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TEORIA ATÔMICA 1 MÓDULO 1 Modelos Atômicos – A Primeira Ideia A estrutura da matéria é um dos assuntos inacabados da ciência. Tudo começou na Grécia Antiga quando Demócrito (420 a.C.) e Leucipo (450 a.C.), ambos filósofos, pensaram: se pegássemos algo e dividíssemos infinitamente, a que chegaríamos? Então eles chegaram à conclusão de que a matéria deveria ser formada por partículas indivisíveis chamadas átomos (do grego: não divisível). Leucipo e Demócrito eram filósofos e não chegaram a estudar o átomo, simplesmente propuseram a existência do mesmo. Átomo: partícula indivisível. Leis Ponderais No final do século XVIII, a Química se firma como “ciência”, principalmente devido aos experimentos e observações de cientistas, como Lavoisier, Proust e Dalton. Esses experimentos foram realizados com base nas observações das massas das substâncias que participavam dos fenômenos químicos, daí o nome Leis Ponderais. Lei de Lavoisier (Lei da conservação das massas) Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794). Gravura colorizada de 1860. Biblioteca Nacional da França, Paris. Antoine Laurent Lavoisier foi o primeiro cientista a dar conotação científica à Química. No final do século XVIII, ele fazia experiências nas quais se preocupava em medir a massa total de um sistema, antes e depois de ocorrer a transformação química. Exemplo: Note que a massa do reagente (18 g) é igual à massa total dos produtos (2 g + 16 g = 18 g). Mas por que Lavoisier escolheu recipientes fechados? Entre os reagentes e/ou entre os produtos de uma reação química podem existir substâncias gasosas, tais como o oxigênio, o hidrogênio e o gás carbônico. Se, por exemplo, uma substância gasosa for produzida numa reação, ela sairá espontaneamente do recipiente e sua massa não será medida pela balança como parte da massa final do sistema. Ao escolher recipientes fechados, Lavoisier eliminou dúvidas sobre a possível entrada ou saída de gases do sistema. Comprimidos efervescentes reagindo com água, em copo aberto: exemplo de reação química em recipiente aberto que, portanto, permite a saída do gás produzido. Por causa dessa saída de gás, a massa final do sistema é menor que a massa inicial. Através da análise dos dados obtidos em várias experiências, chegou à conclusão que: TEORIA ATÔMICA 2 MÓDULO 1 Num sistema fechado, a massa total das substâncias, antes da transformação química, é igual à massa total após a transformação ou na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma. Lei de Proust (Lei das proporções fixas ou definidas) Joseph-Louis Proust (1754-1826). Gravura de Ambroise Tardieu, de 1795. Coleção particular. Proust se preocupava em analisar a composição das substâncias. Trabalhando com amostras de água de várias procedências (água de chuva, água de rio, água de lago, previamente purificadas), e decompostas por eletrólise, ele verificou que: Assim, Proust concluiu que: Independentemente da origem de uma determinada substância pura, ela é sempre formada pelos mesmos elementos químicos, combinados entre si na mesma proporção em massa. Uma das consequências da lei de Proust é a composição centesimal das substâncias, que indica a porcentagem, em massa, de cada elemento que constitui a substância. Exemplo: No caso da água, temos: 9 g de água fornece 1 g de hidrogênio e 8 g de oxigênio. Cálculo da porcentagem do hidrogênio: 9 g de água ---------- 1 g hidrogênio 100 g água ------------ x x = 11,11% de hidrogênio Cálculo da porcentagem do oxigênio: 9 g de água ---------- 8 g oxigênio 100 g água ------------ x x = 88,88% de oxigênio Outra consequência da lei de Proust é o cálculo estequiométrico. Para 10 g de hidrogênio precisamos de 80 g de oxigênio para reagir, em 30 g de hidrogênio precisamos de 240 g de oxigênio. Logo, a proporção, em massa, com que o hidrogênio reage com o oxigênio é a mesma nas duas reações. Lei de Dalton (Lei das proporções múltiplas) Se uma massa fixa de um elemento se combina com massas diferentes de um segundo elemento, para formar compostos diferentes, estas massas (diferentes) estão entre si numa relação de números inteiros pequenos. O nitrogênio se combina com o oxigênio, formando diferentes óxidos: Óxidos Nitrogênio Oxigênio N2O 28 g 16 g N2O2 28 g 32 g N2O3 28 g 48 g N2O4 28 g 64 g N2O5 28 g 80 g Verifica-se que, permanecendo constante a massa do nitrogênio, as massas do oxigênio variam, entre si, numa relação simples de números inteiros e pequenos, ou seja, 1:2:3:4:5. Exemplo: Para duas reações conhecidas, temos: 1C + 1O → 1CO razão 1/1 = 1 1C + 1O2 → CO2 razão 1/2 http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/nitrogenio/ http://www.infoescola.com/quimica/oxidos/ TEORIA ATÔMICA 3 MÓDULO 1 Na primeira reação ocorre a formação do monóxido de carbono, cuja proporção de carbono por oxigênio é uma razão de números inteiros de resultado igual a 1. Na segunda reação, temos a formação do dióxido de carbono (CO2), cuja relação carbono por oxigênio é uma razão de números inteiros 1/2. Modelo Atômico de Dalton John Dalton (1766-1844). Gravura de C. Turner, século XIX. Biblioteca da Universidade de Edimburgo, Escócia. Em 1808, John Dalton a partir da ideia filosófica de átomo estabelecida por Leucipo e Demócrito, realizou experimentos fundamentados nas Leis Ponderais e propôs uma Teoria Atômica. Dalton publicou um livro apresentando sua teoria sobre a constituição