRJ/1996) O trítio , o deutério e o hidrogênio são: (a) isômeros (b) isóbaros (c) isótonos (d) isodiáferos (e) isótopos
(MACKENZIESP/1996) Se o número total de elétrons no íon [M (H 2 O) 4 ] 2+^ é igual a 50, então o número atômico de M é : (a) 10 (b) 12 (c) 8 (d) 42
(e) 40
- (FUVEST/1998) Há exatos 100 anos, J.J. Thomson determinou , pela primeira vez, a relação entre a massa e a carga do elétron , o que pode ser considerado como a descoberta do elétron. É reconhecida como uma contribuição de Thomson ao modelo atômico:
(a) o átomo ser indivisível. (b) a existência de partículas subatômicas. (c) os elétrons ocuparem níveis discretos de energia. (d) os elétrons girarem em órbitas circulares ao redor do núcleo. (e) o átomo possuir um núcleo com carga positiva e uma eletrosfera.
- (UERJ/1998) Há cem anos atrás, foi anunciada ao mundo inteiro a descoberta do elétron, o que provocou uma verdadeira " revolução" na ciência. Essa descoberta proporcionou à humanidade, mais tarde, a fabricação de aparelhos eletroeletrônicos, que utilizam inúmeras fiações de cobre. A alternativa que indica corretamente o número de elétrons contido na espécie química 29 Cu 2+^ , é:
(a) 25 (b) 27 (c) 31 (d) 33
- (PUCMG/1999) Numere a segunda coluna de acordo com a primeira, relacionando os nomes dos cientistas com os modelos atômicos.
- Dalton
- Rutheford
- Niels Bohr
- J. J. Thomson
( ) Descoberta do átomo e seu tamanho relativo. ( ) Átomos esféricos, maciços e indivisíveis. ( ) Modelo semelhante a um "pudim de passas" com cargas positivas e negativas em igual número.
(a) salto de núcleos provoca fosforescência. (b) salto de nêutrons provoca fosforescência. (c) salto de elétrons provoca fosforescência. (d) elétrons que absorvem fótons aproximam-se do núcleo. (e) ao apagar a luz, os elétrons adquirem maior conteúdo energético.
- (UFRRJ/2001) O íon Fe++, que faz parte da molécula de hemoglobina e integra o sistema de transporte de oxigênio no interior do corpo, possui 24 elétrons e número de massa igual a 56. O número atômico e o número de nêutrons desse íon correspondem, respectivamente, a:
(a) Z = 26 e n = 30. (b) Z = 24 e n = 30. (c) Z = 24 e n = 32. (d) Z = 30 e n = 24. (e) Z = 26 e n = 32.
(UFRS/2001) Ao comparar-se os íons K+ e Br com os respectivos átomos neutros de que se originaram, pode-se verificar que (a) houve manutenção da carga nuclear de ambos os íons. (b) o número de elétrons permanece inalterado. (c) o número de prótons sofreu alteração em sua quantidade. (d) ambos os íons são provenientes de átomos que perderam elétrons. (e) o cátion originou-se do átomo neutro a partir do recebimento de um elétron.
(UFV/2002) Considere as afirmativas abaixo:
I - Os prótons e os nêutrons são responsáveis pela carga do átomo. II - Isótopos apresentam as mesmas propriedades químicas. III - Prótons e nêutrons são os principais responsáveis pela massa do átomo. IV - A massa atômica é a soma do número de prótons e nêutrons do átomo.
São afirmativas corretas: (a) II e III. (b) I e IV. (c) III e IV. (d) I e II. (e) I, II e IV.
- (UERJ/2002) Em 1911, o cientista Ernest Rutherford realizou um experimento que consistiu em bombardear uma finíssima lâmina de ouro com partículas α , emitidas por um elemento radioativo, e observou que:
- a grande maioria das partículas α atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvios ou sofrendo desvios muito pequenos;
- uma em cada dez mil partículas α era desviada para um ângulo maior do que 90°.
