CW1 - Estrutura atômica

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<p>ESTRUTURA ATÔMICA</p><p>Aula 1</p><p>O ÁTOMO</p><p>O átomo</p><p>Olá, estudante! Nesta videoaula serão abordados os conceitos relacionados à unidade</p><p>básica da matéria, ou seja, o átomo. Assim, será possível compreender qual é a sua</p><p>constituição fundamental, como está organizado no espaço, o motivo pelo qual há uma</p><p>variedade de tipos atômicos e como a energia está a ele associada.</p><p>Tais conceitos e definições relacionados ao átomo e distribuições energéticas são essenciais</p><p>para o desenvolvimento científico e tecnológico, aplicado em todas as áreas do</p><p>conhecimento, pelo fato de que tudo que possui massa e ocupa um lugar no espaço é</p><p>constituído por átomos. Assim, conhecê-lo e entender as possíveis relações que possam ter</p><p>na constituição da matéria é fundamental para o desenvolvimento de sua prática pessoal.</p><p>Prepare-se, pois, para esta jornada de conhecimento! Vamos lá!</p><p>Ponto de Partida</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 1/51</p><p>Olá, estudante! Boas-vindas à disciplina de Química e Ciência dos Materiais, a qual tem por</p><p>objetivo abordar os conceitos relacionados ao estudo de materiais, conhecendo suas</p><p>principais propriedades, características e aplicações voltadas ao desenvolvimento de</p><p>projetos de engenharia. Mas por que a Química é importante para análise dos materiais? A</p><p>Química estuda a unidade básica da matéria, o átomo, e suas relações para a formação de</p><p>moléculas, substâncias e materiais. Por essa razão, ela é tão importantes para a área.</p><p>Logo, nesta primeira aula, investigaremos o átomo, estudando sua composição, ordenação</p><p>no espaço e distribuição energética. Do mesmo modo, exploraremos os conceitos</p><p>fundamentais para compreensão da constituição e formação dos materiais, bem como a</p><p>análise das propriedades mecânicas devido aos tipos de átomos e ligação entre eles.</p><p>Como aplicação de tais conceitos, imagine que você atua como trainee em uma grande</p><p>empresa de desenvolvimento tecnológico de sua cidade, empresa essa que tem ganhado</p><p>espaço no mercado nacional devido a seus projetos inovadores, considerando o melhor</p><p>custo-benefício, propondo utilização de novos materiais.</p><p>Você foi solicitado para compor a equipe em um novo projeto que visava desenvolver um</p><p>produto altamente resistente, mas que pudesse ser moldado facilmente a uma aplicação</p><p>específica. Na primeira etapa, você ficou responsável por realizar um estudo sobre a</p><p>estrutura da matéria, descrevendo a composição fundamental do átomo através do modelo</p><p>atômico e apresentando a camada de valência de alguns elementos químicos através de sua</p><p>distribuição energética. Os elementos escolhidos para esse estudo foram: alumínio, carbono,</p><p>cobre, ferro e oxigênio.</p><p>Ao final dessa etapa, um relatório deve ser entregue ao coordenador do projeto contendo as</p><p>informações por ele solicitadas.</p><p>Conhecer a constituição fundamental dos elementos químicos que compõem uma estrutura,</p><p>um material ou molécula é fundamental para identificar as propriedades que estão presentes,</p><p>sendo possível buscar alternativas de melhora de suas características, propondo a</p><p>substituição e utilização de novos elementos químicos que se adaptem à estrutura inicial</p><p>devido às particularidades que possuem.</p><p>Vamos conhecer os conceitos necessários para resolução do problema proposto?</p><p>Bom estudo!</p><p>Vamos Começar!</p><p>Conceitos fundamentais</p><p>Na física, matéria é definida como aquilo que possui massa e ocupa lugar no espaço. E tudo</p><p>o que possui massa é constituído por átomos. A palavra átomo tem origem grega e significa</p><p>“indivisível”. O átomo é considerado a menor parcela de divisão de um elemento/material</p><p>sem que ocorra a perda das propriedades químicas; por essa razão, também é conhecido</p><p>como unidade básica da matéria.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 2/51</p><p>De maneira geral, o átomo é composto por um núcleo denso e muito pequeno, formado por</p><p>nêutrons e prótons, envolvido por elétrons em movimentos orbitais. Tanto prótons quanto</p><p>elétrons possuem cargas elétricas positivas e negativas, respectivamente, com o mesmo</p><p>valor de 1,60x 10-19C. Já os nêutrons, como o próprio nome sugere, são eletricamente</p><p>neutros. Essa configuração é possível devido à atração eletrostática entre prótons e elétrons</p><p>no interior dos átomos, por possuírem cargas elétricas opostas que se atraem. Por fim, a</p><p>massa de cada uma dessas partículas é infinitamente pequena: prótons e nêutrons com</p><p>massa da ordem de 1,67x 10-27kg e elétrons com massa da ordem de 9,11x 10-31kg.</p><p>Cada elemento químico existente é caracterizado pela quantidade de prótons que se</p><p>encontram em seu núcleo. Esse valor é conhecido como número atômico (Z). Por exemplo, o</p><p>átomo de oxigênio apresenta 8 prótons em seu núcleo, assim, seu número atômico é igual a</p><p>8 (Z0 = 8). E ainda, para um átomo completo, ou seja, eletricamente neutro, o número</p><p>atômico é igual ao número de elétrons que possui. A Figura 1 traz uma configuração</p><p>esquemática da composição do átomo de carbono, com Z = 6.</p><p>Figura 1 | Representação esquemática do átomo de</p><p>carbono. Fonte: adaptada de Pixabay.</p><p>Outra definição importante é a de massa atômica (A), que expressa a soma das massas dos</p><p>prótons e nêutrons que constituem o núcleo atômico. O número de prótons sempre será o</p><p>mesmo para todos os átomos de um mesmo elemento, mas o número de nêutrons (N) pode</p><p>variar. Nesse caso, os átomos de alguns elementos químicos podem apresentar massas</p><p>atômicas diferentes, recebendo o nome de isótopos. Assim, podemos relacionar a massa</p><p>atômica (A) com o número de prótons (Z) e nêutrons (N) na Equação 1.</p><p>O hidrogênio é um bom exemplo para compreendermos o conceito de isótopo. Ele pode ser</p><p>encontrado na natureza de três formas diferentes, variando sua massa atômica devido à</p><p>quantidade de nêutrons em seu núcleo: prótio com apenas um próton no núcleo e a ausência</p><p>total de nêutron; deutério que possui um próton e um nêutron no núcleo; e, por fim, o trítio</p><p>com um próton e dois nêutrons no núcleo.</p><p>Já o peso atômico é obtido pela média ponderada das massas atômicas dos isótopos do</p><p>átomo que ocorrem naturalmente. A unidade de massa atômica (uma) é utilizada para o</p><p>cálculo do peso atômico e equivale a 1/12 da massa atômica do carbono 12, considerado o</p><p>isótopo mais comum do carbono (C12).</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 3/51</p><p>O peso atômico pode ser expresso em termos de átomos ou moléculas, mas é comumente</p><p>utilizado o conceito de massa por mol de material. Um mol, representado pelo número de</p><p>Avogadro, contém 6,023 x 1023 átomos ou moléculas em uma substância. Assim, a Equação</p><p>2 expressa a relação entre as definições de peso atômico.</p><p>Por exemplo, em um mol de prata (Ag), com número atômico igual a 47, há 6,023 x 1023</p><p>átomos e 107,87 uma ou 107,87g. Ademais, com tais conceitos é possível calcular a</p><p>quantidade de átomos e/ou moléculas em uma amostra de material. Esse cálculo é possível</p><p>utilizando a massa atômica do átomo ou molécula e o número de Avogadro.</p><p>Exemplificando a ideia, podemos montar uma regra de três simples para calcular quantos</p><p>átomos há em 100g de cobre (3).</p><p>Utilizando a tabela periódica, temos que a massa atômica desse elemento vale 63,55g.</p><p>Substituindo os valores na Equação 3, a quantidade de átomos de cobre é dada por.</p><p>Importante ressaltar que esses conceitos fundamentais para compreensão do átomo, cálculo</p><p>de massa atômica e número de Avogadro são importantes para o entendimento das</p><p>estruturas e propriedades dos materiais.</p><p>Siga em Frente...</p><p>Modelo atômico e números quânticos</p><p>As fabulações iniciais sobre a constituição da matéria datam de muito antes da era cristã.</p><p>Mas foi Demócrito (460 – 370 a.C.) que teorizou e nomeou o átomo por acreditar que a</p><p>matéria chegaria em um ponto que não poderia mais ser dividida; em outras palavras, ele</p><p>formulou teorias sobre a matéria ser formada por partículas indivisíveis,</p><p>para ocupar um volume específico. No Sistema Internacional (SI), sua unidade é mas</p><p>usualmente utilizamos . Matematicamente, a equação para densidade é dada por (1).</p><p>Basicamente, a matéria existe em três formas (estados): sólido, líquido e gasoso. Os</p><p>materiais em estado sólido apresentam forma rígida, ocupando porções definidas no espaço,</p><p>e volume fixo, apresentando pequenas mudanças com a variação de temperatura e pressão.</p><p>Os materiais em estado líquido também ocupam porções definidas no espaço, como os</p><p>sólidos, mas não apresentam volume fixo, tomando a forma do recipiente em que são</p><p>alocados. Por fim, materiais em estado gasoso não ocupam porções definidas do espaço e</p><p>não possuem formas definidas, ou seja, seu volume é determinado pelo recipiente que os</p><p>contêm. A Figura 1 traz uma representação dos estados da matéria, que pode mudar seu</p><p>estado físico (sólido, líquido ou gasoso) mantendo sua composição química.</p><p>Figura 1 | Os três estados da matéria. Fonte: adaptado de</p><p>iStock.</p><p>kg</p><p>m3</p><p>g</p><p>cm3</p><p>p  =   m</p><p>V</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 32/51</p><p>Qualquer matéria pode existir em um de seus três estados. Para todos os casos, ela estará</p><p>em estado sólido para a temperatura mais baixa de sua constituição. À medida que a</p><p>temperatura aumenta, os elementos que constituem o material se fundem e ocorre a</p><p>formação da fase líquida. Para temperaturas ainda maiores, os líquidos se evaporam para</p><p>formar gases. Nesse processo, a variação do volume do composto acompanha a mudança</p><p>de estado: aumentando com o aumento da temperatura e diminuindo com a diminuição da</p><p>temperatura. Contudo, a água é uma exceção significativa dessa regra, apresentando</p><p>expansão do volume no resfriamento, na mudança de fase de líquido para sólido. Esse</p><p>fenômeno é conhecido como caso anômalo da água.</p><p>Para facilitar a compreensão das propriedades dos estados da matéria, a teoria cinética</p><p>molecular da matéria afirma que toda matéria é constituída por átomos, moléculas ou íons</p><p>que estão em constante movimento. Nessa teoria, as fases da matéria são explicadas</p><p>através do arranjo atômico que possuem, ou seja:</p><p>Sólido: nesse estado, as partículas que compõe a matéria estão muito próximas umas</p><p>das outras, normalmente apresentando um arranjo atômico regular. Essas partículas</p><p>vibram com pouca intensidade, visto a baixa temperatura do material, e raramente uma</p><p>partícula em um sólido ultrapassa suas vizinhas de modo a entrar em contato com um</p><p>novo conjunto de partículas.</p><p>Líquido: possuem arranjo atômico irregular e vibram com mais intensidade que os</p><p>sólidos. Isso faz com que as partículas não apresentem confinamento em posições</p><p>específicas, podendo mover-se e ultrapassar outras partículas.</p><p>Gasoso: em situações normais, as partículas em um gás encontram-se bem distantes</p><p>umas das outras devido à alta intensidade de vibração em função da elevada</p><p>temperatura. Por essa razão, as moléculas de um gás se movem com extrema rapidez</p><p>e não são confinadas por suas vizinhas, colidindo umas com as outras e com as</p><p>paredes do recipiente ao qual estão alocadas. Esse movimento aleatório permite que</p><p>elas preencham seu recipiente, de forma que o volume de uma amostra de gás equivale</p><p>ao volume do recipiente.</p><p>Para a formação da matéria, em qualquer estado físico que se encontra, há força de atração</p><p>entre suas partículas. Essa força é mais forte em sólidos e menos intensa em gases e</p><p>possuem papel significativo na determinação das propriedades da matéria.</p><p>Uma substância pode apresentar mudança de fase absorvendo ou cedendo energia na forma</p><p>de calor, aumentando ou diminuindo sua temperatura, respectivamente. Essas mudanças de</p><p>estado de matéria recebem nomes especiais, por exemplo: a transformação do sólido para</p><p>líquido é chamada de fusão, líquido para vapor é chamada de vaporização, gás para líquido</p><p>é chamada de condensação, enquanto do líquido para sólido é chamada de solidificação.</p><p>Essas mudanças de fase são apresentadas resumidamente pela Figura 2.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 33/51</p><p>Figura 2 | Possíveis mudanças do estado da matéria. Fonte:</p><p>elaborada pela autora.</p><p>Dessa forma, as principais mudanças de fase da matéria são definidas como:</p><p>Fusão: quando ocorre a mudança do estado sólido para o estado líquido.</p><p>Vaporização: quando ocorre a mudança do estado líquido para o estado gasoso,</p><p>podendo se dar de três formas: líquido que passa para o estado gasoso abaixo da</p><p>temperatura de ebulição (evaporação); líquido passa para o estado gasoso na</p><p>temperatura de ebulição (ebulição); e líquido passa para o estado gasoso acima da</p><p>temperatura de ebulição (calefação).</p><p>Liquefação ou condensação: quando ocorre a mudança do estado gasoso para o estado</p><p>líquido.</p><p>Solidificação: quando ocorre mudança do estado líquido para o estado sólido.</p><p>Sublimação: quando ocorre a mudança do estado sólido para o estado gasoso e vice-</p><p>versa.</p><p>Por fim, à pressão constante, a temperatura de fusão, ou ponto de fusão, é a temperatura em</p><p>que uma substância pura passa do estado sólido para o estado líquido. Do mesmo modo, a</p><p>temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso é</p><p>chamada de temperatura de ebulição ou ponto de ebulição.</p><p>As mudanças de estados da matéria são, portanto, fundamentais para compreender a maior</p><p>parte dos fenômenos naturais que ocorrem diariamente. O exemplo mais simples é o da</p><p>água que, ao longo de um mesmo dia, muda de fase em diversos fenômenos observados</p><p>(chuva, fazer um café, vapor no banheiro enquanto toma um banho quente, entre outros).</p><p>Siga em Frente...