atômica da matéria. O seu trabalho foi amplamente debatido pela comunidade científica e, apesar de ter sido criticado pelos físicos famosos da época, a partir de segunda metade do século XIX os químicos começaram a se convencer, pelas inúmeras evidências, de que tal modelo era bastante plausível. Dalton, ao propor o primeiro modelo atômico, comparou o átomo a uma esfera maciça, extremamente pequena e indivisível. O modelo era chamado “bola de bilhar”. O modelo de Dalton baseava-se nas seguintes hipóteses: ➢ Tudo que existe na natureza é composto por diminutas partículas denominadas átomos; ➢ Os átomos são indivisíveis e indestrutíveis; ➢ Existe um número pequeno de elementos químicos diferentes na natureza; ➢ Reunindo átomos iguais ou diferentes nas variadas proporções, podemos formar todas as substâncias do universo conhecidas. As substâncias simples são formadas por átomos de um mesmo elemento químico. As substâncias compostas (também chamadas compostos químicos, ou simplesmente compostos) são formadas por átomos de dois ou mais elementos químicos diferentes, que se combinam sempre numa mesma proporção; ➢ Os átomos de um mesmo elemento químico são iguais em todas as suas características (por exemplo, tamanho e massa); ➢ Os átomos dos diferentes elementos químicos são diferentes entre si; ➢ Nas reações químicas, os átomos se reorganizam. Para Dalton o átomo era um sistema contínuo. Apesar de um modelo simples, Dalton deu um grande passo na elaboração de um modelo atômico, pois foi o que instigou na busca por algumas respostas e proposição de futuros modelos. Explicação para as leis de Lavoisier e de Proust A Teoria de Dalton é uma proposta (bem- sucedida) de explicação para a Lei de Lavoisier e a Lei de Proust, apresentadas no capítulo anterior. Numa reação química, os átomos apenas se recombinam. Então, já que os átomos não são destruídos nem formados, a massa de reagentes é sempre igual à dos produtos. Isso explica a Lei de Lavoisier. As moléculas de uma determinada substância são formadas por átomos que se unem numa proporção bem definida. Na água, por exemplo, sempre há dois átomos de hidrogênio para um átomo de oxigênio. Assim, não importa a quantidade da substância que consideremos,haverá sempre uma proporção constante entre os átomos dos elementos que a consti tuem. Ou seja, tanto em um grama quanto em um quilograma ou em uma tonelada de água, a proporção em que os elementos hidrogênio e oxigênio estão presentes é sempre a mesma. E como a proporção em que os átomos estão presentes é sempre a mesma, então a composição da substância é fixa, o que explica a Lei de Proust. TEORIA ATÔMICA 4 MÓDULO 1 Modelo Atômico de Thomson Joseph John Thomson (1856-1940), Prêmio Nobel em 1906. Quadro de Arthur Hacker, da década de 1900. Laboratório Cavendish, Cambridge, Inglaterra. O modelo de Dalton não satisfazia perguntas em relação à natureza elétrica da matéria. Por exemplo: por que quando se atritava um bastão de vidro em uma flanela este ficava carregado? Em virtude disso, o modelo da bola de bilhar proposto por Dalton foi substituído. A descoberta do elétron foi realizada pelo físico Joseph John Thomson, ao realizar experimentos envolvendo ampolas de raios catódicos, que consistia no seguinte: num tubo de vidro denominado de Ampola de Crookes são colocados dois eletrodos: o cátodo (polo negativo) e o ânodo (polo positivo). No interior do tubo existe gás rarefeito submetido a uma descarga elétrica superior a 10000 volts. Do cátodo parte um fluxo de partículas denominado raios catódicos, que se dirige à parede oposta do tubo, produzindo uma fluorescência decorrente do choque das partículas que partiram do cátodo com os átomos do vidro da ampola. Com o aparecimento das ampolas de Crookes (tubos especiais com as quais consegue-se reduzir a pressão interna até 10-9 atm) em 1897, J. J. Thomson dedicou-se a pesquisar a natureza dos raios catódicos (feixe que sai do cátodo), concluindo que: 1) Os raios catódicos são corpusculares, pois quando interceptam um molinete de mica, este entra em rotação: 2) Os raios são constituídos de partículas com carga elétrica, pois são desviados por um campo elétrico e magnético e, pelo sentido do desvio, as partículas são negativas sendo denominadas de elétrons: 3) Pela medida do desvio dos raios catódicos sob ação de um campo magnético, ele pode determinar a relação e/m entre a carga do elétron (e) e sua massa (m). No final do século XIX, Joseph John Thomson, através dos experimentos de descargas elétricas em alto vácuo, sugeriu um modelo de átomo em que o átomo fosse maciço, esférico, descontínuo, formado por um fluido com carga elétrica positiva, no qual estariam dispersos os elétrons com carga negativa uniformemente, que neutralizam totalmente as cargas positivas do fluido. O próprio Thomson associou o seu modelo a um “pudim de passas”. TEORIA ATÔMICA 5 MÓDULO 1 Em 1886, Goldstein obteve os raios canais, que se propagam em sentido oposto ao dos raios catódicos. Experiências posteriores mostram que: 1) Os raios canais são constituídos por partículas positivas denominadas prótons; 2) A massa das partículas constituintes dos raios canais é aproximadamente igual à massa das moléculas do gás residual (gás contido no interior da ampola de Goldstein); 3) Quando o gás residual é o hidrogênio, a massa das partículas dos raios canais é a menor e aproximadamente 1836 vezes maior que a massa do elétron, e a