Com base nas observações acima, Rutherford pôde chegar à seguinte conclusão quanto à estrutura do átomo: (a) o átomo é maciço e eletricamente neutro (b) a carga elétrica do elétron é negativa e puntiforme (c) o ouro é radioativo e um bom condutor de corrente elétrica (d) o núcleo do átomo é pequeno e contém a maior parte da massa
- (PUC-RJ/2002) Um íon X 1 tem 18 elétrons e 20 nêutrons. Portanto, o elemento X tem:
(a) número atômico 17. (b) 18 prótons. (c) 19 elétrons. (d) 19 nêutrons. (e) número de massa 38.
- (PUCRS/2003) Um cátion de carga 3
- possui 10 elétrons e 14 nêutrons. O átomo que o originou apresenta número atômico e de massa, respectivamente:
(a) 3 e 14 (b) 7 e 24 (c) 10 e 14
(d) 13 e 27 (e) 14 e 28
- (UERJ/2003) O experimento clássico de Rutherford levou à descoberta do núcleo atômico e abriu um novo capítulo no estudo da Estrutura da Matéria, ao fazer incidir um feixe de partículas sobre um alvo fixo no laboratório. As partículas desviadas eram observadas com detectores de material cintilante. Experimentos desse tipo são ainda realizados hoje em dia. A experiência de Rutherford mostrou que, ao atravessar uma lâmina delgada de ouro, uma em cada 105 partículas alfa é desviada de um ângulo médio superior a 90 o^. Considerando que a lâmina de ouro possui 10 3 camadas de átomos e elaborando a hipótese de que este desvio se deve à colisão de partículas alfa com um único núcleo atômico, Rutherford foi capaz de estimar a ordem de grandeza do núcleo. Se o raio do átomo é da ordem de 10 -8^ cm, o raio do núcleo, em cm, é da ordem de:
(a) 10 – 12 (b) 10 – 10 (c) 10 – 9 (d) 10 – 5
- (UNESP/2004) Os "agentes de cor", como o próprio nome sugere, são utilizados na indústria para a produção de cerâmicas e vidros coloridos. Tratam- se, em geral, de compostos de metais de transição e a cor final depende, entre outros fatores, do estado de oxidação do metal, conforme mostram os exemplos na tabela a seguir.
Com base nas informações fornecidas na tabela, é correto afirmar que:
(a) o número de prótons do cátion Fe2+^ é igual a 24.
(b) o número de elétrons do cátion Cu 2+ é 29. (c) Fe2+^ e Fe 3+^ não se referem ao mesmo elemento químico. (d) o cátion Cr 3+^ possui 21 elétrons. (e) no cátion Cr 6+^ o número de elétrons é igual ao número de prótons.
- (UERJ/2004) A figura a seguir foi proposta por um ilustrador para representar um átomo de lítio (Li) no estado fundamental, segundo o modelo de Rutherford-Bohr.
Constatamos que a figura está incorreta em relação ao número de:
(a) nêutrons no núcleo (b) partículas no núcleo (c) elétrons por camada (d) partículas na eletrosfera
- (UFU/2004) Podemos considerar que Dalton foi o primeiro cientista a formalizar, do ponto de vista quantitativo, a existência dos átomos.
Com base na evolução teórica e, considerando os postulados de Dalton citados abaixo, marque a única alternativa considerada correta nos dias atuais.
(a) Os átomos de um mesmo elemento são todos idênticos. (b) Uma substância elementar pode ser subdividida até se conseguirem partículas indivisíveis chamadas átomos. (c) Dois ou mais átomos podem-se combinar de diferentes maneiras para formar mais de um tipo de composto. (d) É impossível criar ou destruir um átomo de um elemento químico.
- (UFU/2005) O átomo é a menor partícula que identifica um elemento químico. Este possui duas partes a saber: uma delas é o núcleo constituído por prótons e nêutrons e a outra é a região externa - a eletrosfera - por onde circulam os elétrons. Alguns
(b) 38 e 83 (c) 41 e 86 (d) 45 e 80
- (PUCMG/2007) Considere as representações genéricas das espécies X, Y, R^2 e Z 2+^.