</p><p>Classificação da matéria</p><p>A matéria pode ser classificada em substâncias puras ou misturas (homogêneas ou</p><p>heterogêneas). Por definição, substância pura é denominada a substância que apresenta</p><p>composição química invariável e homogênea. Ela pode existir em mais de uma fase, mas</p><p>sua composição será a mesma em todas as fases.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 34/51</p><p>A água é um bom exemplo para que possamos compreender uma substância pura. Imagine</p><p>um copo com água líquida e um gelo. Nesse caso, temos o composto água em duas fases</p><p>distintas, mas de mesma composição química (H2O).</p><p>Ademais, a substância pura pode ser dada de duas formas: pura simples e pura composta. A</p><p>substância pura será simples quando o composto for constituído por apenas um tipo de</p><p>elemento químico, como os gases oxigênio (O2) e nitrogênio (N2), contendo apenas os</p><p>elementos oxigênio e nitrogênio, respectivamente, na formação da matéria.</p><p>Já a substância composta é formada por elementos químicos diferentes, como a água (H2O),</p><p>que contém os elementos hidrogênio (H) e oxigênio (O), ou o gás dióxido de carbono (CO2),</p><p>com os elementos carbono (C) e oxigênio (O).</p><p>Mas como identificar quando uma substância é considerada pura, independentemente de ser</p><p>simples ou composta? Uma substância é considerada pura quando as mudanças de fase</p><p>ocorrerem completamente e em uma temperatura fixa, ou seja, quando todas as moléculas</p><p>da substância mudarem de fase na mesma temperatura.</p><p>Novamente, a água é um bom exemplo para entendermos esse conceito. O gelo (água no</p><p>estado sólido) começa a liquefazer, em pressão atmosférica, a aproximadamente 0ºC. Essa</p><p>temperatura é mantida até que a última molécula de água no estado sólido altere para o</p><p>estado líquido. O mesmo acontece no processo de vaporização, em que a primeira molécula</p><p>muda de estado líquido para sólido a aproximadamente 100ºC, e essa temperatura é mantida</p><p>até que a última molécula altere o seu estado físico.</p><p>Outra característica de uma substância pura é que nenhuma técnica física é capaz de</p><p>separá-la em duas ou mais espécies diferentes a temperaturas ordinárias. Se fosse possível</p><p>a separação, a substância seria classificada como uma mistura.</p><p>Uma mistura é, assim, definida por</p><p>duas ou mais substâncias puras que podem ser</p><p>separadas aplicando técnicas físicas. Ela pode ser homogênea, quando não se percebe a</p><p>diferença entre as moléculas que compõem a substância por estarem em mesma fase e</p><p>apresentarem mesmas propriedades químicas em toda sua extensão, como o açúcar</p><p>dissolvido completamente na água), ou heterogênea, quando as moléculas que a constituem</p><p>apresentam-se em mais de uma fase, de propriedades diferentes, como óleo na água. A</p><p>Figura 3 apresenta um exemplo de substâncias homogêneas e heterogêneas.</p><p>Figura 3 | Misturas homogêneas e heterogêneas. Fonte: adaptada de Kotz et al. (2023, p.</p><p>8).</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 35/51</p><p>Normalmente, as misturas heterogêneas são identificadas visualmente. Contudo, existem</p><p>alguns tipos de misturas que parecem uniformes, mas não o são. O leite, por exemplo,</p><p>parece ter uma textura lisa a olho nu, mas olhar ao olharmos mais de perto (com o auxílio de</p><p>um microscópio), veremos a existência de glóbulos de gordura e proteínas no líquido.</p><p>Além disso, as propriedades de uma matéria podem ser do tipo extensivas ou intensivas, ou</p><p>seja, dependentes da massa das substâncias ou não dependentes. Assim, as propriedades</p><p>extensivas dependem da quantidade de substância presente, variando de forma proporcional</p><p>ao tamanho ou à quantidade de massa em um sistema. Massa, volume, energia interna,</p><p>entalpia e entropia são exemplos de propriedades extensivas.</p><p>Já as propriedades intensivas são aquelas que não dependem da quantidade de substância,</p><p>mas levam em consideração o tipo a ser avaliado. Pressão, temperatura, massa específica</p><p>(densidade), energia interna específica, entalpia específica e entropia específica são</p><p>exemplos de propriedades intensivas. Também são exemplos de propriedades intensivas o</p><p>ponto de fusão o e ponto de ebulição.</p><p>É importante ressaltar que uma propriedade extensiva pode ser transformada em</p><p>propriedade intensiva dividindo seu valor pela massa do sistema. Como exemplo, temos o</p><p>volume específico, definido pelo volume da substância dividido por sua massa.</p><p>Consideremos uma amostra de 27,2 g de mercúrio líquido ocupando um volume de 2,00</p><p>cm3. O mercúrio líquido possui ponto de fusão a temperatura de 234 K e densidade de 13,6</p><p>g/cm3. Observando as propriedades fornecidas, tanto a massa quanto o volume da amostra</p><p>dependem da quantidade de material presente. Portanto, massa e volume são propriedades</p><p>extensivas. Já o ponto de fusão e a densidade são propriedades intrínsecas ao material,</p><p>independentemente da quantidade de matéria existente. Assim, o ponto de fusão e a</p><p>densidade são propriedades intensivas.</p><p>Ademais, as propriedades intensivas muitas vezes são utilizadas para identificar o tipo de</p><p>material existente. Por exemplo, a temperatura de fusão, em pressão atmosférica, pode ser</p><p>usada para identificar o tipo de sólido existente.</p><p>Figura 4 | Classificação da matéria. Fonte: elaborada pela autora.</p><p>Outra categorização da matéria consiste na distinção entre propriedades físicas e</p><p>propriedades químicas. Uma propriedade física pode ser observada ou medida sem mudar a</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 36/51</p><p>identidade da matéria (ou seja, sua composição química), enquanto uma propriedade</p><p>química se refere à capacidade de uma substância de se transformar em outra.</p><p>Lei dos gases</p><p>De maneira geral, o comportamento dos gases é o mais simples de ser entendido, quando</p><p>visualizado a nível molecular, ao ser comparado aos outros dois estados da matéria (sólido e</p><p>líquido). Ao observar o comportamento das moléculas que constituem a substância, é</p><p>possível descrever as propriedades na fase gasosa. Para tanto, é necessário que os valores</p><p>de pressão (p), volume (V), temperatura (T, em Kelvin) e quantidade de matéria (número de</p><p>mol) do gás seja conhecido.</p><p>Volume é uma das propriedades de um gás e indica as dimensões do local em que está. Já a</p><p>temperatura está associada à energia térmica que as moléculas possuem (quanto maior a</p><p>temperatura, maior a energia térmica, maior o movimento das moléculas). Quando à</p><p>quantidade de matéria, ela lida com o número de moléculas que constituem a porção de gás</p><p>que será estudada. Por fim, a pressão é definida pela força (F) exercida sobre um objeto em</p><p>razão da área (A) de aplicação da força (Equação 2), Cuja unidade de medida, no SI, é dada</p><p>por Pascal (Pa), em que</p><p>Outras unidades para pressão são: milímetro de mercúrio (mm Hg), atmosfera (atm) e bar.</p><p>Assim, a relação entre as grandezas é expressa da seguinte forma:</p><p>As propriedades volume e temperatura são alteradas com a variação da pressão. Por</p><p>exemplo, quando uma quantidade de gás está confinada em um frasco de volume V1, terá</p><p>uma pressão p1. Alterando o volume para V2, como o sistema é fechado, surgirá uma nova</p><p>pressão p2. Nesse caso, se o volume aumentar, a pressão será menor; já se o volume</p><p>diminuir, a pressão será maior, uma vez que o gás ocupar menos espaço. O fato de o gás</p><p>ocupar mais ou menos espaço está associado à propriedade de expansibilidade e</p><p>compressibilidade dos gases, respectivamente.</p><p>Outra propriedade que afeta o volume de um gás é a temperatura. Como a temperatura está</p><p>associada à agitação térmica das moléculas, quanto maior a temperatura, maior o volume</p><p>que o gás ocupa. Quanto menor a temperatura, menor esse volume.</p><p>Para comprovar essa teoria, faça a seguinte experiência: infle um balão (ou uma bexiga),</p><p>amarre e coloque a bexiga cheia na geladeira. No dia seguinte, abra a geladeira e veja como</p><p>está o balão: ele estará murcho. Contudo, ao tirar da geladeira, imediatamente ele começará</p><p>a “encher” novamente, mesmo estando amarrado. Essa situação ocorre pela variação da</p><p>temperatura do gás dentro do balão: baixa temperatura = baixo volume, alta temperatura =</p><p>alto volume.</p><p>Tanto a temperatura quanto a pressão estão relacionadas com o volume pelas leis de Boyle</p><p>e de Charles, respectivamente. Pela lei de Boyle, se conhecermos os valores de pressão e</p><p>p  =   F</p><p>A</p><p>1 bar  =  750 mmHg  =  105 Pa  =  0, 98692 atm</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 37/51</p><p>volume de uma quantidade n de um gás, à temperatura fixa, será possível obter essas</p><p>características para um estado final, dada por (4).</p><p>Já, pela lei de Charles, podemos dizer que com uma quantidade n de gás e pressão</p><p>constantes, o volume e a temperatura de uma condição inicial estão relacionados com o</p><p>volume e a temperatura de uma condição final por:</p><p>p1 V1  = p2 V2</p><p>V1</p><p>T1</p><p>=   V2</p><p>T2</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 38/51</p><p>Agrupando as Equações 4 e 5, é possível chegar à lei geral dos gases, possibilitando o</p><p>estudo do comportamento de um gás quando há variação da pressão, volume e temperatura.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 39/51</p><p>Essas relações são expressas no Quadro 1.</p><p>Lei de Boyle: para</p><p>determinada quantia de</p><p>gás (n) a uma</p><p>temperatura fixa (T), o</p><p>volume do gás diminui</p><p>se a pressão aumenta.</p><p>Por outro lado, se a</p><p>pressão diminui, o</p><p>volume do gás aumenta.</p><p>p=CB x 1V</p><p>Com n e T</p><p>constantes.</p><p>p = CB x  1V</p><p>Lei de Charles: para</p><p>uma determinada</p><p>quantia de gás (n) a uma</p><p>pressão fixa (p), o</p><p>volume do gás diminui</p><p>se a temperatura</p><p>diminui. Já se a</p><p>temperatura aumenta, o</p><p>volume do gás também</p><p>irá aumentar.</p><p>V=Cc x T</p><p>Com n e p</p><p>constantes</p><p>T em Kelvin</p><p>V = Cc x T</p><p>Lei geral dos gases:</p><p>baseada nas</p><p>observações de Boyle e</p><p>Charles, relaciona</p><p>pressão (p), volume (V)</p><p>e temperatura (T).</p><p>p1V1T1=p2V2T2</p><p>Para uma quantia n</p><p>de</p><p>gás, com T em</p><p>Kelvin</p><p>p1V1</p><p>T1</p><p>= p2V2</p><p>T2</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html</p><p>40/51</p><p>Quadro 1 | Lei dos gases. Fonte: elaborado pela autora.</p><p>Com as equações apresentadas no Quadro 1, é possível obter a lei dos gases ideais</p><p>utilizando uma constante de proporcionalidade R. Assim, teremos:</p><p>pV = nRT</p><p>em que a constante R é chamada de constante universal dos gases, dada por 8,31 J/mol K</p><p>ou 0,082 L atm/K mol.</p><p>A partir dessa equação, algumas considerações são possíveis:</p><p>Para temperatura e número de moléculas constante, ao diminuirmos o volume do</p><p>recipiente que contém um gás, aumentamos as colisões das moléculas contra elas</p><p>mesmas e contra as paredes do recipiente, aumentando a pressão. Nesse caso, a</p><p>pressão é calculada por</p><p>Para temperatura e volume constantes, ao aumentarmos o número de moléculas em um</p><p>recipiente de volume fixo, aumentamos os choques moleculares e contra as paredes do</p><p>recipiente, aumentando a pressão. Nesse caso, a pressão será calculada por</p><p>Para o número de moléculas e volume constantes, a pressão é decorrente da razão</p><p>entre a força das colisões e a área. Ao aumentarmos a temperatura, aumentamos a</p><p>energia cinética das moléculas, portanto aumentamos a força das colisões,</p><p>aumentando, assim, a pressão. Nesse caso, a pressão é calculada por</p><p>Para a pressão constante, ao aumentarmos o número de moléculas, aumentamos os</p><p>choques e, para que a pressão permaneça constante, ou o volume aumenta ou a</p><p>temperatura devido à maior energia cinética média do sistema. Assim, o volume pode</p><p>ser calculado por</p><p>Como exemplo, vamos considerar que um gás ideal à temperatura de 0ºC possui um de 0,5</p><p>m3 e pressão p1. Alterando os valores de pressão e temperatura, em um novo estado, para</p><p>p2 = 0,5p1 e T2 = 10T1, qual será o novo volume (V2)?</p><p>Para obter o novo volume (V2), podemos aplicar a lei dos gases ideais considerando os dois</p><p>estados. No estado 1, a lei dos gases ideais será expressa pela Equação 7 e, no estado 2,</p><p>pela Equação 8.</p><p>Nesse caso, observamos que a quantidade de gás (n) não é alterada no processo e, como o</p><p>gás é ideal, a contante universal dos gases R permanece a mesma. Isolando nas</p><p>Equações 7 e 8, teremos, respectivamente.</p><p>Como o produto será o mesmo tanto no estado 1, quanto no estado 2, igualando as</p><p>Equações 9 e 10, teremos:</p><p>p = ( 1</p><p>V</p><p>)nRT</p><p>p  =  n( RT</p><p>V</p><p>)</p><p>p  =  T( nR</p><p>V</p><p>)</p><p>V   =  nT( R</p><p>P</p><p>)</p><p>p1 V1  =  nRT1p2 V2  =  nRT2</p><p>nR</p><p>p1 V1  =  nRT1 → nR  =   p1 V1</p><p>T1</p><p>p2 V2  =  nRT2 →</p><p>p2 V2</p><p>T2</p><p>nR</p><p>p1 V1</p><p>T1</p><p>=   p2 V2</p><p>T2</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 41/51</p><p>Substituindo os valores fornecidos em (11), obtemos o novo volume V2 por:</p><p>Dessa forma, o novo volume será de .</p><p>A lei dos gases ideais é completamente aplicável aos gases próximos à temperatura</p><p>ambiente, com uma pressão de 1 atm. Em outras condições, ocorrem alguns desvios na</p><p>relação pVT, isso devido à suposição de que moléculas de gases possuem volumes</p><p>desprezíveis e de que não há nenhum tipo de força entre elas.</p><p>Vamos Exercitar?</p><p>Retomando o problema proposto inicialmente, você foi acionado para verificar o volume final</p><p>de gás em cada embalagem. Para garantir o aumento na validade dos produtos, foi proposta</p><p>a utilização do gás argônio que, imediatamente após a colocação do gás na embalagem,</p><p>assume o comportamento de um gás ideal. Para o desenvolvimento dos cálculos, alguns</p><p>dados foram fornecidos: pressão de 1 atm, temperatura de 27ºC e massa de 0,16 g. Com</p><p>esses dados, o volume ocupado pelo gás na embalagem pode ser calculado.