carga dessas partículas é igual à do elétron, com sinal contrário. Modelo Atômico de Rutherford Ernest Rutherford (1871- -1937), Prêmio Nobel em 1908. Foto colorizada de 1915. No final do século XIX, o físico neozelandês Ernest Rutherford foi convencido por J. J. Thomson a trabalhar com o fenômeno então recentemente descoberto: a radioatividade. Seu trabalho permitiu a elaboração de um modelo atômico que possibilitou o entendimento da radiação emitida pelos átomos de urânio, rádio e polônio. Aos 26 anos de idade, Rutherford fez sua maior descoberta. Estudando a emissão de radiação do urânio e do tório, observou que existem dois tipos distintos de radiação: uma que é rapidamente absorvida, que denominamos de radiação alfa, e outra com maior poder de penetração, que denominamos radiação beta. Ele descobriu que a radiação alfa é atraída pelo polo negativo, enquanto a beta é atraída pelo positivo de um campo elétrico. Em seus estudos, foi mostrado que as partículas alfa são iguais à átomos de hélio sem os elétrons, e que o baixo poder de penetração se deve à sua elevada massa. Rutherford descobriu também que a radiação beta é constituída por partículas negativas que possuem massa igual à dos elétrons e um poder de penetração maior do que a radiação alfa. Foi descoberto também que as radiações gama não possuem massa. Em 1909, o aluno de doutorado em física Johannes Hans Wilhelm Geiger (1882-1945) e o professor inglês Ernest Marsden (1889-1970), sob orientação de Rutherford, trabalharam em um aparato experimental que possibilitava a observação da trajetória das partículas alfa. Diversos experimentos foram desenvolvidos por Geiger, Marsden e Rutherford, utilizando esse equipamento, e os resultados foram espantosos. O experimento de Rutherford Um dos experimentos conduzidos pela equipe de Rutherford revolucionou o modo como os físicos da época passaram a imaginar o átomo. Foram bombardeadas finas lâminas de ouro, para estudo de deflexões (desvios) de partículas alfa. De acordo com o modelo de Thomson, esses desvios seriam improváveis, pois sendo as partículas alfa muito mais leves do que os átomos da lâmina de ouro, os elétrons teriam tanto dificuldade para desviar suas trajetórias quanto bolas de gude para desviar balas de canhão. Para perceber possíveis desvios, utilizou-se uma placa de material fluorescente que emite luz quando colidida pela radiação alfa. Dessa maneira, ao colocar uma fina lâmina de ouro entre a chapa fluorescente e o material radioativo, a luminosidade na chapa deveria cessar, pois a lâmina de ouro bloquearia a passagem da radiação. TEORIA ATÔMICA 6 MÓDULO 1 Para surpresa de Rutherford, uma grande luminosidade continuou aparecendo do outro lado da lâmina de ouro, indicando que a radiação alfa havia atravessado sem a menor dificuldade. Além disso, ele observou o surgimento de uma pequena luminosidade em outras partes da chapa. Isso evidenciava que a trajetória de uma parte da radiação alfa era desviada por algo na lâmina de ouro. Através de vários testes, Rutherford e sua equipe conseguiram estabelecer um novo modelo de átomo, que ocuparia um volume esférico e que possuía um núcleo. Estabeleceu que o núcleo contém a maior parte da massa do átomo e possui carga positiva (responsável pelos poucos desvios da radiação alfa). A região externa ao núcleo está ocupada pelos elétrons numa região denominada eletrosfera ou coroa eletrônica. Os elétrons estariam em movimento em torno do núcleo, na eletrosfera. O átomo é um sistema neutro, ou seja, o número de cargas positivas e negativas é igual. O átomo é um sistema descontínuo onde prevalecem os espaços vazios. O modelo atômico de Rutherford descrevia o átomo como uma miniatura do sistema solar, com os elétrons a moverem-se ao redor do núcleo como planetas em torno do sol. Para Rutherford, o núcleo atômico continha apenas prótons. Chadwick, um dos discípulos de Rutherford, descobriu que no núcleo também existem os nêutrons, que são partículas sem carga. Hoje, sabemos que o tamanho do átomo é 10.000 a 100.000 vezes maior que o de seu núcleo. Para efeito de comparação, podemos imaginar o núcleo atômico como sendo uma formiga no centro de um estádio como o Maracanã (observe que o modelo apresentado acima está totalmente fora de proporção, pois o núcleo representado é enorme em relação ao tamanho do átomo). No modelo atômico de Rutherford surgiu, porém, uma dúvida muito importante: se o núcleo atômico é formado por partículas positivas,por que essas partículas não se repelem e o núcleo não desmorona? A resposta veio em 1932, quando o cientista James Chadwick verificou que o núcleo do elemento berílio radioativo emite partículas sem carga elétrica e de massa praticamente igual à dos prótons. Essa partícula foi denominada nêutron — confirmando-se assim a existência da terceira partícula subatômica. De certa maneira, os nêutrons “isolam” os prótons, evitando suas repulsões e o consequente “desmoronamento” do núcleo. Podemos, agora, ilustrar esquematicamente a estrutura atômica do seguinte modo: TEORIA ATÔMICA 7 MÓDULO 1 Novos estudos foram feitos visando estabelecer as relações entre as massas e as intensidades das cargas elétricas dos prótons, nêutrons e elétrons. Concluiu-se então que, adotando-se como padrão, para o próton, massa = 1 e carga elétrica = +1, resultam os seguintes valores aproximados: Número Atômico (Z) Número atômico (Z) é o número correspondente à carga