Baixe Números quanticos e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Naval, somente na Docsity!
Números quanticos
Distinguimos duas regiões nos átomos: a) uma com carga elétrica positiva, e muito pesada, que concentra quase todo o peso do átomo: é chamada núcleo. b) uma região ocupada por elétrons, que giram ao redor do núcleo. Núcleo É constituído por neutrons e prótons. O neutron não tem carga elétrica. O próton tem carga elétrica positiva, que se representa por +e. Representa-se por Z o número de prótons de um átomo. A carga positiva do núcleo é então +Ze. Elétrons Possuem carga elétrica negativa, de mesmo valor absoluto que a dos prótons, e que se representa por -e. Como o átomo é neutro, concluímos que o número de elétrons é igual ao de prótons. Há Z prótons, cuja carga total é +Ze , e Z elétrons, cuja carga total é -Ze. A carga total do átomo é nula. Os elétrons giram ao redor do núcleo dispostos em várias órbitas. A distância dos elétrons ao núcleo é muito grande, relativamente ao tamanho do núcleo. Por isso se diz que o átomo parece um sistema solar em miniatura. As órbitas dos elétrons são representadas, de dentro para fora, pelas letras K , L , M , N , O , P , Q. A órbita K é a mais interna , Q é a mais externa. A distribuição dos elétrons nessas órbitas é conhecida para cada elemento (exemplo: hidrogênio, ouro, urânio etc.). Para cada órbita há um número máximo de elétrons admissível, que nunca é ultrapassado, em nenhum elemento. Esses números figuram na tabela abaixo: Órbita Número máximo de elétrons K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 2
Exemplos 1 – O átomo de hidrogênio tem o núcleo constituído por um único próton. E tem somente um elétron, na única órbita, K.
2 – O átomo de hélio tem o núcleo constituído por dois prótons e dois neutrons. E tem dois elétrons, na única órbita, K. 3 – O átomo de lítio tem o núcleo constituído por três prótons e quatro neutrons. Tem três elétrons: dois na órbita K, um na L.
4 – O átomo de neon tem o núcleo constituído por dez prótons e nove neutrons. Tem dez elétrons: dois na órbita K, e oito na L.
5 – O átomo de sódio tem o núcleo constituído por onze prótons e dez neutrons. Tem onze elétrons: dois na órbita K, oito na L, um na M. 6 – O átomo de urânio, o maior que existe na natureza, tem o núcleo formado por 92 prótons e 146 neutrons. Tem 92 elétrons, dispostos do seguinte modo: 2
na órbita K, 8 na L, 18 na M, 32 na N, 18 na O, 12 na P, 2 na Q. A estrutura do átomo como a conhecemos hoje, com os elétrons girando ao redor de um núcleo positivo, é chamada Estrutura de Rutherford-Bohr. Isso porque, Ernest Rutherford, grande físico experimental, realizou uma experiência decisiva, mostrando que a estrutura do átomo só pode ser essa. E Niels Bohr, grande físico teórico, foi o primeiro a tentar uma exposição matemática dessa estrutura. NÚMERO ATÔMICO E NÚMERO DE MASSA Chama-se o número atômico de um elemento o número de prótons no seu núcleo. Para um âtomo neutro, este é também o número de elétrons que o átomo possui. O número atômico geralmente é representado pela letra Z. Chama-se o número de massa de um elemento a soma do número de prótons com o número de neutrons , isto é, o número de partículas que constituem o núcleo. Representa-se geralmente pela letra A. Assim, sendo N o número de neutrons de um núcleo, é evidente que: ISÓTOPOS, ISÓBAROS, ISÓTONOS Chamam-se isótopos os elementos que possuem igual número atômico , mas não possuem igual número de massa. Os isótopos possuem mesmo número de prótons em seus núcleos, mas, não possuem mesmo número de neutrons. Exemplos 1º) Há 5 isótopos do oxigênio, todos de número atômico 8, mas de massas diferentes. Êles são: oxigênio 15 (que tem A = 15); massa atômica = 15, oxigênio 16 (que tem A = 16); massa atômica = 16, oxigênio 17 (que tem A = 17); massa atômica = 17, oxigênio 18 (que tem A = 18); massa atômica = 18, oxigênio 19 (que tem A = 19); massa atômica =? 2º) Há 3 isótopos do hidrogênio, todos de número atômico 1: hidrogênio 1 (A = 1); massa atômica = 1, hidrogênio 2 (A = 2); massa atômica = 2, hidrogênio 3 (A = 3); massa atômica = 3, Indicamos o nome de um isótopo de um elemento, escrevendo adiante do nome do elemento, o número de massa do isótopo. Exemplo: oxigênio 15, hidrogênio 1, urânio 235, urânio 238 etc. Chamam-se isóbaros os elementos que têm mesmo número de massa. Exemplos Existe um hidrogênio 3 (A = 3), e um hélio 3 (A = 3). Êles são, portanto, isóbaros. Chamam-se isótonos os elementos cujos átomos têm mesmo número de neutrons. UNIDADE DE MASSA ATÔMICA O oxigênio tem 5 isótopos. O mais abundante na natureza é o de número de massa 16. A êsse isótopo atribuímos arbitrariamente massa atômica 16,0000. Considerando os 5 isótopos do oxigênio e suas abundâncias relativas, atribuindo massa atômica 16,0000 ao isótopo de número de massa 16, e calculando uma média para a massa atômica do oxigênio, encontramos o valor 16,. Adota-se geralmente, como unidade de massa atômica, de massa atômica média do oxigênio. Representaremos essa unidade por u.m.a.