</p><p>Foi informado que, em cada embalagem, será utilizado 0,16 g de Ar. O primeiro passo é</p><p>obter esse valor em quantidade de matéria, ou seja, em mol. Consultando a tabela periódica,</p><p>a massa atômica do argônio apresenta valor de 40 g/mol. Assim, o número de mols pode ser</p><p>calculado pela Equação 13, em que m representa a massa do composto e MAr a massa</p><p>atômica.</p><p>Com o número de mols de argônio, o volume pode ser calculado pela lei dos gases ideais.</p><p>Lembrando que a constante universal dos gases apresenta valor de 8,31 J/mol K ou 0,082 L</p><p>atm/K mol. O cálculo do volume é expresso por (14), lembrando que a temperatura deve ser</p><p>utilizada em Kelvin (K).</p><p>Assim, o volume de gás em cada embalagem será de 98,4 mL. Com esse dado, é possível</p><p>fazer um orçamento do custo bruto para cada embalagem, pensar em condições de</p><p>transporte (logística de transporte) e projetar um valor para o produto considerando a</p><p>margem de lucro requerida.</p><p>Saiba Mais</p><p>Olá, estudante!</p><p>Veja os conceitos na prática, através da execução dos experimentos nos simuladores</p><p>propostos a seguir, na plataforma Phet:</p><p>PHET. Estados da matéria, 2024. Sobre.</p><p>p1 V1</p><p>T1</p><p>=   p2 V2</p><p>T2</p><p>→ V2 =</p><p>p1 V1 T2</p><p>T1P2</p><p>=</p><p>p1(0,5 m3) (10 + 273K)</p><p>(273 K) (0,5p1)</p><p>= 10m3</p><p>10m3</p><p>n = m</p><p>MAg</p><p>= 0,16 g</p><p>40 g/mol</p><p>= 0, 004 mol</p><p>pV = nRT → V = nRT</p><p>p</p><p>=</p><p>(0,004 mol)(0,082 L atm</p><p>K mol</p><p>)(27 + 273)</p><p>1 atm</p><p>= 0, 0984 L  =  98, 4 mL</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 42/51</p><p>https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/states-of-matter</p><p>PHET. Densidade, 2024. Sobre.</p><p>PHET. Propriedades dos gases, 2024. Sobre.</p><p>Bons estudos!</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>ATKINS, P. Físico-Química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. E-book.</p><p>ISBN 9788521634577. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 3 mar. 2024.</p><p>BORGNAKKE, C.; SONNTAG, R. E. Fundamentos da termodinâmica. São Paulo: Editora</p><p>Blucher, 2018. E-book. ISBN 9788521207931. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521207931/. Acesso em: 8 mar. 2024.</p><p>HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; KRANE, K. S. Física. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. v. 2.</p><p>E-book. ISBN 978-85-216-1946-8. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-1946-8/. Acesso em: 8 mar.</p><p>2024.</p><p>HEWITT, P. G. Física conceitual. Rio Grande do Sul: Grupo A, 2023. E-book. ISBN</p><p>9788582605899. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582605899/. Acesso em: 8 mar. 2024.</p><p>KOTZ, J. C. et al. Química geral e reações químicas. São Paulo: Cengage Learning Brasil,</p><p>2023. v. 1. E-book. ISBN 9786555584516. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso em: 3 mar. 2024.</p><p>Encerramento da Unidade</p><p>ESTRUTURA ATÔMICA</p><p>Videoaula de Encerramento</p><p>Olá, estudante! Nessa videoaula você irá conhecer os principais conceitos da estrutura da</p><p>matéria. Compreenderá a constituição fundamental dos átomos, os tipos de elementos</p><p>químicos existentes, a diferença entre eles, como obter algumas informações através da</p><p>tabela periódica e a forma pelo qual os átomos se unem na formação de substâncias e</p><p>compostos. E ainda, entenderá os estados que a matéria pode apresentar, suas</p><p>características e situações simples de mudanças de fases. Por fim, com o foco no estado</p><p>gasoso, compreenderá como utilizar a equação dos gases ideias em problemas de</p><p>engenharia.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 43/51</p><p>https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/density</p><p>https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/gas-properties</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521207931/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-1946-8/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582605899/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.</p><p>Conteúdos importante para sua prática profissional, pois através deles será possível</p><p>conhecer os materiais e suas propriedades, permitindo seleção e escolha adequada de</p><p>material para aplicação requerida, visando as condições de segurança, qualidade, custo e</p><p>benefício.</p><p>Prepare-se para essa jornada do conhecimento!</p><p>Bons estudos!</p><p>Ponto de Chegada</p><p>Olá, estudante! Para desenvolver a competência dessa unidade, que é conhecer e</p><p>compreender os conceitos básicos sobre átomos, ligações químicas e estados</p><p>da matéria,</p><p>assim como sua importância dentro do estudo da Química e Ciência dos Materiais, você</p><p>deve primeiramente entender a constituição fundamental do átomo através do modelo</p><p>atômico.</p><p>Basicamente, o átomo é formado por um núcleo massivo e denso, onde estão alocados os</p><p>prótons e os nêutrons. Ao redor do núcleo, em movimento orbital, os elétrons estão alocados</p><p>em níveis discretos de energia, chamado de eletrosfera.</p><p>Para identificar o local provável em que o elétron está, é necessário realizar a distribuição</p><p>eletrônica dos elétrons nos níveis e subníveis atômicos, considerando os estados crescentes</p><p>de energia. Essa distribuição é possível através da utilização dos números quânticos e da</p><p>análise energética de Linus Pauling.</p><p>E, através da configuração eletrônica do elemento químico, sabemos qual a camada de</p><p>valência e quantos elétrons ela possui (denominado elétrons de valência). São exatamente</p><p>esses elétrons que participam das ligações químicas.</p><p>Vejamos um exemplo, o cálcio (Ca) é um elemento químico que possui 20 prótons e 20</p><p>elétrons em seu estado neutro. Sua configuração eletrônica é dada por 1s22s22p63s23p64s2.</p><p>A camada 4 (n = 4) é o nível mais energético preenchido, ou seja, para esse elemento a</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 44/51</p><p>camada 4 é a camada de valência. Nela, estão 2 elétrons, que são os elétrons de valência,</p><p>responsáveis pelas possíveis ligações químicas que esse elemento possa realizar.</p><p>E como saber quantos elétrons um átomo de determinado elemento químico possui? Através</p><p>do número atômico (Z). Os elementos químicos são designados pelo seu número atômico</p><p>(quantidade de prótons no interior do núcleo) e, para átomos neutros, o número de prótons é</p><p>o mesmo número de elétrons.</p><p>O número atômico de cada elemento pode ser obtido através da tabela periódica, local em</p><p>que os elementos químicos foram ordenados seguindo o número atômico que possui, dentre</p><p>outras propriedades, denominadas de propriedades periódicas.</p><p>As substâncias, compostos ou materiais são formados através de ligações químicas, forma</p><p>pela qual há a união de átomos e/ou substância na constituição da matéria. As ligações</p><p>químicas são classificadas como primárias (fortes) ou secundárias (fracas). As ligações</p><p>primárias se dão de três tipos: iônica, covalente e metálica. Já as ligações secundárias são</p><p>denominadas pelas ligações de van der Waals e as pontes de hidrogênio.</p><p>As ligações iônicas ocorrem entre elementos metálicos e não metálicos, com transferência</p><p>de elétrons para alcançar a estabilidade química (oito elétrons na camada de valência).</p><p>Nesse caso, os elementos metálicos doam os elétrons de valência (se transformando em</p><p>íons positivos – cátions) enquanto os não metálicos os recebem (se transformando em íons</p><p>negativos – ânions).</p><p>Como exemplo de ligação iônica temos o composto cloreto de magnésio (MgCl2). Nele, o</p><p>magnésio (Mg – elemento metálico com 2 elétrons de valência) doa seus elétrons de</p><p>valência para o cloro (Cl – elemento não metálico com 7 elétrons de valência). Assim, para</p><p>que ocorra a estabilidade química dos compostos na ligação, para cada átomo de magnésio,</p><p>2 de cloro.</p><p>Além da ligação iônica, temos a ligação covalente. Essa ligação química ocorre entre</p><p>elementos não metálicos e o hidrogênio, em que os elétrons de valência são compartilhados</p><p>para que a estabilidade química ocorra. Dependendo do composto, as ligações covalentes</p><p>podem ser do tipo simples (um par de elétrons compartilhado), dupla (dois pares de elétrons</p><p>compartilhados), tripla (três pares de elétrons compartilhados) ou coordenada (átomo estável</p><p>compartilha um par de elétrons com outro átomo, representado por uma seta).</p><p>Como exemplo de ligação covalente temos o composto água (H2O), formada por 2</p><p>hidrogênios para cada oxigênio. Para formação dessa molécula, o hidrogênio precisa de um</p><p>elétron e o oxigênio de 2 elétrons para a estabilidade química. Dessa forma, cada hidrogênio</p><p>compartilha 1 elétron com o oxigênio. Assim, pela representação de Lewis, teremos.</p><p>Importante ressaltar que a formação de um composto pode ser dada por um conjunto de</p><p>ligações iônicas e covalentes, ou seja, as ligações interatômicas serem parcialmente iônicas</p><p>e parcialmente covalentes em um mesmo material. E, realmente, são poucos os compostos</p><p>que exibem ligações exclusivamente iônicas ou covalentes. O grau de cada tipo de ligação</p><p>está associado à posição relativa de seus átomos constituintes na tabela periódica ou da</p><p>diferença de suas eletronegatividades. O caráter iônico de uma ligação pode ser calculado</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 45/51</p><p>por (1), obtendo a quantidade iônica de uma ligação entre dois elementos A e B, sendo A o</p><p>elemento mais eletronegativo, com XA e XB as eletronegatividades dos respectivos</p><p>elementos.</p><p>Por fim, nas ligações primárias, a ligação que ocorre entre elementos metálicos é</p><p>denominada ligação metálica. Nesse tipo de ligação, há formação dos compostos metálicos e</p><p>suas ligas. Nesse modelo, os elétrons de valência não estão ligados a nenhum átomo em</p><p>particular no sólido e estão mais ou menos livres para se movimentar ao longo de todo o</p><p>metal. Eles podem ser considerados como pertencentes ao metal como um todo, como se</p><p>formassem um mar de elétrons. Devido a essa característica, os materiais metálicos são</p><p>ótimos condutores de energia.</p><p>As ligações secundárias, mais fracas quando comparadas com as primárias, são chamadas</p><p>de interações ou forças intermoleculares, ou simplesmente ligações de van der Waals.</p><p>Nessas ligações não há doação ou compartilhamento dos elétrons de valência, mas</p><p>normalmente são formadas quando ocorre uma distribuição de cargas desigual, criando um</p><p>dipolo, de carga total zero, com uma das extremidades com carga positiva ou negativa em</p><p>relação a outra extremidade. Esses dipolos podem ser produzidos por uma flutuação</p><p>aleatória dos elétrons em torno do que é normalmente um campo elétrico simétrico no átomo.</p><p>Identificando os elementos químicos que constituem um composto, bem como a ligação</p><p>química que os mantém unidos, é possível obter propriedades físicas, químicas e mecânicas</p><p>oriundas do tipo de ligação existente. Por exemplo:</p><p>Compostos iônicos apresentam boa resistência mecânica, altos pontos de fusão e</p><p>ebulição, normalmente são isolantes e apresentam aspecto cristalino.</p><p>Compostos covalentes são bons isolantes térmicos e elétricos, baixos pontos de fusão e</p><p>ebulição quando comparados aos compostos iônicos e metálicos e possuem</p><p>solubilidade variada.</p><p>Compostos metálicos são bons condutores de calor e eletricidade ponto de fusão e</p><p>ebulição elevados, apresentam maleabilidade e ductilidade e possuem brilho</p><p>característico.</p><p>Esses conceitos são fundamentais para a seleção correta de materiais segundo as</p><p>especificações de utilização requeridas.</p><p>Além disso, é importante compreender que a matéria pode ser obtida, basicamente, em três</p><p>estados físicos: sólido, líquido e gasoso. O estado em que a matéria se encontra depende,</p><p>em condições ideais, da temperatura em que se encontra. Nesse caso, para um composto, o</p><p>estado gasoso terá maior temperatura que o estado líquido, que por sua vez, terá maior</p><p>temperatura que o estado sólido.</p><p>As mudanças de fase recebem o nome de:</p><p>Fusão: quando ocorre a mudança do estado sólido para o estado líquido.</p><p>Vaporização: quando ocorre a mudança do estado líquido para o estado gasoso.</p><p>%caréter iônico  =  {1  −  exp[−(0, 25)(XA  −  XB)</p><p>2]} x100</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 46/51</p><p>Condensação: quando ocorre a mudança do estado gasoso para o estado líquido.</p><p>Solidificação: quando ocorre mudança do estado líquido para o estado sólido.</p><p>Sublimação: quando ocorre a mudança do estado sólido para o estado gasoso e vice-</p><p>versa.</p><p>Contudo, em condições não ideais, a variação e/ou mudança</p><p>de estado de uma substância</p><p>pode ocorrer através da variação das propriedades pressão (p), volume (V) e temperatura</p><p>(T).</p><p>Saber identificar o estado físico que uma matéria pode apresentar sobas condições</p><p>fornecidas de um projeto, por exemplo, é fundamental para a escolha correta do material que</p><p>será utilizado, garantindo as condições de segurança e custo-benefício. Por exemplo, em</p><p>uma área em que há perigo de incêndio, os materiais que constituem a estrutura principal</p><p>devem suportar altas temperaturas, caso ocorra o incidente, evitando dano material e/ou</p><p>estrutural.</p><p>É Hora de Praticar!</p><p>Olá, Estudante! Nesse estudo de caso imagine que você é trainee de uma empresa que</p><p>desenvolve projetos em diversas áreas através da aplicação de novas tecnologias. Essa</p><p>empresa é conhecida no mercado nacional por propor soluções inteligentes e práticas para</p><p>os projetos, visando a sustentabilidade e o custo-benefício.</p><p>Recentemente, um novo projeto começou a ser dimensionado, algo relacionado à produção</p><p>de materiais utilizando alumínio. Preocupado com o meio ambiente, visando a</p><p>sustentabilidade do projeto, o coordenador solicitou a você que desenvolvesse uma pesquisa</p><p>sobre a obtenção do alumínio metálico.</p><p>Foi informado que, para produzir alumínio metálico, utiliza-se a bauxita como matéria-prima.