nuclear, ou seja, o número de prótons existentes no núcleo. Por exemplo, o átomo de carbono possui 6 prótons no núcleo. Logo, o seu número atômico é 6. C: 6 prótons → Z = 6 Os átomos, em seu estado natural, são sempre eletricamente neutros, isto é, o número de cargas positivas (prótons) é igual ao número de cargas negativas (elétrons). no de p+ = no de e- Íons Os átomos, em busca de estabilidade, podem perder ou ganhar elétrons, adquirindo cargas. Estas espécies, carregadas positivamente ou negativamente, chamamos de íons. Nesse caso: no de p+ ≠ no de e- Átomo eletrizado positivamente (cátion) O átomo eletrizado positivamente é aquele que apresenta mais cargas positivas (prótons) do que cargas negativas (elétrons). Para tanto, ele perdeu elétrons. O total de elétrons perdidos é o total de cargas positivas adquiridas. Exemplo: Átomo eletrizado negativamente (ânion) O átomo eletrizado negativamente é aquele que apresenta mais elétrons do que prótons. Portanto, ele ganhou elétrons. O total de elétrons ganhos é o total de cargas negativas adquiridas. Exemplo: Resumindo, temos: Número de Massa (A) Número de massa (A) é o número correspondente à soma das quantidades de prótons e de nêutrons existentes no núcleo. A = p + n ou A = Z + n Por exemplo: o átomo de sódio possui 11 prótons e 12 nêutrons no núcleo. Logo, seu número de massa é 23. A = p + n → A = 11 + 12 = 23 TEORIA ATÔMICA 8 MÓDULO 1 Representação de “Z” e “A” O número de massa é colocado acima do símbolo do elemento e o número atômico embaixo. Exemplo: 17Cl35 – indica o átomo de cloro de número atômico 17 e número de massa 35. Pelo número atômico, sabemos que este átomo de cloro tem 17 prótons e 17 elétrons. Sendo o número de massa 35, sabemos que: A = p + n → 35 = 17 + n → n = 18 Semelhanças Atômicas Isótopos São átomos de mesmo número atômico (mesmo elemento) e de números de massa diferentes. Exemplo: 1H1 (prótio), 1H2 (deutério), 1H3 (trítio) Isóbaros São átomos de mesmo número de massa e números atômicos diferentes (elementos diferentes). Exemplo: 19K40 e 20Ca40 Isótonos São átomos que apresentam mesmo número de nêutrons e números atômico e de massa diferentes. Exemplo: 8O17 e 9F18 Espécies Isoeletrônicas São espécies que possuem a mesma quantidade de elétrons. Exemplo: 13Al3+ , 12Mg2+ , 11Na1+ , 10Ne , 9F1- , 8O2- , 7N3- Todas as espécies acima têm 10 elétrons. Modelo Atômico de Bohr O dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), Prêmio Nobel em 1922. De acordo com o modelo atômico proposto por Rutherford, os elétrons ao girarem ao redor do núcleo, com o tempo perderiam energia, e se chocariam com o mesmo. Como o átomo é uma estrutura estável, Niels Bohr afirmou que os fenômenos atômicos não poderiam ser explicados pelas Leis da Física Clássica e formulou uma teoria (1913) sobre o movimento dos elétrons, fundamentado na Teoria Quântica da Radiação (1900) de Max Planck. Em 1900, Marx Planck, físico alemão, descobriu que átomos ou moléculas absorviam ou emitiam energia apenas em quantidades discretas, ou seja, em parcelas pequenas e muito bem defiidas. Definiu o conceito de QUANTUM como sendo a quantidade de energia que pode ser emitida ou absorvida na forma de radiação eletromagnética. Acabara de conceber a ideia de energira DESCONTÍNUA, ou quantizada. Albert Einstein, em 1905, chamou os quanta de Planck de photons (fótons). TEORIA ATÔMICA 9 MÓDULO 1 Niels Bohr, dinamarquês, contribuiu para o aperfeiçoamento do modelo atômico de Rutherford. Baseado na teoria quântica, Bohr explicou o comportamento dos elétrons nos átomos. Para Bohr, os elétrons giram em torno do núcleo de forma circular e com diferentes níveis de energia. Seus postulados: 1) O átomo possui um núcleo positivo que está rodeado por cargas negativas; 2) A eletrosfera está dividida em camadas ou níveis eletrônicos, e os elétrons nesses níveis, apresentam energia constante. As camadas foram especificadas por letras a partir da mais interna: K, L, M, N, O, P e Q. 3) Em seu nível de origem (nível estacionário) a energia é constante, mas o elétron pode mudar para um nível mais externo, sendo que para tal é necessário que ele ganhe energia externa; 4) Um elétron que mudou para um nível de maior energia fica instável e tende a voltar a seu nível de origem; nesta volta ele devolve a mesma quantidade de energia que havia ganho para o salto e emite um fóton de luz. A energia recebida corresponde a um quantum e é dada por E = h x f E = energia do quantum h = constante de Planck f = frequência da radiação Quando átomos são aquecidos ou submetidos a uma descarga elétrica, eles absorvem energia, que em seguida é emitida como radiação. Essa luz emitida pelos átomos pode ser estudada em espectrômetros, verificando-se que ela é constituída por linhas com diferentes comprimentos de onda. O espectro de emissão do hidrogênio é descontínuo. Observam-se, na zona do visível, uma risca vermelha, uma azul, uma anil e outra violeta (por ordem crescente de energia). A teoria de Bohr fornece uma explicação para o espectro do hidrogênio. As riscas nos espectros devem-se à desexcitação, isto é, os elétrons emitem radiação quando regressam a níveis de energia mais baixos. Quando o elétron do átomo de hidrogénio transita para o 2º nível de energia diz-se que está no 1º estado excitado, quando transita para o 3º nível de energia diz-se que está no 2º estado excitado, e assim sucessivamente. A energia do elétron no átomo é a soma