É correto afirmar que as espécies que apresentam o mesmo número de nêutrons são: (a) X e Z2+ (b) X e Y (c) Y e R 2 (d) Y e Z2+
- (PUCRJ/2007) Íons isoeletrônicos são íons que possuem o mesmo número de elétrons. Assinale a opção em que as três espécies atendem a essa condição:
(a) Li, Na e K. (b) Be 2+^ , Mg2+^ e Ca2+^. (c) Li+, Sr2+^ e Al 3+^. (d) O2-, Na+^ e Al 3+^.
(e) Cl - , Br -^ e I -.
- (UFJF/2007) Na tabela a seguir, qual é a alternativa que melhor preenche as lacunas nas colunas de I a IV, respectivamente?
(a) 20, I, S, 17. (b) 18, I, S, 18. (c) 20, I, O^2 , 17. (d) 22, I, O, 18. (e) 18, I, S 2 , 18.
- (CFTMG/2007) Considere três átomos A, B e C, sabendo-se que:
A, B e C têm números de massa consecutivos; B é isótopo de A, e A, isótono de C; B possui 23 nêutrons, e C, 22 prótons.
Os números atômicos de A e C são, respectivamente:
(a) 20 e 22. (b) 21 e 20. (c) 40 e 41. (d) 42 e 40.
- (CFTMG/2007) O quadro a seguir apresenta a constituição de algumas espécies da tabela periódica.
Com base nesses dados, afirma-se:
I - O átomo D está carregado positivamente. II - O átomo C está carregado negativamente. III - Os átomos B e C são eletricamente neutros. IV - Os átomos A e B são de um mesmo elemento químico.
São corretas apenas as afirmativas (a) I e III. (b) II e IV. (c) I, II e IV. (d) II, III e IV.
- (CFTMG/2007) Em fogos de artifício, observam-se as colorações, quando se adicionam sais de diferentes metais às misturas explosivas. As cores produzidas resultam de transições eletrônicas. Ao mudar de camada, em torno do núcleo atômico, os elétrons emitem energia nos comprimentos de ondas que caracterizam as diversas cores. Esse fenômeno pode ser explicado pelo modelo atômico proposto por:
(a) Niels Bohr. (b) Jonh Dalton. (c) J.J. Thomson. (d) Ernest Rutherford.
- (UFPR/2008) Atualmente, um elemento químico é definido em termos do seu número de prótons, ou seja, um elemento químico terá exatamente o mesmo número de prótons, mas não necessariamente o mesmo número de
nêutrons. Com base nisto, examine as representações químicas a seguir e analise as proposições. (As letras maiúsculas podem representar qualquer átomo):
(^1) X 1 ; 2 Z 1 ; 3 T 1 ; 4 M 2 ; 2 L (^3) ; 3 R 4
I - X, Z e T são representações de um elemento químico e, portanto, devem ter um mesmo símbolo químico. II - M e L são representações de um elemento químico e, portanto, devem ter um mesmo símbolo químico. III - X, Z e T são isóbaros entre si e M e L são isótonos entre si. IV - T, L e R são isóbaros entre si e Z, L e R são isótopos entre si. V - X não possui nenhum nêutron, e Z e T possuem 1 e 2 nêutrons respectivamente.
As proposições falsas são somente:
(a) I e II. (b) I, II e III. (c) III e IV. (d) IV e V. (e) I, III e V.
- (CFTMG/2008) A tabela seguinte apresenta a composição atômica das espécies genéricas I, II, III e IV.
Com base nesses dados, é correto afirmar que:
(a) III e IV são espécies neutras. (b) II e III possuem 19 partículas nucleares. (c) I e IV possuem número atômico igual a 18. (d) I e II pertencem ao mesmo elemento químico.