</p><p>E após a refinação da bauxita é obtida a alumina ou óxido de alumínio (Al2O3). Próxima</p><p>etapa, é a reação da alumina com carbono, para formação do alumínio metálico, num</p><p>processo de redução por eletrólise, dada por:</p><p>Assim, em sua pesquisa sobre a obtenção do alumínio metálico, deve ser levando em</p><p>consideração as propriedades e características dos elementos envolvidos na obtenção</p><p>produto. E ainda, identificar as ligações químicas presentes nos reagentes e produtos</p><p>envolvidos no processo da fabricação do alumínio metálico.</p><p>Bons estudos!</p><p>Reflita</p><p>Existem 118 elementos químicos que constituem e formam toda e qualquer matéria</p><p>conhecida pelo homem até hoje. Pelas expectativas científicas, é possível a descoberta de</p><p>novos elementos químicos, seja natural ou sintético? Por quê?</p><p>Al2 O3  +  C  → 2Al  +   32  CO2</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 47/51</p><p>É possível modificar propriedades específicas de um composto iônico para adequar a uma</p><p>aplicação? Se sim, como?</p><p>Os materiais metálicos podem ser encontrados no estado gasoso? Como?</p><p>Resolução do estudo de caso</p><p>Retomando ao estudo de caso, você atua como trainee em uma empresa que desenvolve</p><p>projetos em diversos projetos visando tecnologia alinhada com a sustentabilidade. No</p><p>desenvolvimento de um novo projeto, você ficou responsável por desenvolver uma pesquisa</p><p>sobre a obtenção do alumínio metálico.</p><p>Foi informado que, para produzir alumínio metálico, utiliza-se a bauxita como matéria-prima.</p><p>E após a refinação da bauxita é obtida a alumina ou óxido de alumínio (Al2O3). Próxima</p><p>etapa, é a reação da alumina com carbono, para formação do alumínio metálico, num</p><p>processo de redução por eletrólise, dada por:</p><p>A pesquisa deve conter informações sobre a obtenção do alumínio metálico, levando em</p><p>consideração as propriedades e características dos elementos envolvidos na obtenção</p><p>produto. E ainda, identificar as ligações químicas presentes nos reagentes e produtos</p><p>envolvidos no processo da fabricação do alumínio metálico.</p><p>Para a resolução desse estudo de caso, será necessário conhecer e compreender os</p><p>conceitos básicos sobre átomos, ligações químicas e estados da matéria, para identificar as</p><p>características e propriedades do material obtido.</p><p>Após o processo de mineração e refino da bauxita, é obtido o composto oxido de alumínio,</p><p>também conhecido como alumina (Al2O3). Esse composto é formado por dois elementos</p><p>químicos: alumínio (metal) e oxigênio (não metal).</p><p>O alumínio é um elemento químico pertencente à família 3A da tabela periódica, de número</p><p>atômico igual a 13. Por sua alocação na tabela, é o metal e apresenta 3 elétrons de valência.</p><p>Essa informação pode ser confirmada através da distribuição eletrônica, considerando que o</p><p>átomo neutro possua 13 prótons e 13 elétrons. A distribuição eletrônica para o alumínio será</p><p>1s22s22p63s23p1 Assim, vemos que a camada 3 é a última preenchida (camada de valência),</p><p>contendo 3 elétrons (elétrons de valência).</p><p>Já o oxigênio é um elemento químico pertencente à família 6A da tabela periódica, de</p><p>número atômico igual a 8. Por sua alocação na tabela, é o ametal e apresenta 6 elétrons de</p><p>valência. Essa informação pode ser confirmada através da distribuição eletrônica,</p><p>considerando que o átomo neutro possua 8 prótons e 8 elétrons. A distribuição eletrônica</p><p>para o oxigênio será 1s22s22p4. Assim, vemos que a camada 2 é a última preenchida</p><p>(camada de valência), contendo 6 elétrons (elétrons de valência).</p><p>Assim, a alumina é um composto químico formado entre um elemento metálico e um não</p><p>metálico. Para que a ligação química ocorra, os elétrons do alumínio serão doados ao</p><p>Al2 O3  +  C  →  2Al  +   32  CO2</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 48/51</p><p>oxigênio, assim haverá a formação dos íons cátion Al+3 e ânion O-2. Dessa forma, a ligação</p><p>química presente será ligação iônica. E, pela representação de Lewis, teremos:</p><p>A próxima etapa para a obtenção do alumínio metálico, há a reação do óxido de alumínio</p><p>com o carbono, a partir de um processo de redução por eletrólise. Para que esse processo</p><p>ocorra, o alumínio se dissocia do oxigênio e seus átomos reagem entre si. Como são íons</p><p>metálicos (Al3+), então se unem através de ligações metálicas, formando o material alumínio.</p><p>Com os elementos carbono e oxigênio, há a formação do dióxido de carbono. Tanto oxigênio</p><p>quando carbono são elementos não metálicos. Logo, a ligação química presente nesse</p><p>composto será covalente.</p><p>O carbono é um elemento químico pertencente à família 4A da tabela periódica, de número</p><p>atômico igual a 6. Por sua alocação na tabela, é o ametal e apresenta 4 elétrons de valência.</p><p>Essa informação pode ser confirmada através da distribuição eletrônica, considerando que o</p><p>átomo neutro possua 6 prótons e 6 elétrons. A distribuição eletrônica para o carbono será</p><p>1s22s22p2. Assim, vemos que a camada 2 é a última preenchida (camada de valência),</p><p>contendo 4 elétrons (elétrons de valência).</p><p>Assim, para a reação do dióxido de carbono, teremos duas ligações covalentes duplas para</p><p>que uma molécula seja formada. Pela representação de Lewis:</p><p>Analisando o produto da reação para obtenção do alumínio metálico, vemos que há liberação</p><p>de gás carbônico, poluente e causador do efeito estufa. Como o projeto prevê a</p><p>sustentabilidade, alguma ação deve ser desenvolvida para reverter os danos que o CO2</p><p>liberado causará no meio ambiente.</p><p>Dê o play!</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 49/51</p><p>Assimile</p><p>Olá, estudante! No mapa mental abaixo você verá os principais assuntos relacionados à</p><p>estrutura da matéria. Importante conhecer cada definição para poder realizar as aplicações</p><p>necessárias em estudos relacionados à formação e constituição da matéria.</p><p>Referências</p><p>ASKELAND, Donald R.; WRIGHT, Wendelin J. Ciência e engenharia dos materiais –</p><p>Tradução da 4a edição norte-americana. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2019. E-book.</p><p>ISBN 9788522128129. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 02 mar. 2024.</p><p>ATKINS, Peter. Físico-Química - Fundamentos, 6ª edição. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017.</p><p>E-book. ISBN 9788521634577. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 03 mar. 2024.</p><p>JR., William D C. Ciência e Engenharia de Materiais - Uma Introdução. Rio de Janeiro:</p><p>Grupo GEN, 2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 02 mar. 2024.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 50/51</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.</p><p>KOTZ, John C.; TREICHEL, Paul M.; TOWNSEND, John R.; ET.AL. Química Geral e</p><p>Reações Químicas v.1. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2023. E-book. ISBN</p><p>9786555584516. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso em: 03 mar. 2024.</p><p>NEWELL, James. Fundamentos da Moderna Engenharia e Ciência dos Materiais. Rio de</p><p>Janeiro: Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 02 mar.</p><p>2024.</p><p>SMITH, William F.; HASHEMI, Javad. Fundamentos de Engenharia e Ciência dos Materiais.</p><p>Porto Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 02 mar. 2024.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 51/51</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.</p><p>definindo-as como a</p><p>menor unidade capaz de caracterizar um elemento químico e participar de uma reação</p><p>química.</p><p>Esse pensamento perdurou por anos, até que em 1807, o cientista inglês John Dalton, ao</p><p>realizar experimentos medindo a massa de diversos compostos, observou que a quantidade</p><p>dos elementos permanecia sempre a mesma e confirmou a ideia de Demócrito sobre a</p><p>indivisibilidade do átomo. Dalton associou o átimo a uma bola de bilhar: maciço e indivisível.</p><p>A partir de então, os estudos a respeito da constituição e estrutura da matéria foram</p><p>despertando curiosidade. Tempo depois, houve a descoberta de partículas com carga elétrica</p><p>no átomo gerando um outro modelo, conhecido como pudim de passas ou modelo de</p><p>Thomson (1898). Em seus experimentos, o físico chegou à conclusão de que o átomo era</p><p>formado por dois tipos de partículas, positivas e negativas, sendo que as partículas negativas</p><p>estariam alocadas no interior do fluido positivo.</p><p>nº átomos Cu</p><p>6,023 x 1023átomos</p><p>= 100g</p><p>63,55g</p><p>nº átomos Cu  =   (100g)(6,023 x 1023átomos)</p><p>63,55g</p><p>=  9, 48 x 1023</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 4/51</p><p>Figura 2 | Modelo atômico de Thomson. Fonte:</p><p>Pixabay.</p><p>Com o passar dos anos, os estudos da radiação e suas partículas α (alfa), β (beta) e γ</p><p>(gama) por Henri Becquerel (1896) e Marie e Pierre Currie (1898), permitiram que novos</p><p>experimentos fossem realizados, levando a novas dúvidas sobre como seria o átomo.</p><p>Foi então que Ernest Rutherford (1910) propôs um novo modelo, sugerindo que o átomo</p><p>seria composto por um núcleo denso e massivo contendo partículas positivas, rodeado por</p><p>elétrons, que são espécies negativas. Contudo, considerando a interação eletrostática das</p><p>cargas, algumas perguntas se tornariam inevitáveis, questionando a proposta do modelo:</p><p>1. Como espécies carregadas positivamente não se repeliam no núcleo massivo e denso?</p><p>2. Por que os elétrons não eram atraídos pelos prótons?</p><p>Como solução, Rutherford chegou à conclusão de que existiam outras espécies subatômicas</p><p>localizadas no núcleo, sem carga, às quais chamou de nêutrons. Essa teoria foi confirmada</p><p>em 1932 com a determinação de sua massa por James Chadwick.</p><p>Já a segunda pergunta era um pouco mais complexa. Foi então que em seus estudos, Niels</p><p>Bohr e Arnold Sommerfeld (1913) propuseram a teoria de que os elétrons apresentavam</p><p>movimento, percorrendo órbitas elípticas em torno do núcleo em camadas discretas de</p><p>energia, conhecidas camadas eletrônicas.</p><p>Figura 3 | Evolução dos modelos atômicos de Demócrito à Bohr. Fonte: Drekener e Simêncio</p><p>(2019, p. 11).</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 5/51</p><p>No modelo proposto por Bohr, ao percorrer sua trajetória em um mesmo orbital, o elétron não</p><p>emite energia. A absorção ou liberação desta ocorre apenas ao passar de uma camada à</p><p>outra: absorção de energia quando o elétron passa de uma camada interna para uma mais</p><p>externa e liberação de energia quando o elétron passa de uma camada externa para uma</p><p>interna, sendo a quantidade de energia sempre múltiplo de uma quantia fixa, o chamado</p><p>quantum.</p><p>O modelo atômico de Bohr foi a primeira tentativa de descrever o comportamento dos</p><p>elétrons nos átomos considerando a posição e energia. Contudo, havia alguns</p><p>questionamentos que esse modelo não conseguia explicar considerando o comportamento</p><p>do elétron, principalmente com as descobertas de Louis de Broglie sobre o princípio da</p><p>dualidade onda-partícula e de Heisenberg, com o princípio da incerteza. Finalmente, em</p><p>1926, Erwin Schroedinger propôs uma equação para calcular a máxima distribuição de</p><p>probabilidades de se encontrar a posição de um elétron considerando quatro parâmetros,</p><p>denominados números quânticos.</p><p>Esses números descrevem cada elétron levando em conta o seu estado, a distância a partir</p><p>do núcleo, orientação espacial e o tipo de orbital mais provável. Eles são denominados por:</p><p>Número quântico principal (n): indica o nível de energia do elétron, assumindo valores</p><p>iguais a n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7. Essas camadas também podem ser denominadas por</p><p>letras, sendo K (n = 1), L (n = 2), ...., Q (n = 7). Quanto maior o valor de n, mais distante</p><p>o elétron estará do núcleo e maior será o tamanho do átomo e do orbital.</p><p>Número quântico do momento angular (l): indica os subníveis do orbital; para cada valor</p><p>de l haverá um subnível de energia específico s, p, d e f que está limitado ao valor do</p><p>número quântico principal.</p><p>Número quântico magnético (ml): indica a orientação do orbital no espaço, podendo</p><p>assumir valores de -l a +l. Para o orbital s, ml = 0; p, ml = -1, 0, +1; d, ml = -2, -1, 0, +1,</p><p>+2; e para f, ml = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Como exemplo, o orbital p apresenta 3</p><p>orientações: x, y e z (em um gráfico de coordenadas).</p><p>Número quântico de spin (ms): indica o movimento do elétron ao longo do seu eixo.</p><p>Apenas dois valores são possíveis, +1/2 e -1/2 , uma vez que o elétron pode girar</p><p>apenas no sentido horário e anti-horário.</p><p>Configurações eletrônicas</p><p>Segundo o princípio da exclusão de Pauling, dois elétrons não podem apresentar o mesmo</p><p>conjunto de números quânticos, ou seja, para cada orbital, é possível apenas dois elétrons.</p><p>Por exemplo, se há dois elétrons com n = 3 (os dois na camada 3), l =1 (os dois no orbital p),</p><p>ml = 0 (os dois com a mesma orientação espacial ou x, ou y, ou z) e cada um deles girando</p><p>em um sentido .</p><p>Comumente, para estimar a posição de um elétron, é utilizado a representação de orbitais</p><p>por caixas e de elétrons por setas, considerando a nomenclatura apresentada pela Figura 4</p><p>para indicação dos números quânticos.</p><p>(ms  =   + 1/2 e ms  =   + 1/2)</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 6/51</p><p>Figura 4 | Representação de orbitais, elétrons e números quânticos. Fonte: Drekener e Simêncio (2019, p.</p><p>13)</p><p>Na imagem, a descrição 2p4 indica que há quatro elétrons em orbitais p na camada 2,</p><p>lembrando que as camadas internas possuem menor energia, o que também se aplica para</p><p>os orbitais, pelo fato de que cada tipo possui diferente energia: s < p < d < f. Por definição, os</p><p>orbitais de um mesmo tipo (como os três orbitais p: px,py e pz da Figura 4)</p><p>são chamados de degenerados e o preenchimento deles ocorre seguindo a regra de Hund,</p><p>distribuindo primeiro os elétrons com orientação +1/2 (representado por ↑), posteriormente os</p><p>elétrons com orientação -1/2 (representado por ↓).