da energia cinética (positiva), devido ao seu movimento, e energia potencial (negativa) associada à sua interação com o núcleo, sendo o valor desta última superior em módulo (valor absoluto) Ee- = Ec + Ep ; Como │ Ep │ é maior; a energia eletrônica é negativa. http://http/quimica12mp.no.sapo.pt/Hidrogenio.html TEORIA ATÔMICA 10 MÓDULO 1 À medida que o elétron se afasta do núcleo, a atração do núcleo sobre o elétron vai diminuindo, por isso a sua energia potencial vai diminuindo em módulo e a energia total vai aumentando, atingindo o valor máximo , zero , quando deixa de estar sob a ação do núcleo e diz-se que se situa no nível energético mais elevado (n =infinito). A energia de uma radiação que corresponde à excitação/desexcitação é sempre positiva: Erad = Enível mais elevado - Enível mais baixo Um estudo do espectro de emissão do átomo de hidrogênio revelou conjuntos de riscas nas zonas do ultravioleta, visível e infravermelho. Concluiu-se que: ➢ As radiações ultravioletas – UV - correspondem a transições eletrônicas de estados excitados, n >1, para o estado fundamental – nível 1 (n = 1). O conjuntodestas riscas define uma série espectral denominada série de Lyman; ➢ As radiações visíveis correspondem a transições dos elétrons de estados excitados n > 2 , para o nível 2. O conjunto destas radiações define uma série espectral denominada por série de Balmer; ➢ As radiações infravermelhas – IV - correspondem a transições eletrônicas de estados excitados, n >3, para o nível 3. O conjunto destas radiações define uma série espectral denominada por série de Paschen. ➢ A transição limite de absorção corresponde à situação em que a energia da radiação incidente é igual à energia de remoção eletrônica. Diz-se que o elétron transitou para um estado de energia infinito e a sua energia total é 0 J. Esta energia de remoção é, pois, uma energia de ionização. Algumas aplicações do modelo de Bohr Teste de Chama O teste de chama é uma técnica utilizada para a identificação de certos átomos ou íons presentes em substâncias. Nesse teste, um fio metálico é impregnado com a substância a ser analisada e, em seguida, é colocado numa chama pouco luminosa, que pode assumir a cor característica de algum elemento presente nessa substância. O teste de chama é baseado no fato de que quando uma certa quantidade de energia é fornecida a um determinado elemento químico (no caso da chama, energia em forma de calor), alguns elétrons da última camada de valência absorvem esta energia passando para um nível de energia mais elevado, produzindo o que chamamos de estado excitado. Quando um desses elétrons excitados retorna ao estado fundamental, ele libera a energia recebida anteriormente em forma de radiação. Cada elemento libera a radiação em um comprimento de onda característico, pois a quantidade de energia necessária para excitar um elétron é única para cada elemento. A radiação liberada por alguns elementos possui comprimento de onda na faixa do espectro visível, ou seja, o olho humano é capaz de enxergá-las através de cores. Assim, é possível identificar a presença de certos elementos devido à cor característica que eles emitem quando aquecidos numa chama. Teste de chama com sódio (Na), potássio (K), estrôncio (Sr) e bário (Ba), respectivamente. Fogos de artifício Quando os fabricantes desejam produzir fogos de artifício coloridos, eles misturam à pólvora compostos de certos elementos químicos apropriados. A cor que um elemento dá aos fogos de artifício é a mesma que ele possui no teste da chama. No momento em que a pólvora explode, a energia excita os elétrons desses átomos. Quando retornam aos níveis de menor energia, liberam luz colorida: exatamente a cor que vemos no teste da chama. http://pt.wikipedia.org/wiki/Energia http://pt.wikipedia.org/wiki/Calor http://pt.wikipedia.org/wiki/El%C3%A9tron http://pt.wikipedia.org/wiki/Camada_de_val%C3%AAncia http://pt.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADvel_de_energia http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Estado_excitado&action=edit&redlink=1 http://pt.wikipedia.org/wiki/Estado_fundamental http://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o http://pt.wikipedia.org/wiki/Comprimento_de_onda http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Vis%C3%ADvel&action=edit&redlink=1 TEORIA ATÔMICA 11 MÓDULO 1 A cor dos fogos de artifício pode ser explicada utilizando o modelo atômico de Bohr. Luminosos e lâmpadas Os luminosos de neônio e as lâmpadas de vapor de sódio ou mercúrio são dispositivos baseados no tubo de raios catódicos. Neles, há uma substância no estado gasoso (gás neônio, vapor de sódio e vapor de mercúrio, respectivamente), cujos elétrons são excitados por ação da corrente elétrica. Quando esses elétrons retornam a níveis de menor energia, há a emissão de luz. Luminescência Alguns materiais, quando absorvem radiação ultravioleta ou outras formas de radiação, emitem de volta luz visível. Esse fenômeno é chamado genericamente de luminescência. Quando a emissão ocorre imediatamente após a incidência da radiação ultravioleta, o fenômeno é chamado de fluorescência; se, por outro lado, a emissão demorar alguns segundos ou até mesmo algumas horas, chamamos de fosforescência. Os interruptores de luz e os ponteiros de relógio que brilham no escuro baseiam-se no princípio da fosforescência Substâncias fluorescentes, como essas mostradas na foto acima, absorvem