A massa do próton é 1,007582 u.m.a. A do neutron é 1,008930 u.m.a. Ambas são quase iguais a 1 u.m.a.. É por isso que o número de massa de um elemento dá aproximadamente sua massa atômica. Compare os números de
hidrogênio, que não tem nêutron). A massa de um próton é de 1,6726 x 10-27 kg, ou seja, 1.836 vezes a do elétron. O número atômico de um elemento indica o número de prótons em seu núcleo e determina de que elemento se trata.O antipróton é sua antipartícula. É estável no vácuo e não se desintegra espontaneamente. Nêutron: uma das partículas fundamentais que compõem a matéria. Sua massa é de 1,675 x 10-27 kg, aproximadamente 0,125% maior que a do próton. Não tem carga elétrica. É uma partícula constituinte de todos os núcleos, exceto o do hidrogênio comum. Os nêutrons livres, que formam parte de um núcleo, são produzidos em reações nucleares. Quando é expulso do núcleo, o nêutron é instável, e se desintegra para dar lugar a um próton, um elétron e um neutrino. O uso de feixes de nêutrons é uma ferramenta importante em campos tão diversos quando a paleontologia, a arqueologia e a história da arte. Elétron: tipo de partícula elementar que, junto com os prótons e os nêutrons, forma os átomos e as moléculas. Intervém em uma grande variedade de fenômenos. Os elétrons têm uma massa em repouso de 9,109 x 10-31^ kg e uma carga elétrica negativa de 1,602 x 10-19^ coulombs. Sua partícula de antimatéria correspondente é o pósitron. Estrutura Atômica
1. Número Atômico (Z) É o número de prótons do núcleo de um átomo. É o número que identifica o átomo. A representação do número atômico dos átomos é: ZE Num átomo neutro, cuja carga elétrica total é zero, o número de prótons é igual ao número de elétrons. O número de elétrons, nesse caso, pode ser considerado igual ao número atômico. Exemplo: O átomo de magnésio (Mg) tem número atômico 12 (Z = 12). Significado: no núcleo do átomo de Mg existem 12 prótons. No átomo neutro de Mg existem 12 prótons e 12 elétrons. 2. Número de Massa (A) É a soma do número de prótons (Z) e do número de nêutrons (N) existentes no núcleo de um átomo. A = Z + N
Exemplo: Um átomo neutro tem 19 prótons e 21 nêutrons, portanto: Z = 19 e N = 21 A = Z + N = 19 + 21 = 40
3. Elemento Químico
É o conjunto de átomos que apresentam o mesmo número atômico (Z) (mesma identificação química). Observações: Como vimos anteriormente, um átomo é eletricamente neutro quando o número de prótons é igual ao número de elétrons, porém um átomo pode perder ou ganhar elétrons na eletrosfera, sem sofrer alteração no seu núcleo, originando partículas carregadas positiva ou negativamente, denominadas íons.
Se um átomo ganha elétrons, ele se torna um íon negativo, chamado ânion.
Se um átomo perde elétrons, ele se torna um íon positivo, chamado cátion.
4. Isótopos, Isóbaros e Isótonos
Isótopos : são átomos que apresentam o mesmo número atômico (Z) e diferentes número de massas (A).
Os isótopos são átomos de um mesmo elemento químico (mesmo Z), e que apresentam diferentes números de nêutrons, resultando assim diferentes números de massa.
Isóbaros : são átomos que apresentam diferentes números atômicos (Z) e mesmo número de massa (A).
Isótonos : são átomos que apresentam diferentes números atômicos (Z), diferentes números de massa (A), e o mesmo número de nêutrons.