</p><p>Os elétrons são distribuídos ao longo das camadas e subcamadas (estados eletrônicos)</p><p>considerando o princípio da exclusão de Pauli, em que cada estado eletrônico comporta no</p><p>máximo dois elétrons com spins opostos. Dessa maneira, os subníveis de energia s, p, d e f</p><p>comportam, respectivamente, dois, seis, dez e quatorze elétrons. Esse processo é</p><p>denominado distribuição eletrônica e deve ser utilizado colocando os primeiros elétrons na</p><p>p :  px, py e pz</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 7/51</p><p>camada menos energética. A Tabela 1 apresenta as informações dos números quânticos e a</p><p>representação gráfica dos orbitais para o desenvolvimento da distribuição eletrônica.</p><p>Tabela 1 | Descrição dos números quânticos e representação gráfica dos orbitais. Fonte:</p><p>elaborada pela autora.</p><p>Segundo o princípio de exclusão, a distribuição eletrônica deve seguir os níveis de energia,</p><p>indo dos de menor energia para os de maior energia, aplicando o mesmo conceito para os</p><p>orbitais. Por exemplo: a primeira camada, n =1, possui apenas 1 orbital s. Já a segunda</p><p>camada, n = 2, possui 1 orbital s e 3 orbitais p, sendo o orbital s menos energético que os</p><p>orbitais p, preenchidos antes.</p><p>As energias das diferentes camadas e orbitais foram calculadas experimentalmente para</p><p>definir qual orbital deve ser preenchido primeiro utilizando um diagrama conhecido</p><p>como</p><p>diagrama de distribuição eletrônica (Figura 5), que indica o sentido de preenchimento dos</p><p>orbitais segundo os estados de crescimento de energia. Nesse diagrama, as camadas e</p><p>subcamadas são completadas seguindo as setas vermelhas, iniciando por 1s, depois 2s,</p><p>depois, 2p, 3s, seguido de 3p, 4s, entre outros.</p><p>Subn</p><p>ível</p><p>de</p><p>ener</p><p>gia</p><p>l ml</p><p>Número</p><p>de</p><p>orbitais</p><p>Elétro</p><p>ns</p><p>por</p><p>subní</p><p>vel</p><p>Represen</p><p>tação</p><p>gráfica</p><p>dos</p><p>orbitais</p><p>s 0 0 1 2 □</p><p>p 1 -1, 0,</p><p>+1</p><p>3 6 □□□</p><p>d 2 -2, -1,</p><p>0, +1,</p><p>+2</p><p>5 10 □□□□□</p><p>f 3 -3, -2,</p><p>-1, 0,</p><p>+1, +2,</p><p>+3</p><p>7 14 □□□□□□□</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 8/51</p><p>Figura 5 | Diagrama de distribuição</p><p>eletrônica. Fonte: adaptada de Kotz et al.</p><p>(2023, p. 312).</p><p>Vejamos um exemplo. O argônio (Ar) possui número atômico 18 (Z = 18), indicando que há</p><p>18 prótons em seu núcleo, sendo igual o número de elétrons, considerando o átomo neutro.</p><p>Assim, pelo diagrama de distribuição de energia mostrado na Figura 5, sua configuração</p><p>eletrônica será 1s22s22p63s23p6. Já o potássio (K) possui número atômico 19 (z = 19) e</p><p>possui configuração eletrônica 1s22s22p63s23p64s1.</p><p>A última camada preenchida na distribuição eletrônica é conhecida como camada de</p><p>valência, e os elétrons que estão alocados nela são denominados elétrons de valência. São</p><p>justamente os elétrons de valência que participam das ligações químicas, formando</p><p>agregados atômicos e moleculares. Além disso, muitas das propriedades físicas e químicas</p><p>dos materiais tem como base os elétrons de valência.</p><p>Segundo o exemplo acima, para o argônio, a camada n = 3 é a camada de valência, com 8</p><p>elétrons de valência . Já para o potássio, a camada n = 4 é a camada de valência,</p><p>com 1 elétron de valência .</p><p>Assim, podemos dizer que a representação da maneira como os elétrons estão distribuídos</p><p>em níveis e subníveis de energia é denominada configuração eletrônica, utilizada para</p><p>descrever os orbitais de um átomo no seu estado fundamental, isto é, quando os elétrons</p><p>ocupam os níveis de menores energias possíveis. Logo, muitas propriedades físicas e</p><p>químicas dos elementos estão correlacionadas com suas respectivas configurações</p><p>eletrônicas. Os elétrons de valência, por exemplo, são os elétrons na camada (nível de</p><p>energia) mais externa e o fator determinante de cada elemento químico ser único. A ordem</p><p>crescente dos níveis de energia preenchidos pelos elétrons é igual a 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s,</p><p>3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d,6p, 7s, utilizar o diagrama de energia de Pauling.</p><p>Vamos Exercitar?</p><p>Retomando o problema proposto inicialmente, será necessário realizar um estudo sobre a</p><p>estrutura da matéria, descrevendo a composição fundamental do átomo através do modelo</p><p>atômico e apresentando a camada de valência de alguns elementos químicos através de sua</p><p>(3s2 3p6)</p><p>(4s1)</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 9/51</p><p>distribuição energética. Os elementos químicos que foram pedidos para esse estudo são:</p><p>alumínio, carbono, cobre, ferro e oxigênio.</p><p>Para o desenvolvimento desta atividade, será preciso relembrar a composição fundamental</p><p>do átomo: núcleo pequeno e denso, formado por prótons e nêutrons, envolvido por elétrons</p><p>em movimento orbital. Cada elemento químico é caracterizado pelo número de prótons que</p><p>possui em seu núcleo, denominado de número atômico (Z). E, para um elemento químico</p><p>neutro, o número de prótons e elétrons são o mesmo.</p><p>Por fim, para obter a camada de valência dos elementos químicos propostos, bem como os</p><p>elétrons de valência, os elétrons devem ser distribuídos ao longo das camadas e</p><p>subcamadas considerando o princípio da exclusão de Pauli, em que cada estado eletrônico</p><p>comporta, no máximo, dois elétrons com spins opostos. Assim, teremos:</p><p>Alumínio (Z = 13): 1s22s22p63s23p1</p><p>Carbono (Z = 6): 1s22s22p2</p><p>Cobre (Z = 29): 1s22s22p63s23p63d104s1</p><p>Ferro (Z = 26): 1s22s22p63s23p63d64s2</p><p>Oxigênio (Z = 8): 1s22s22p4</p><p>Esses dados, então, podem ser agrupados e descritos no relatório que deverá ser entregue</p><p>ao coordenador do projeto.</p><p>Tais informações e características dos átomos e elementos químicos são fundamentais para</p><p>análise da estrutura da matéria, principalmente por ser o alicerce fundamental para a</p><p>compreensão das ligações químicas que formam substâncias e materiais. Através desses</p><p>conceitos, é possível identificar propriedades e características dos materiais, verificando sua</p><p>aplicabilidade segundo a necessidade proposta.</p><p>Saiba Mais</p><p>Olá, estudante!</p><p>Veja os conceitos na prática, através da execução dos experimentos nos simuladores</p><p>propostos a seguir, na plataforma Phet:</p><p>PHET. Monte um átomo. Sobre, 2024.</p><p>PHET. Isótopos e massa atômica. Sobre, 2024.</p><p>Bons estudos!</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais. São Paulo:</p><p>Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN 9788522128129. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 10/51</p><p>https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/build-an-atom</p><p>https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/isotopes-and-atomic-mass</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.</p><p>ATKINS, P. Físico-Química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. E-book.</p><p>ISBN 9788521634577. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 3 mar. 2024.</p><p>CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro:</p><p>Grupo GEN, 2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>DREKENER, R. L.; SIMÊNCIO, E. C. A. Química e ciência dos materiais. Londrina :</p><p>Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019.</p><p>KOTZ, J. C. et al. Química geral e reações químicas. São Paulo: Cengage Learning Brasil,</p><p>2023. v. 1. E-book. ISBN 9786555584516. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso em: 3 mar. 2024.</p><p>NEWELL, J. Fundamentos da moderna engenharia e ciência dos materiais. Rio de</p><p>Janeiro: Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 2 mar.</p><p>2024.</p><p>SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. Porto</p><p>Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>Aula 2</p><p>TABELA PERIÓDICA</p><p>Tabela Periódica</p><p>Olá, estudante! Nesta videoaula, a Tabela periódica será apresentada considerando as</p><p>características, classificação e principais propriedades periódicas. Os conceitos e definições</p><p>relacionados a este tema são fundamentais para o desenvolvimento de sua prática pessoal</p><p>em qualquer situação de trabalho que envolva materiais e suas aplicações. Isso porque</p><p>conhecer os elementos químicos e suas propriedades periódicas permite propor novos</p><p>materiais, com propriedades relevantes para aplicação requerida, utilizando compostos</p><p>diferentes.</p><p>A Tabela Periódica é, portanto, um modelo de tabela que agrupa e ordena todos os</p><p>elementos químicos conhecidos e suas propriedades em ordem crescente correspondente</p><p>aos números atômicos de cada um.</p><p>Preparado para esta nova jornada?</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 11/51</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.</p><p>Bons estudos!</p><p>Ponto de Partida</p><p>Olá, estudante!</p><p>Desejamos boas-vindas à segunda aula.</p><p>Nessa aula, dissertaremos sobre uma das tabelas mais importantes na Ciência: a Tabela</p><p>Periódica. Essa tabela contempla todos os elementos químicos de maneira ordenada e</p><p>periódica, levando em consideração a distribuição de energia e as propriedades periódicas.</p><p>Através dela, é possível identificar as características de um elemento químico e conhecê-lo</p><p>em sua essência, ponto fundamental para qualquer aplicação na prática profissional de</p><p>Química e Ciência dos Materiais. Por essa razão, nosso estudo se concentrará na Tabela</p><p>Periódica, entendendo seu processo de construção e compreendendo as características e</p><p>propriedades periódicas.</p><p>Para captar melhor os conceitos que serão apresentados, continuemos com problemática em</p><p>que você atua como trainee em uma grande empresa de desenvolvimento tecnológico de</p><p>sua cidade e está participando do projeto que tem por objetivo desenvolver um produto</p><p>resistente e maleável. Na primeira etapa, você ficou responsável por realizar um estudo</p><p>sobre a estrutura da matéria, descrevendo a composição fundamental do átomo através do</p><p>modelo atômico, e apresentou a camada de valência do alumínio, carbono, cobre, ferro e</p><p>oxigênio. Agora, foi solicitado a você que realizasse um estudo a respeito das características</p><p>e propriedades periódicas desses mesmos elementos químicos.</p><p>Conhecer a Tabela Periódica, dominando a sua utilização, é uma ferramenta de grande valia</p><p>para o cotidiano de um profissional da área de Química e de Materiais, o qual compreenderá</p><p>algumas propriedades e características dos compostos e/ou materiais, levando em</p><p>consideração os elementos químicos que o constituem, bem como suas propriedades</p><p>periódicas, físicas, químicas e mecânicas em função do tipo de ligação química na formação</p><p>dos materiais.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 12/51</p><p>Como o assunto é de grande importância para a formação de um bom profissional da área,</p><p>vamos conhecer os conceitos necessários para resolução do problema proposto?</p><p>Bons estudos!</p><p>Vamos Começar!</p><p>Introdução à Tabela Periódica</p><p>Até meados do século de XIX, com o desenvolvimento da Ciência, novas descobertas foram</p><p>surgindo através de diversos estudos e experimentos, incluindo muitos dos elementos</p><p>químicos que hoje conhecemos. Contudo, sem nenhum tipo de ordenação, era difícil o</p><p>acesso às informações importantes que cada elemento trazia.</p><p>Em 1869, com a finalidade de ordená-los conforme a semelhança de suas propriedades</p><p>físicas e químicas, o químico russo Mendeleyev organizou os elementos pelos seus números</p><p>atômicos. Já com o modelo quântico do átomo proposto por Erwin Schroedinger, outras</p><p>características passaram a ser consideradas, como a distribuição eletrônica, passando as</p><p>linhas da tabela periódica a conterem um determinado número de átomos até que suas</p><p>propriedades químicas e físicas começassem a se repetir.</p><p>A Figura 1 apresenta a Tabela Periódica completa, com 118 elementos ordenados pelo</p><p>número atômico em linhas horizontais, chamadas períodos, e em colunas verticais,</p><p>denominadas famílias ou grupos, de acordo com as semelhanças das suas propriedades,</p><p>começando com 1 para o período que contém hidrogênio (H) e hélio (He). Segundo IUPAC</p><p>(2011), a Tabela Periódica possui famílias numeradas de 1 a 18 e os elementos podem ser</p><p>divididos em três categorias (metais, semimetais e não metais) e os gases nobres.</p><p>Figura 1 | Tabela Periódica. Fonte: Tabela Periódica Completa (2024).</p><p>Utilizar a tabela periódica é, pois, de grande ajuda para obter as principais propriedades dos</p><p>elementos químicos de forma rápida e fácil para qualquer finalidade. Na formação de</p><p>materiais, compreender os elementos químicos existentes auxilia a identificar o tipo de</p><p>ligação química predominante, resultando nas propriedades químicas e físicas que o material</p><p>apresenta.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 13/51</p><p>Características da Tabela Periódica</p><p>Atualmente, a Tabela Periódica é dividida em grupos de elementos químicos que apresentam</p><p>características em comum, como os gases nobres, que são espécies não reativas (já que</p><p>possuem camada de valência completa, ou seja, com 8 elétrons de valência).</p><p>Na Tabela Periódica, as colunas são chamadas de grupos (famílias) e denominadas por</p><p>números; já as linhas são chamadas períodos, e definidas pelo aumento do número atômico.</p><p>Por fim, a localização do elemento químico na tabela fornece várias informações sobre a</p><p>distribuição eletrônica que possui.</p><p>Na família 1 (coluna 1A), estão agrupados os metais alcalinos. Os elementos do grupo 2</p><p>(coluna 2A) são conhecidos como alcalinos-terrosos. A coluna 13 (família 3A) é conhecida</p><p>como a família do boro e os elementos deste grupo possuem caráter metálico menos intenso</p><p>que os metais alcalinos terrosos. Contido, o boro é considerado um não metal, o que</p><p>contrasta com os outros elementos do grupo, classificados como metais.</p><p>A família 14 (4A) é a família do carbono e a família do nitrogênio é a 15 (5A). Já a família 16</p><p>(6A) é conhecida como calcogênios e a família 17 (7A) é a família dos halogênios. Por fim, os</p><p>gases nobres estão localizados na família 18 (8A) e recebem esse nome devido à sua quase</p><p>não reatividade com outros elementos químicos.