luz ultravioleta e emitem luz visível. Bioluminescência A luz dos vaga-lumes Alguns seres vivos possuem um interessante mecanismo em seus organismos: reações químicas utilizam a energia (proveniente dos alimentos) para excitar elétrons de alguns átomos. Quando os elétrons voltam ao estado fundamental, há emissão de luz. Esse fenômeno é chamado de bioluminescência. O caso mais conhecido de bioluminescência é o dos vaga- lumes (ou pirilampos). Os químicos já conseguiram reproduzir em laboratório as reações de bioluminescência, como, por exemplo, aquelas responsáveis pela luz emitida pelos vaga-lumes. Modelo Atômico de Sommerfeld Logo após Bohr enunciar seu modelo verificou-se que um elétron, numa mesma camada, apresentava energias diferentes. Como poderia ser possível se as órbitas fossem circulares? Sommerfeld sugeriu que as órbitas fossem elípticas, pois em uma elipse há diferentes excentricidades (distância do centro), gerando energias diferentes para uma mesma camada. Ao pesquisar o átomo, Sommerfeld concluiu que os elétrons de um mesmo nível, ocupam órbitas de trajetórias diferentes (circulares e elípticas) a que denominou de subníveis, que podem ser de quatro tipos: s , p , d , f . Modelo Atômico Atual O modelo atômico atual é um modelo matemático – probabilístico que se baseia em dois princípios: TEORIA ATÔMICA 12 MÓDULO 1 Princípio da Incerteza de Heisenberg É impossível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante. Princípio da Dualidade da matéria de Louis de Broglie O elétron apresenta característica DUAL, ou seja, comporta-se como matéria e energia sendo uma partícula-onda. O Princípio da Incerteza deixa clara a impossibilidade de determinar a exata trajetória do elétron a partir da energia e da velocidade. Por este motivo, buscou-se, então, trabalhar com a provável região onde é possível encontrá-lo. Erwin Schröndinger (1887 - 1961) baseado nestes dois princípios criou o conceito de Orbital. Orbital é a região onde é mais provável encontrar um elétron. Cada orbital comporta, no máximo, 2 elétrons. Formato dos Orbitais Importante lembrar que os átomos terão um certo conjunto de orbitais atômicos independentemente de possuir elétrons ou não, em outras palavras, um orbital atômico não deixa de existir só porque ele está vazio. Quando tratamos de orbitais do mesmo tipo, por exemplo, orbitais p, podemos dizer que estes são totalmente equivalentes, no que se refere a energia, não havendo qualquer distinção entre eles, exceto por sua orientação espacial, ou seja, em que posição no espaço ele se encontra, neste exemplo existem três orientações distintas, a vertical, a horizontal e a perpendicular ao plano formado pelos dois anteriores. Em relação aos níveis de energia temos o seguinte: 1° Nível --> existe apenas o orbital atômico s 2° Nível --> existem os orbitais s e p 3° Nível --> existem os orbitais s, p e d 4° Nível --> existem os orbitais s, p, d e f 5° Nível --> existem os orbitais s, p, d, f e g 6° Nível --> existem os orbitais s, p, d, f, g e h 7° Nível --> existem os orbitais s, p, d, f, g, h e i Normalmente não são representados os orbitais g, h e i, visto que não existe nenhum elemento químico conhecido que tenha um número de elétrons suficientes para preenchê-los. Podemos então citar, neste momento, como se executa a distribuição eletrônica de um determinado átomo. Distribuição Eletrônica Na eletrosfera oselétrons distribuem-se em camadas eletrônicas (K, L, M, N, O, P, Q) ou níveis de energia (1º, 2º, 3º, 4º, 5º, 6º, 7º). Cada nível pode conter um limite máximo de elétrons: K=2, L=8, M=18, N=32, O=32, P=18, Q=8 Cada um dos níveis é formado por determinado número de subníveis, que são regiões que podem acomodar uma quantidade limitada de elétrons. Tipo de subnível de energia s p d f No de elétrons que acomoda 2 6 10 14 Somados os elétrons alojados nos subníveis de um dado nível, se obtém a quantidade máxima de elétrons que pode ser contida no mesmo. Para se obter a distribuição dos elétrons em níveis de energia ou camadas para um determinado átomo, os seus elétrons devem ser distribuídos em ordem de energia crescente, nos subníveis, e depois reorganizados em níveis ou camadas. http://www.algosobre.com.br/incerteza%20de%20heisenberg.htm http://www.algosobre.com.br/dualidade.htm http://www.algosobre.com.br/dualidade.htm TEORIA ATÔMICA 13 MÓDULO 1 Diagrama de Linus Pauling Foi Linus Pauling quem calculou a ordem de energia dos subníveis e estabeleceu um diagrama visando facilitar a obtenção da configuração eletrônica dos átomos. Até hoje são conhecidos sete níveis de energia, e seus subníveis estão descritos a seguir, no diagrama de Linus Pauling, onde a ordem crescente de preenchimento dos elétrons está indicada pelas setas: Cada subnível é sucessivamente preenchido com o número máximo de elétrons de acordo com a ordem obtida, percorrendo-se as diagonais de cima para baixo. Obtém-se, portanto, a seguinte ordem: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d Observação: • Chama-se elétron diferencial ou elétron de maior energia o último elétron da distribuição na ordem crescente de energia. • Chama-se elétron mais externo o último elétron da distribuição na ordem dos níveis (camadas). Regras de Distribuição Eletrônica • Por meio do número atômico determine a quantidade de elétrons a serem distribuídos. • Respeitando a ordem crescente de energia dos subníveis, distribua os elétrons colocando o número máximo em cada subnível, deixando para o último subnível o que resta para totalizar os elétrons. • Some os elétrons distribuídos para não ultrapassar o valor do número atômico. Exemplos: 1) A distribuição eletrônica para o átomo de sódio (Na) que tem Z = 11 seria obtida da seguinte forma: Z = 11 indica que o sódio no estado neutro possui igual número de cargas positivas e negativas. Portanto, temos 11 elétrons a distribuir. 