</p><p>Uma curiosidade dos elementos contidos nas famílias “A” é que sua distribuição eletrônica</p><p>sempre coincidirá o número da família com o número do elétron de valência. Por exemplo, o</p><p>lítio (Li) está contido na família 1A, número atômico 3 e distribuição eletrônica dada por</p><p>1s22s1, ou seja, 1 elétron de valência. Outro exemplo, o oxigênio (O) está contido na família</p><p>6A, número atômico 8 e distribuição eletrônica dada por 1s22s22p4, ou seja, 6 elétrons de</p><p>valência.</p><p>Entre as famílias 1B e 8B estão os elementos de transição, denominados assim por</p><p>possuírem o subnível d incompleto ou formarem cátions com o subnível d incompleto. As</p><p>duas linhas na parte inferior da tabela acomodam os lantanídeos e os actinídeos, elementos</p><p>que também são considerados metais de transição. Muitas vezes nos referimos aos</p><p>lantanídeos como terras raras, usados em ímãs, telas de LCD, baterias de carros híbridos,</p><p>no polimento de vidros, dentre outras aplicações.</p><p>É importante citar que a distribuição eletrônica dos elementos de transição apresenta como</p><p>principal característica os subníveis d (transição externa) ou f (transição interna) como mais</p><p>energéticos. Assim, o rutênio (Ru) está contido no grupo 8B da tabela periódica, número</p><p>atômico 44 e distribuição eletrônica dada por 1s22s22p63s23p63d104s24p64d65s2. Utilizando</p><p>o diagrama de Linus Pauling, levando em consideração os estados de energia, a distribuição</p><p>eletrônica do rutênio termina em 4d6 (Figura 2), caracterizando-o como um elemento de</p><p>transição externa.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 14/51</p><p>Figura 2 | Distribuição eletrônica do Rutênio (Ru).</p><p>Fonte: elaborada pela autora.</p><p>Compreender as características de ordenamento dos elementos químicos na Tabela</p><p>Periódica auxilia, portanto, na identificação das propriedades dos elementos de cada grupo</p><p>ou período, tornando possível sua substituição em ligações químicas de propriedades</p><p>periódicas semelhantes, dando origem a novos tipos de materiais e/ou estruturas.</p><p>Siga em Frente...</p><p>Classificação e propriedades periódicas</p><p>É possível obter e verificar algumas informações sobre os elementos químicos por meio da</p><p>Tabela Periódica. Essa possibilidade existe pelo fato de que há algumas propriedades que se</p><p>repetem de tempos em tempos, propriedades atômicas que possuem tendências periódicas.</p><p>São elas: tamanho atômico, tamanho iônico, energia de ionização e afinidade eletrônica.</p><p>Seria possível afirmar qual é a fronteira de um átomo? Como poderíamos saber qual é o seu</p><p>tamanho? Através da definição de orbitais, não há a possibilidade</p><p>de traçar uma linha e dizer</p><p>que o átomo chega até determinado ponto, nem matematicamente, nem com observações</p><p>diretas. Porém, é possível utilizar medidas indiretas para conseguirmos os valores de</p><p>tamanho atômico, como analisar moléculas compostas pelos mesmos átomos. Nessa</p><p>abordagem, a utilização do raio atômico (ra) é fundamental, e sua definição é dada como</p><p>metade da distância entre os centros de dois átomos.</p><p>Como exemplo, a Figura 3 apresenta os valores para o raio atômico do cloro (Cl) e carbono</p><p>(C), através das moléculas de gás cloro (Cl2) e da grafita (C), respectivamente. Com estes</p><p>dados, podemos prever o tamanho da ligação C – Cl, entretanto, temos que levar em conta</p><p>que outros átomos próximos podem afetar esse tamanho de ligação.</p><p>Figura 3 | Determinação de raios atômicos do cloro (Cl) e carbono (C).</p><p>Fonte: adaptada de Kotz et al. (2023, p. 323).</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 15/51</p><p>Analisando os diferentes raios atômicos, observa-se que, à medida que os níveis de energia</p><p>(n) aumentam, aumenta também o raio atômico. Assim, quanto maior o valor de n, maior o</p><p>número de camadas. Dessa forma, o tamanho do átomo amenta de cima para baixo na</p><p>tabela periódica. Ademais, o tamanho do átomo diminui com o aumento do número atômico</p><p>(Z), pois à medida que ocorre o aumento em um próton, a atração com a eletrosfera é maior,</p><p>o núcleo passa a atrair os elétrons mais fortemente, diminuindo o raio à proporção que</p><p>aumenta o número atômico em um mesmo período. A Figura 4 traz uma representação da</p><p>ordem de crescimento do raio atômico nos elementos que compõem a Tabela Periódica.</p><p>Basicamente, o raio atômico aumenta de cima para baixo, da direita para a esquerda.</p><p>Figura 4 | Ordem de crescimento do raio atômico. Fonte:</p><p>elaborada pela autora.</p><p>Tamanho iônico</p><p>Por definição, um íon é conhecido por um átomo que perdeu (cátion – carga positiva) ou</p><p>ganhou elétrons (ânion – carga negativa). A distribuição eletrônica para os íons leva em</p><p>consideração a quantidade de elétrons que possuem. Por exemplo, o sódio (Na) estável</p><p>apresenta Z = 11, e sua distribuição eletrônica é dada por 1s22s22p63s1, mas para o cátion</p><p>desse elemento (Na+), teremos 1s22s22p6. Ganhar e/ou perder elétrons implica no tamanho</p><p>atômico, por essa razão, o raio iônico (ri) apresenta valores diferentes do raio atômico (ra).</p><p>Energia de ionização (EI)</p><p>É a energia necessária para a remoção de um elétron da camada de valência de um átomo</p><p>em estado gasoso, levando à formação de cátions. Elétrons de camadas mais internas são</p><p>mais difíceis de serem removidos devido à sua proximidade com o núcleo, e quanto maior for</p><p>o raio atômico, menor será esta energia necessária para a remoção da carga, já que estão</p><p>mais afastados do núcleo. Por essa razão, a energia de ionização aumenta no sentido</p><p>contrário do raio atômico, ou seja, de baixo para cima e da esquerda para a direita (Figura 5).</p><p>Figura 5 | Ordem de crescimento da energia de ionização. Fonte:</p><p>elaborada pela autora.</p><p>Afinidade eletrônica</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 16/51</p><p>A formação de ânions ocorre quando um átomo captura um elétron. A capacidade de um</p><p>átomo capturar elétrons é avaliada como afinidade eletrônica quando o elemento está em</p><p>fase gasosa. Comumente, quando ocorre a adição de um elétron a um átomo, ocorre a</p><p>liberação de energia e, desta forma, quanto maior for a afinidade eletrônica, mais negativo</p><p>será o seu valor. Quanto maior o número atômico ao longo do período, maior será a</p><p>afinidade eletrônica. Seguindo a mesma linha de raciocínio, em um mesmo grupo, quanto</p><p>mais acima o átomo se encontra, mais próximo do núcleo o elétron será adicionado,</p><p>resultando em uma maior afinidade eletrônica. O elemento com maior afinidade eletrônica na</p><p>tabela periódica é o flúor (F). Por essa razão, a afinidade eletrônica aumenta no sentido</p><p>contrário do raio atômico, ou seja, de baixo para cima e da esquerda para a direita (Figura 6).</p><p>Figura 6 | Ordem de crescimento da afinidade eletrônica. Fonte:</p><p>elaborada pela autora.</p><p>A energia de ionização e afinidade eletrônica medem a capacidade de um átomo perder e</p><p>ganhar um elétron, respectivamente, formando íons. Se um átomo possui elevada afinidade</p><p>eletrônica, ele deve possuir baixa tendência a formar cátion (o que corresponde a um</p><p>elevado valor de energia de ionização). A energia de ionização e a afinidade eletrônica estão,</p><p>pois, relacionadas com a reatividade dos átomos em reações em que se doa e recebe</p><p>elétrons.</p><p>Mas não confundamos afinidade eletrônica com eletronegatividade! A eletronegatividade diz</p><p>respeito à tendência de receber/capturar elétrons, e seus valores irão crescer no mesmo</p><p>sentido da afinidade eletrônica, já que quanto menos elétrons um átomo necessita para</p><p>garantir sua estabilidade, mais vontade deles ele terá.</p><p>Com os conhecimentos adquiridos até aqui, é possível compreender a representação</p><p>atômica, bem como a maneira com a qual os elementos químicos estão organizados na</p><p>Tabela Periódica e quais informações podemos extrair dessa organização, bem como prever</p><p>ou interpretar tendências de propriedades de elementos e compostos.</p><p>Vamos Exercitar?</p><p>Retomando o problema proposto inicialmente, na etapa de desenvolvimento do projeto, foi</p><p>solicitado a você que realizasse um estudo a respeito das características e propriedades</p><p>periódicas elementos químicos alumínio, carbono, cobre, ferro e oxigênio.</p><p>Para a resolução desta atividade, será necessário consultar a Tabela Periódica para</p><p>identificar as principais características de cada elemento, bem como suas propriedades</p><p>periódicas. Dessa forma, teremos:</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 17/51</p><p>Alumínio: é o elemento químico que pertence ao terceiro período e ao décimo terceiro</p><p>grupo (família 3A) da Tabela Periódica. Seu símbolo é dado por Al, de número atômico</p><p>13 e massa atômica 26,982g. Segundo a sua localização na tabela, é um metal e</p><p>apresenta 3 elétrons de valência, possuindo a tendência de doar elétrons em uma</p><p>ligação química.</p><p>Carbono: é um elemento químico do grupo 14 (família 4A) que pertence ao segundo</p><p>período da Tabela Periódica. Devido à sua localização na tabela, é um elemento que</p><p>possui 4 elétrons de valência, com tendência a receber ou compartilhar elétrons em</p><p>uma ligação química. Seu símbolo é dado por C, de número atômico 6 e massa atômica</p><p>12g.</p><p>Cobre: é um elemento químico do grupo 11 (família 1B) que pertence ao quarto período</p><p>da Tabela Periódica. Devido à sua localização, é chamado de metal de transição e</p><p>possui elétrons externo e subnível d completo. Seu símbolo é dado por Cu, de número</p><p>atômico 29 e massa atômica 63,546g.</p><p>Ferro: é um elemento químico do grupo 8 (família 8B) que pertence ao quarto período</p><p>da Tabela Periódica. Devido à sua localização, é chamado de metal de transição e</p><p>possui elétrons internos e subnível d incompleto. Seu símbolo é dado por Fe, de número</p><p>atômico 26 e massa atômica 55,845g.</p><p>Oxigênio: é um elemento químico do grupo 16 (família 6A) que pertence ao segundo</p><p>período da Tabela Periódica. Devido à sua localização na tabela, é um elemento que</p><p>possui 6 elétrons de valência, com tendencia em receber ou compartilhar elétrons em</p><p>uma ligação química. Os elementos do grupo 16 são conhecidos como calcogênios,</p><p>termo que advém da junção de duas palavras gregas, “Khalkos” (que significa cobre) e</p><p>“genos” (que significa origem), ou seja, “originário do cobre”. Apesar do elemento</p><p>químico cobre não fazer parte do grupo 16, ele assim é chamado pelo fato de que dois</p><p>de seus elementos, o oxigênio e o enxofre, estão sempre presentes em minérios de</p><p>cobre. Seu símbolo é dado por O, de número atômico 8 e massa atômica 16g.</p><p>Muitas outras informações podem ser obtidas sobre os elementos químicos citados, contudo,</p><p>estas são as mais importantes em uma tabela periódica</p><p>comum. Vale ressaltar que a Tabela</p><p>Periódica é um modelo de tabela que agrupa e ordena todos os elementos químicos</p><p>conhecidos e suas propriedades em ordem crescente correspondente aos números atômicos</p><p>de cada elemento.</p><p>Saiba Mais</p><p>Olá, estudante!</p><p>Compreender os tipos de elementos químicos, suas principais características e como podem</p><p>relacionar entre si é fundamental para a análise de propriedades dos materiais. Por essa</p><p>razão, é importante ter o domínio sobre os conteúdos dispostos na Tabela Periódica para</p><p>consultá-la quando necessário. Assim, saiba mais sobre os elementos químicos, seus</p><p>períodos e famílias estudando as informações sobre a Tabela Periódica Completa e</p><p>atualizada disponível no endereço a seguir.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 18/51</p><p>TABELA PERIÓDICA COMPLETA. A Tabela Periódica dos elementos químicos</p><p>atualizada, 2024. Página inicial.</p><p>Bons estudos!</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais. São Paulo:</p><p>Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN 9788522128129. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>ATKINS, P. Físico-Química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. E-book.</p><p>ISBN 9788521634577. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 3 mar. 2024.</p><p>CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro:</p><p>Grupo GEN, 2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>DREKENER, R. L.; SIMÊNCIO, E. C. A. Química e ciência dos materiais. Londrina :</p><p>Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019.</p><p>KOTZ, J. C. et al. Química geral e reações químicas. São Paulo: Cengage Learning Brasil,</p><p>2023. v. 1. E-book. ISBN 9786555584516. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso em: 3 mar. 2024.</p><p>NEWELL, J. Fundamentos da moderna engenharia e ciência dos materiais. Rio de</p><p>Janeiro: Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso em: 2 mar.</p><p>2024.</p><p>SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. Porto</p><p>Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>TABELA PERIÓDICA COMPLETA. A Tabela Periódica dos elementos químicos</p><p>atualizada, 2024. Página inicial. Disponível em: https://www.tabelaperiodicacompleta.com.</p><p>Acesso em: 3 mar. 2024.</p><p>Aula 3</p><p>LIGAÇÕES QUÍMICAS</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 19/51</p><p>https://www.tabelaperiodicacompleta.com/</p><p>https://www.tabelaperiodicacompleta.com/</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.</p><p>https://www.tabelaperiodicacompleta.com/</p><p>Ligações químicas</p><p>Olá, estudante! Nesta videoaula, iremos compreender como os átomos e/ou íons se mantêm</p><p>unidos nas estruturas químicas e formação de moléculas e materiais. Ou seja, abordaremos</p><p>as ligações químicas primárias e secundárias.</p><p>Este tema é importante para o desenvolvimento de sua prática pessoal e profissional, pois as</p><p>propriedades físicas e químicas dos materiais podem ser obtidas através do tipo de ligação</p><p>química predominante no material. Além disso, caso seja necessária a alteração de algum</p><p>elemento químico na construção do material, buscando melhoria nas propriedades</p><p>desejadas, identificar a ligação química do composto inicial permite prever qual elemento</p><p>químico pode ser utilizado nessa substituição, desenvolvendo materiais específicos para a</p><p>aplicação desejada.</p><p>Chegou a hora de compreender as formas pelas quais os átomos podem ser ligados na</p><p>constituição da matéria!</p><p>Vamos lá!</p><p>Ponto de Partida</p><p>Olá, estudante!</p><p>Nesta aula, investigaremos os tipos de ligações químicas e como os elétrons de valência</p><p>estão envolvidos nesse processo. Dissertaremos sobre os três tipos de ligações químicas</p><p>primárias, que ocorrem entre átomos, e as ligações de van der Waal, também conhecidas</p><p>como ligações secundárias, que ocorrem entre moléculas.</p><p>As aplicações para esses conceitos são inúmeras, dentre elas, o fato de que permite</p><p>selecionar materiais adequados para uma determinada aplicação segundo as propriedades</p><p>requeridas.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 20/51</p><p>Considerando tal temática, imagine que você atua como estagiário em um laboratório de</p><p>pesquisa e desenvolvimento (P&D) que propõe projetos de inovação buscando substituir</p><p>materiais comuns em aplicações usuais por novos materiais, com o foco nos avanços</p><p>tecnológicos e visando melhor custo-benefício do projeto.</p><p>Pensando na importância na relação entre resistência mecânica e densidade dos materiais</p><p>para os projetos em desenvolvimento, seu gestor solicitou que você realizasse uma pesquisa</p><p>sobre a possibilidade de substituir os fios de cobre, utilizados na fiação elétrica de</p><p>automóveis, por alumínio. Se houver essa possibilidade, quais características químicas serão</p><p>relevantes para essa escolha? Ao final dessa etapa, um relatório deve ser entregue ao</p><p>coordenador do projeto contendo as informações por ele solicitadas.</p><p>Com o estudo dos tipos de ligações químicas e das forças intermoleculares, será possível</p><p>compreender o motivo pelo qual uma classe de materiais pode apresentar uma determinada</p><p>característica ou propriedade em comum e, assim, selecionar o melhor material que atenda</p><p>às vigências solicitadas.</p><p>Bons estudos!</p><p>Vamos Começar!</p><p>Íons e a ligação iônica</p><p>Tudo o que possui forma e ocupa lugar no espaço é constituído de átomos que são mantidos</p><p>unidos por forças conhecidas por ligações interatômicas ou ligações químicas, conectando</p><p>cada átomo a seu vizinho mais próximo. As diferentes propriedades dos materiais estão</p><p>diretamente relacionadas aos tipos das ligações interatômicas. A grafita e o carbono, por</p><p>exemplo, são constituídos essencialmente por carbono, mas exibem diferentes</p><p>características em função da natureza da ligação química.</p><p>O conceito de ligação química foi proposto, simultânea e independentemente, por dois</p><p>químicos, Gilbert N. Lewis (1875 – 1946) e Walter Kossel (1888 – 1956), em 1916. Eles</p><p>afirmaram que a conexão dos átomos ocorria para que os elementos adquirissem</p><p>estabilidade química, ou seja, o preenchimento completo da camada de valência, assumindo</p><p>a configuração de gás nobre. Para ambos os cientistas, ligação química é a força atrativa</p><p>entre dois átomos, resultante da reorganização dos elétrons de suas camadas de valência,</p><p>até atingir oito elétrons.</p><p>De modo geral, as ligações químicas são classificadas em primárias e secundárias; contudo,</p><p>algumas bibliografias as denominam ligações fortes e fracas, respectivamente. As ligações</p><p>primárias ocorrem entre átomos e envolvem a doação ou o compartilhamento de elétrons</p><p>para formar uma configuração eletrônica estável. Já as ligações secundárias ocorrem entre</p><p>moléculas, ou seja, a atração de uma molécula qualquer com suas vizinhas.</p><p>Com o objetivo de facilitar a representação da camada de valência de um átomo para</p><p>analisar a possibilidade de ligações químicas, Lewis desenvolveu uma notação para a</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 21/51</p><p>camada de valência dos elementos químicos, em que apresenta o símbolo do elemento</p><p>rodeado por pontos indicando a quantidade de elétrons de valência.</p><p>Por exemplo, o sódio (Na) possui Z = 11 e distribuição eletrônica 1s22s22p63s1, sendo a</p><p>camada 3 a última camada preenchida, portanto, a camada de valência. Como a camada 3 é</p><p>composta por 3s1, há apenas um elétron de valência. Assim, a representação de Lewis para</p><p>o sódio será . Já para o oxigênio (O), com Z = 8 e configuração eletrônica 1s22s22p4, a</p><p>camada de valência (n = 2) possuirá 6 elétrons (2s22p4) e sua representação de Lewis será</p><p>.</p><p>As ligações primárias são interatômicas e, por essa razão, são consideradas ligações</p><p>químicas fortes. Dentre elas, as ligações iônicas, que ocorrem entre elementos metálicos e</p><p>não metálicos, são caracterizadas pela transferência de elétrons de um átomo para o outro.</p><p>Ou seja, o átomo que possui menos elétrons na camada de valência (metalicos) doa seus</p><p>elétrons para o átomo que possui mais elétrons na camada de valência (não-metálicos) até</p><p>que a estabilidade química seja alcançada. Nesse processo, os átomos que perdem e</p><p>ganham elétrons se tornam íons, cátions (íons positivos) e ânions (íons negativos),</p><p>respectivamente.</p><p>Um exemplo comum desse tipo de ligação é o composto cloreto de sódio (NaCl), mais</p><p>conhecido como sal de cozinha. Para a formação desse composto, ocorre uma reação iônica</p><p>entre o sódio (Na) e o cloro (Cl). O sódio, com 1 elétron na camada de valência, o doa para o</p><p>cloro, inicialmente com 7 elétrons. Nesse processo, há a geração dos íons Na+ e Cl-, que são</p><p>atraídos por meio da ligação química. Assim, ao final dessa transferência de elétrons</p><p>originando os íons Na+ e Cl-, e a atração entre eles, a estabilidade química é alcançada e o</p><p>composto formado. Esse processo é apresentado pela Figura 1.</p><p>Figura 1 | Formação do composto NaCl através da ligação iônica. Fonte: adaptada de Kotz et</p><p>al. (2023, p. 350).</p><p>Para a geração de íons, os elementos químicos do grupo principal tendem a perder ou</p><p>ganhar elétrons, buscando a estabilidade química por adquirir a configuração de gás nobre.</p><p>Por definição, os íons oriundos de átomos que perdem elétrons são chamados cátions e</p><p>representados pela carga positiva (+). Já os íons provenientes de átomos que ganham</p><p>elétrons formam ânions, representados pela carga negativa (-).</p><p>Considerando as propriedades periódicas, os elementos químicos das famílias 1A, 2A e 3A</p><p>apresentam energias de ionização baixas, com tendência a perder elétrons com facilidade,</p><p>enquanto elementos químicos das famílias 5A, 6A e7A possuem elevadas afinidades</p><p>eletrônicas, tendendo a receber elétrons.</p><p>Na ligação química do cloreto de sódio (NaCl), apenas um íon de cada elemento químico foi</p><p>suficiente para a estabilidade química e formação de composto. Mas nem sempre será</p><p>assim. Por exemplo, o composto alumina, também conhecido como óxido de alumínio, é</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 22/51</p><p>formado por íons de alumínio e oxigênio. Nesse caso, para garantir a estabilidade química do</p><p>composto, foram necessários dois átomos de alumínio e três de oxigênio. A Figura 2</p><p>apresenta o processo formativo para o composto alumina (Al2O3).</p><p>Figura 2 | Formação do composto alumina (Al2O3). Fonte:</p><p>elaborada pela autora.</p><p>Podemos utilizar a íon-fórmula para identificar quantos átomos de cada elemento são</p><p>necessários para estabilidade do composto. Nesse caso, ela é obtida pelo cruzamento das</p><p>cargas dos íons metálicos (X) e não metálicos (Y); como resultado desse cruzamento, a</p><p>carga de um transforma-se no índice atômico do outro (Figura 3).</p><p>Figura 3 | Representação da íon-fórmula</p><p>de um composto iônico. Fonte: elaborada</p><p>pela autora.</p><p>A ligação química iônica é denominada não direcional, significando que sua magnitude é a</p><p>mesma em todas as direções ao redor do íon. Assim, na formação de materiais iônicos</p><p>estáveis em um arranjo tridimensional, os vizinhos mais próximos dos íons positivos devem</p><p>ser os íons negativos, e vice-versa. Como resultado dessa união de íons, os materiais que</p><p>possuem predominantemente ligações iônicas são materiais duros, frágeis, de elevada</p><p>temperatura de fusão e bons isolantes térmicos e elétricos. Essas propriedades são</p><p>consequência direta das configurações eletrônicas e/ou da natureza da ligação iônica.</p><p>Conhecendo os elementos químicos que compõem o material, suas configurações</p><p>eletrônicas e a natureza das ligações químicas, identificamos as propriedades que o material</p><p>apresentará oriundas do tipo de ligação.</p><p>Por exemplo, materiais cerâmicos são formados por elementos metálicos e não-metálicos,</p><p>com ligação química predominantemente iônica. Por essa razão, possuem alto ponto de</p><p>fusão, são ótimos isolantes de energia, resistentes, duros e frágeis.</p><p>Ligação covalente e metálica</p><p>Existem três tipos de ligações químicas primárias: iônicas, covalentes e metálicas. A ligação</p><p>covalente ocorre quando os átomos possuem tendências iguais de ganhar e/ou perder</p><p>elétrons, caracterizando os elementos químicos não-metálicos e o hidrogênio. Por essa</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 23/51</p><p>razão, a transferência total do elétron de um átomo para o outro não acontece, mas ocorre o</p><p>compartilhamento dos elétrons entre os átomos envolvidos na ligação.</p><p>Átomos que apresentam alto valor de eletronegatividade, como os ametais, possuem alta</p><p>capacidade em atrair elétrons. Contudo, quando eles interagem entre si, o fato de todos</p><p>apresentarem alta atração pelos elétrons faz com que não ocorra a transferência efetiva</p><p>destes, mas uma atração simultânea, ou seja, o compartilhamento dos elétrons pelos</p><p>núcleos dos átomos, fazendo com que os átomos permaneçam unidos. Essa atração mútua</p><p>ocorre até que a estabilidade química seja alcançada, ou seja, até que os elementos</p><p>químicos cheguem a uma configuração semelhante ao dos gases nobres, seguindo a regra</p><p>do octeto.</p><p>A ligação covalente pode ocorrer de quatro formas, dependendo de quantos e como os pares</p><p>de elétrons são compartilhados. Elas podem ser simples (um par compartilhado), dupla (dois</p><p>pares compartilhados), tripla (três pares compartilhados) e coordenada (os dois elétrons</p><p>provêm do mesmo átomo).</p><p>Na fórmula estrutural de um composto, cada par de elétrons compartilhado é representado</p><p>por uma barra; quanto à ligação covalente coordenada, ela é representada por uma seta. A</p><p>Tabela 1 apresenta os tipos de ligações covalentes através de exemplos de moléculas</p><p>conhecidas em nosso cotidiano por sua fórmula molecular, mostrando os pares</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 24/51</p><p>compartilhados utilizando a estrutura de Lewis em sua fórmula eletrônica e as barras</p><p>indicando as ligações em sua fórmula estrutural.</p><p>Tabela 1 | Representação dos tipos de ligações covalentes. Fonte: elaborada pela autora.</p><p>Os compostos covalentes são bons isolantes térmicos, apresentam pontos de fusão e</p><p>ebulição menores do que os compostos tipicamente iônicos, possuem elevado módulo de</p><p>elasticidade, podem ser rígidos, frágeis, mas também dúcteis e maleáveis.</p><p>Esse tipo de ligação é encontrado em materiais cerâmicos à base de silicatos, vidros e nos</p><p>materiais poliméricos. É interessante notar que tanto um material duro, como o diamante,</p><p>quanto um material relativamente macio, como um polímero, contêm ligações covalentes.</p><p>Fórmula</p><p>molecula</p><p>r</p><p>Fórmula</p><p>eletrônica</p><p>Fórmula</p><p>estrutural</p><p>H2O</p><p>H—O—H</p><p>H—O—H</p><p>O2</p><p>O=O</p><p>O = O</p><p>N2</p><p>N≡N</p><p>N ≡ N</p><p>SO2</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 25/51</p><p>Essas diferenças são o resultado não apenas das ligações dentro das moléculas, mas</p><p>também das ligações que as mantêm unidas.</p><p>Outro ponto relevante consiste em ser possível a existência de ligações interatômicas que</p><p>são parcialmente iônicas e parcialmente</p><p>covalentes em um mesmo material. De fato, são</p><p>poucos os compostos que exibem ligações exclusivamente iônicas ou covalentes. O grau de</p><p>cada tipo de ligação está associado à posição relativa de seus átomos constituintes na</p><p>Tabela Periódica ou da diferença de suas eletronegatividades. Quanto maior for a diferença</p><p>entre as eletronegatividades, maior o percentual iônico da ligação.</p><p>A quantidade iônica de uma ligação, também chamada de caráter iônico entre dois</p><p>elementos, A e B, sendo A o elemento mais eletronegativo, pode ser aproximada pela</p><p>Equação 1, sendo XA e XB as eletronegatividades dos respectivos elementos.</p><p>Como exemplo, o caráter iônico do cloreto de sódio (NaCl) pode ser calculado por (1),</p><p>considerando os valores de eletronegatividade de 0,9 para o sódio e de 3,0 para o cloro.</p><p>Assim, a porcentagem de caráter iônico é expressa em da seguinte forma:</p><p>Ou seja, o composto cloreto de sódio, NaCl, possui 67% de ligações iônicas e 33% de</p><p>ligações covalentes.</p><p>Dessa forma, podemos afirmar que moléculas podem ser formadas por ligações covalentes,</p><p>e compostos iônicos, por ligações iônicas. E nos metais e suas ligas, como ocorrem as</p><p>ligações? Estas são conhecidas como ligações metálicas que apresentam, como</p><p>características, boa condutividade elétrica e térmica, brilho característico e flexibilidade.</p><p>A ligação metálica ocorre entre os elementos metálicos (iguais ou diferentes) que possuem</p><p>um, dois ou três elétrons na camada de valência. Nesse tipo de ligação, os elétrons de</p><p>valência estão deslocalizados, ou seja, eles possuem probabilidade igual de estarem</p><p>associados a qualquer um de seus átomos adjacentes, formando um mar de elétrons, ou</p><p>nuvem eletrônica (Figura 4). Nessa nuvem eletrônica, os elétrons são considerados livres e é</p><p>justamente por essa razão que os compostos metálicos apresentam boa condutividade</p><p>elétrica e térmica.</p><p>Figura 4 | Representação da ligação metálica. Fonte:</p><p>adaptada de Maia e Bianchi (2007, p. 109-110).