1s2 2s2 2p6 3s1 Após a distribuição dos elétrons em subníveis, podemos identificar aqueles que possuem mesmo número quântico principal, que indica a que nível pertencem os elétrons. 1º nível (camada K): 2 elétrons 2º nível (camada L): 8 elétrons 3º nível (camada M): 1 elétron 2) Agora vamos fazer a distribuição eletrônica para o átomo de ferro (Fe) que tem Z = 26: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 1º nível (camada K): 2 elétrons 2º nível (camada L): 8 elétrons 3º nível (camada M): 14 elétrons 4º nível (camada N): 2 elétrons Distribuição Eletrônica Simplificada Uma forma mais simplificada de representar a distribuição eletrônica de um átomo é utilizara a configuração do gás nobre mais próximo anterior a ele. Gases nobres formam o grupo de elementos de altíssima estabilidade que se localizam na última coluna da tabela periódica e cuja configuração eletrônica termina com o subnível 1s2 (hélio) ou com subníveis do tipo np6 (outros gases nobres). Vamos utilizar o exemplo do zinco, de número atômico 30. O átomo de zinco neutro apresenta a seguinte configuração: Zn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 TEORIA ATÔMICA 14 MÓDULO 1 O gás nobre argônio, que possui número atômico 18, é o gás nobre de maior número atômico anterior ao elemento zinco. Ele tem a seguinte configuração eletrônica: Ar: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 Sendo assim, para facilitar a representação, o zinco pode ter sua distribuição na seguinte forma: Zn: [Ar] 4s2 3d10, onde o símbolo [Ar] representa a parte da distribuição do zinco que é igual à distribuição do gás nobre argônio. Distribuição Eletrônica nos Íons A distribuição eletrônica nos íons é semelhante à dos átomos neutros. No entanto, é importante salientar que os elétrons que o átomo irá ganhar ou perder (para se transformar num íon) serão recebidos ou retirados do nível de energia mais externo e não do subnível mais energético. Exemplos: O átomo de ferro (Z = 26) tem a seguinte distribuição eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 ou K-2; L-8; M-14; N-2 Quando o átomo de ferro perde dois elétrons e se transforma no íon Fe2+, este terá a seguinte distribuição eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 ou K-2; L-8; M-14 Evidentemente, se o átomo de ferro perder três elétrons e se transformar no íon Fe3+, este terá a seguinte distribuição eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 ou K-2; L-8; M-14; N-2 Consideremos agora o caso de formação de um íon negativo, digamos, por exemplo, S2-. O enxofre (número atômico = 16) tem a seguinte distribuição eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 ou K-2; L-8; M-6 Quando o átomo de enxofre ganha 2 elétrons e se transforma no íon S2-, este terá a seguinte distribuição eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ou K-2; L-8; M-8 Distribuições Eletrônicas Especiais Alguns elementos de transição apresentam distribuição eletrônica por subníveis diferentes das previstas no diagrama de Linus Pauling. A explicação é baseada na estabilidade, já que por regra geral subníveis completamente preenchidos são mais estáveis do que subníveis semipreenchidos (exatamente metade da quantidade de elétrons) que são mais estáveis do que as outras configurações, devido à simetria. Sendo assim, alguns elementos cuja configuração termina com os subníveis ns2(n-1)d4 (cromo e molibdênio), ou ns2(n-1)d9 (ouro, prata e cobre) de acordo com o diagrama, acabam tendo a representação do estado fundamental diferente da prevista. Exemplo 1: Vamos observar o cobre (Cu), que possui número atômico 29. Pelo diagrama de Linus Pauling teríamos a seguinte configuração: Configuração A: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 Nessa configuração, temos que o subnível 4s2 está completamente preenchido, enquanto o subnível 3d9 não está nem completamente nem semipreenchido, podendo ser classificado no grupo outras configurações. Se imaginarmos que um elétron salta do subnível 4s2 para o 3d9, teríamos a seguinte configuração: Configuração B: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10 Na configuração B, o subnível 4s1 está semipreenchido, enquanto o subnível 3d10 passa a estar completamente preenchido, o que gera uma configuração mais estável na natureza. Logo, apesar de contrariar o diagrama de Linus Pauling, a configuração B representa o átomo de cobre no seu estado fundamental. Exemplo 2: Vamos observar o cromo (Cr), que possui número atômico 24. Pelo diagrama de Linus Pauling teríamos a seguinte configuração: Configuração C: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d4 Na configuração acima, temos que o subnível 4s2 está completamente preenchido, enquanto o subnível 3d4 é classificado como outras configurações. Se um elétron saltar do subnível 4s2 para o 3d4, teríamos a seguinte configuração: Configuração D: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d5 TEORIA ATÔMICA 15 MÓDULO 1 Em D, tanto o subnível 4s1 quanto o 3d5 estão