</p><p>%caráter iônico  =  {1 − exp[−(0, 25)(XA − XB)</p><p>2]} x100</p><p>%caráter icônico NaCl  =  {1 − exp[−(0, 25)(3, 0  −  0, 9)2]} x100  =  67</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 26/51</p><p>Ao analisar as propriedades periódicas de energia de ionização, comparando os átomos</p><p>mais à direita da Tabela Periódica com átomos das famílias 1A e 2A, as propriedades</p><p>metálicas se modificam, pois os compostos metálicos do grupo 1 e 2 tendem a ser mais</p><p>maleáveis que compostos metálicos de cobre, por exemplo.</p><p>Por fim, as ligas metálicas são utilizadas para unir propriedades de diferentes metais ou</p><p>modular propriedades de interesse em determinada utilização. Elas são definidas pela</p><p>mistura de dois ou mais metais, podendo envolver elementos não metálicos.</p><p>Como exemplo de liga metálica, podemos citar o ouro 18 (em que prata ou cobre são</p><p>adicionados para deixar o ouro menos maleável, possibilitando a utilização fabricação de</p><p>joias) e o aço (em que uma quantidade específica de carbono é adicionada no ferro,</p><p>aumentando a resistência mecânica).</p><p>Comportamentos gerais dos materiais podem ser explicados pelo tipo de ligação química que</p><p>possuem. De maneira geral, os materiais metálicos e suas ligas são bons condutores de</p><p>energia como consequência de seus elétrons livres; já os materiais com ligações iônicas ou</p><p>covalentes são tipicamente isolantes por não possuírem elétrons livres.</p><p>Siga em Frente...</p><p>Ligações de van der Waals</p><p>Para a formação dos materiais, além das ligações químicas primárias, consideradas fortes</p><p>por ocorrerem entre os átomos e/ou íons, também existem as mais fracas, conhecidas como</p><p>ligações secundárias, que ocorrem entre as moléculas, e, por vezes entre átomos, também</p><p>chamadas de interações ou forças intermoleculares, ou simplesmente ligações de van der</p><p>Waals.</p><p>Nas ligações químicas secundárias, não há doação ou compartilhamento dos elétrons de</p><p>valência. Elas normalmente são formadas quando ocorre uma distribuição de cargas</p><p>desigual, criando um dipolo, de carga total zero, mas com uma das extremidades com carga</p><p>positiva ou negativa em relação à outra extremidade. Esses dipolos podem ser produzidos</p><p>por uma flutuação aleatória dos elétrons em torno do que é normalmente um campo elétrico</p><p>simétrico no átomo. Uma vez que um dipolo aleatório é formado em um átomo, um dipolo</p><p>induzido é formado no átomo adjacente (Figura 5).</p><p>Figura 5 | Representação da ligação de van der Waals. Fonte:</p><p>elaborada pela autora.</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 27/51</p><p>Uma ligação secundária também pode estar presente quando uma molécula apresenta um</p><p>dipolo permanente em função de uma disposição assimétrica das regiões positivas e</p><p>negativas. Essa molécula com dipolo permanente pode induzir, nas moléculas adjacentes,</p><p>um dipolo simétrico, formando uma ligação fraca, ou constituir ligações químicas secundárias</p><p>com outras moléculas que também apresentem dipolo permanente. Vale dizer que materiais</p><p>provenientes desse tipo de ligação secundária apresentam baixas temperaturas de fusão e</p><p>ebulição.</p><p>Dentre os tipos de ligações de van der Waals, a mais importante é conhecida como forças de</p><p>London, em que há interações entre dipolos induzidos em átomos ou moléculas, levando à</p><p>diminuição da energia do sistema, estabilizando-o.</p><p>Outro tipo de ligação secundária é a chamada ligação de hidrogênio, ou ligações de dipolos</p><p>permanentes. Ela é considerada a forma mais forte das ligações secundárias, formada a</p><p>partir da natureza polar de moléculas que contenham átomos de hidrogênio. Como exemplo,</p><p>podemos observar a ligação entre as moléculas de água (H2O), em que o único elétron que o</p><p>hidrogênio possui é compartilhado com o oxigênio. Assim, o lado da ligação em que se</p><p>encontra o hidrogênio torna-se carregado positivamente, exercendo força de atração na</p><p>molécula adjacente, com extremidade carregada positivamente. Além disso, como</p><p>consequência dessa ligação, pontos de fusão e ebulição de materiais que contenham</p><p>ligações de hidrogênio são muito elevados em relação aos pesos atômicos que possuem.</p><p>Logo, tanto as ligações de van der Waals quanto as ligações de hidrogênio (muitas vezes</p><p>chamadas de ponte de hidrogênio) são fracas se comparadas às ligações primárias pelo fato</p><p>de serem resultantes das forças de atração entre dipolos elétricos induzidos ou permanentes.</p><p>Vamos Exercitar?</p><p>Retomando o problema proposto inicialmente, você foi acionado para realizar uma pesquisa</p><p>sobre a possibilidade de substituir os fios de cobre, que são utilizados na fiação elétrica de</p><p>automóveis, por alumínio. Se houver essa possibilidade, quais características químicas</p><p>devem ser levadas em consideração nessa escolha?</p><p>Para o desenvolvimento desta atividade, será necessário compreender as características que</p><p>o material cobre apresenta e entender por que é utilizado na fiação elétrica de automóveis.</p><p>Na sequência, será preciso avaliar a possibilidade de troca de material por alumínio e</p><p>verificar o custo-benefício do processo.</p><p>O elemento químico cobre (Cu), consultando a tabela periódica, é um metal de transição de</p><p>número atômico 29. Realizando a distribuição eletrônica desse elemento, sua camada de</p><p>valência apresentará apenas um elétron (4s1). Para a formação de um composto, os átomos</p><p>de cobre ligam uns aos outros através da ligação metálica. Como característica desse tipo de</p><p>ligação, a nuvem eletrônica permite que o material seja excelente condutor de energia</p><p>(eletricidade e térmica) e, por apresentar boa ductilidade, pode ser facilmente moldado em</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 28/51</p><p>fio. São essas propriedades que tornam esse material tão utilizado na forma de fios, não</p><p>apenas em automóveis, mas em qualquer aplicabilidade de fiações.</p><p>Contudo, existem alguns estudos que sugerem a possibilidade de se utilizar alumínio no</p><p>lugar do cobre. O alumínio,</p><p>assim como o cobre, também é um elemento químico metálico de</p><p>número atômico 13, com 3 elétrons de valência. Para a formação do composto, os átomos de</p><p>alumínio se ligam uns aos outros através da ligação metálica.</p><p>Devido às propriedades periódicas do alumínio e ao tipo de ligação química que realiza para</p><p>a formação do material, pode-se afirmar que ele é um metal macio, dúctil e resistente à</p><p>corrosão, apresentando baixa densidade e excelente condutividade térmica e elétrica.</p><p>Em um primeiro momento, essas características tornam a substituição de fios de cobre por</p><p>fios de alumínio viável. Ademais, por apresentar baixa densidade, alguns estudos apontam</p><p>que utilizar fios de alumínio em automóveis pode reduzir em até 48% a massa final da fiação</p><p>elétrica.</p><p>Saiba Mais</p><p>Olá, estudante!</p><p>Compreender os tipos de ligações químicas que estão presentes nos materiais e relacioná-</p><p>los às propriedades por eles apresentadas é de grande valia para análises preliminares nos</p><p>materiais em aplicações específicas, principalmente quando houver a possibilidade de</p><p>substituição de material por outro visando a melhora das propriedades e custo-benefício.</p><p>Saiba mais sobre os tipos de ligações primárias e secundárias estudando as seções de 2.6 a</p><p>2.8 do livro Ciência e engenharia de materiais: uma introdução, de William D. Callister Jr.</p><p>Faça os exercícios propostos para fixar os conteúdos relacionados a este tema.</p><p>Bons estudos!</p><p>Referências Bibliográficas</p><p>ASKELAND, D. R.; WRIGHT, W. J. Ciência e engenharia dos materiais. São Paulo:</p><p>Cengage Learning Brasil, 2019. E-book. ISBN 9788522128129. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>ATKINS, P. Físico-Química: fundamentos. 6. ed. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2017. E-book.</p><p>ISBN 9788521634577. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/. Acesso em: 3 mar. 2024.</p><p>CALLISTER JR., W. D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. Rio de Janeiro:</p><p>Grupo GEN, 2020. E-book. ISBN 9788521637325. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>DREKENER, R. L.; SIMÊNCIO, E. C. A. Química e ciência dos materiais. Londrina :</p><p>Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2019. KOTZ, J. C. et al. Química geral e reações</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 29/51</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788522128129/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634577/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521637325/.</p><p>químicas. São Paulo: Cengage Learning Brasil, 2023. v. 1. E-book. ISBN 9786555584516.</p><p>Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/. Acesso</p><p>em: 3 mar. 2024.</p><p>MAIA, D. J.; BIANCHI, J. C. de A. Química geral e fundamentos. São Paulo: Pearson</p><p>Prentice Hall, 2007. 448 p. NEWELL, J. Fundamentos da moderna engenharia e ciência</p><p>dos materiais. Rio de Janeiro: Grupo GEN, 2010. E-book. ISBN 978-85-216-2490-5.</p><p>Disponível em: https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/. Acesso</p><p>em: 2 mar. 2024.</p><p>SMITH, W. F.; HASHEMI, J. Fundamentos de engenharia e ciência dos materiais. Porto</p><p>Alegre: Grupo A, 2012. E-book. ISBN 9788580551150. Disponível em:</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/. Acesso em: 2 mar. 2024.</p><p>Aula 4</p><p>ESTADO DA MATÉRIA: GASES,</p><p>LÍQUIDOS E SÓLIDOS</p><p>Estado da matéria: gases, líquidos e sólidos</p><p>Olá, estudante! Nesta videoaula, abordaremos os conceitos relacionados aos principais</p><p>estados que a matéria pode apresentar (sólido, líquido e gasoso), avaliando as propriedades</p><p>fundamentais para a sua diferenciação e como ocorrem as mudanças de fase. Ademais,</p><p>compreenderemos como descrever a matéria no estado gasoso através da lei dos gases</p><p>ideais com exemplos do cotidiano e aplicações visando a prática profissional.</p><p>Os conceitos desta aula são, pois, fundamentais para compreender os estados em que a</p><p>matéria pode ser encontrada, bem como quais as situações que provocam ou permitem a</p><p>mudança entre as fases. Ter esse conhecimento é de grande valia para o seu</p><p>desenvolvimento profissional, sendo possível a escolha e utilização de qualquer material</p><p>conforme as especificações do projeto, levando em consideração a segurança e o custo-</p><p>benefício.</p><p>Pronto para mais esse desafio?</p><p>Bons estudos!</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 30/51</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9786555584516/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-2490-5/.</p><p>https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788580551150/.</p><p>Ponto de Partida</p><p>Olá, estudante! Bem-vindo!</p><p>Nesta aula, abordaremos as propriedades fundamentais e a classificação da matéria, com o</p><p>foco no estado gasoso, estudando a lei dos gases e suas aplicações, além de conceitos</p><p>importantes para a compreensão das características de um composto em cada estado físico</p><p>(sólido, líquido ou gasoso), analisando suas propriedades e as situações em que ocorre a</p><p>mudança de estado. Além disso, buscaremos compreender a relação das propriedades</p><p>pressão, temperatura e volume em um dado exemplo ou na análise de um processo</p><p>termodinâmico.</p><p>Conceitos estes que podem ser utilizados e aplicados em diversas áreas da Engenharia, por</p><p>exemplo, em novas tecnologias de embalagens que visam aumentar o prazo de validade dos</p><p>alimentos. Embalagens como essas apresentam dois tipos de classificação: Embalagens de</p><p>Atmosfera Modificada Tradicionais (MAP) e Embalagens de Atmosfera Modificada em</p><p>Equilíbrio (EMAP).</p><p>As Embalagens de Atmosfera Modificada Tradicionais (MAP) são embalagens fechadas que</p><p>podem utilizar gases do tipo hélio (He), neônio (Ne), argônio (Ar) e criptônio (Kr) em seu</p><p>interior, mas também dióxido de carbono (CO2) e gás oxigênio (O2) em proporções</p><p>adequadas, mantendo alguns aspectos dos alimentos como cor, forma e frescor. Já as</p><p>Embalagens de Atmosfera Modificada em Equilíbrio (EMAP) podem utilizar uma atmosfera</p><p>modificada formada por dióxido de carbono (CO2) e gás oxigênio (O2), além de apresentar</p><p>microperfurações na sua superfície. O objetivo da atmosfera modificada equilibrada nesse</p><p>tipo de embalagem consiste, portanto, em aumentar o prazo de validade para frutas e</p><p>legumes frescos sem o uso de qualquer tipo de conservante.</p><p>Visando tal objetivo, um produtor local de hortaliças contatou a empresa da qual você faz</p><p>parte, solicitando uma consultoria para ver a viabilidade do processo. Para a obtenção das</p><p>informações, você foi acionado para verificar o volume final de gás que será utilizado em</p><p>24/09/2024, 15:12 Estrutura atômica</p><p>https://alexandria-html-published.platosedu.io/96a108ce-2261-4782-b482-9b0ed7f7c060/v1/index.html 31/51</p><p>cada embalagem. Nesse processo, será utilizado o argônio que, imediatamente após ser</p><p>colocado na embalagem, assume o comportamento de um gás ideal. Para os cálculos,</p><p>alguns dados foram fornecidos: pressão de 1 atm, temperatura de 27ºC e massa de 0,16 g.</p><p>Então, vamos conhecer os conceitos necessários para resolução do problema proposto?</p><p>Bons estudos!</p><p>Vamos Começar!</p><p>Propriedades fundamentais</p><p>A definição mais simples de matéria é dada por aquilo que possui massa e ocupa lugar no</p><p>espaço. Enquanto massa (m), expressa a quantidade de matéria que compõe um corpo e,</p><p>pela segunda lei de Newton, está relacionada à resistência (inércia) de um corpo para entrar</p><p>em movimento acelerado. Assim, quanto maior a massa de um corpo, maior a sua inércia.</p><p>E como podemos expressar o espaço que a matéria ocupa? Pelo volume (V), já que sua</p><p>definição é dada pelo espaço ocupado por um corpo ou a capacidade que ele tem de</p><p>comportar alguma substância.</p><p>A proporção entre massa (m) e volume (V) é conhecida como densidade (ρ), também</p><p>chamada de massa específica. Ela expressa o quanto de massa de material é necessário</p>