semipreenchidos, formando um conjunto mais estável do que aquele representado na configuração C. Sendo assim, apesar de contrariar o diagrama de Linus Pauling, a configuração D representa o átomo de cromo no seu estado fundamental. Números Quânticos Dirac calculou as regiões de probabilidade e determinou os quatro números quânticos, que são: principal, secundário, magnético e de spin. Número quântico principal (n): estenúmero quântico localiza o elétron em seu nível de energia. Ele assume valores que vão de 1 até o infinito, mas para os átomos conhecidos atualmente com, no máximo, 7 níveis eletrônicos ocupados teremos uma variação de 1 até 7. n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Número quântico secundário (l): localiza o elétron no seu subnível de energia e dá o formato do orbital. Pode assumir valores que vão desde ZERO até n - 1. Para átomos conhecidos: l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 Cada valor de nível "l" indica a presença de um subnível. Os subníveis são representados pelas letras minúsculas s, p, d, f, g, h, i, etc... Valor de “l” 0 1 2 3 4 5 6 Subníveis s p d f g h i Obs.: a simbologia correta para o n° quântico secundário é uma letra "L" minúscula (l) Sempre existirá, para cada nível: 1 orbital s, 3 orbitais p, 5 orbitais d e 7 orbitais f. Como cada um destes podem comportar até 2 elétrons pode-se esperar que o número de elétrons que estes subníveis podem acomodar é: Cada quadradinho representa um orbital. Número quântico magnético(m): Localiza o elétron no orbital e dá a orientação espacial dos orbitais. O número quântico magnético pode assumir valores que vão desde - l até + l, passando pelo zero. m = - l,....0,....+l Sendo l = n° quântico secundário Número quântico de Spin (S): este número está relacionado com o movimento de rotação do elétron em um orbital. Como este movimento admite apenas dois sentidos, o n° quântico de spin, assume dois valores que são, por convenção: S = -1/2 e +1/2 Por convenção, também, utiliza-se spin -1/2 para o primeiro elétron do orbital. Lembre-se que a expressão "rotação", aqui utilizada, nos dá uma ideia do elétron apenas como partícula, só que ele tem comportamento dual de partícula-onda. Na falta de um termo mais apropriado vamos utilizar esta expressão, mas sem esquecer que o elétron não é apenas partícula. TEORIA ATÔMICA 16 MÓDULO 1 Princípio da exclusão de Wolfgang Pauli Em um mesmo átomo, não existem dois elétrons com quatro números quânticos iguais. Como consequência desse princípio, dois elétrons de um mesmo orbital têm spins opostos. Um orbital semicheio contém um elétron desemparelhado; um orbital cheio contém dois elétrons emparelhados (de spins opostos). Normalmente, a representação dos elétrons nos orbitais é feita por meio de uma seta : Regra de Hund Ao ser preenchido um subnível, cada orbital desse subnível recebe inicialmente apenas um elétron; somente depois de o último orbital desse subnível ter recebido seu primeiro elétron começa o preenchimento de cada orbital semicheio com o segundo elétron. Assim, a ordem de entrada dos seis elétrons num orbital do tipo p, por exemplo, será: Elétron de maior energia ou elétron de diferenciação é o último elétron distribuído no preenchimento da eletrosfera, de acordo com as regras estudadas. É importante salientar que os números quânticos são, na verdade, uma aproximação para as complexas equações propostas por Schrödinger. Exercícios Propostos 01 - (UFPB) As reações químicas estão presentes em vários fenômenos do cotidiano, como a queima de combustíveis, oxidação de metais etc. Com o intuito de esclarecer esses fenômenos, um professor de Química propôs aos seus alunos a realização de um experimento, em que utilizou balança de dois pratos, uma folha de papel (1) e um pedaço de esponja de ferro (2), ambos com massas idênticas, como ilustrado a seguir. Após a montagem do experimento, a folha de papel e a esponja de ferro foram queimadas. Com base no exposto, a figura que representa corretamente a situação final observada é: a) b) c) d) e) 02 - (UFRN) Uma lei química expressa regularidades dos processos químicos, permitindo explicá-los e também fazer previsões de comportamentos de fenômenos que pertencem ao contexto de aplicação dessa lei. Por exemplo, a Lei das Proporções Constantes de Proust expressa uma das mais importantes regularidades da natureza. Segundo essa lei, a) a composição química das substâncias compostas é sempre constante, não importando qual a sua origem, mas depende do método utilizado, na indústria ou no laboratório, para obtê-las. b) a composição química das misturas é sempre constante, não importando qual sua origem mas depende TEORIA ATÔMICA 17 MÓDULO 1 do método utilizado, na indústria ou no laboratório, para obtê-las. c) a composição química das misturas é sempre constante, não importando qual sua origem ou o método para obtê-las. d) a composição química das substâncias compostas é sempre constante, não importando qual a sua origem ou o método para obtê-las. 03 - (UNESP SP) A Lei da Conservação da Massa, enunciada por Lavoisier em 1774, é uma das leis mais importantes das transformações químicas. Ela estabelece que, durante uma transformação química, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. Esta teoria pôde ser explicada, alguns anos mais tarde, pelo modelo atômico de Dalton. Entre as ideias de Dalton, a que oferece a explicação mais apropriada para a Lei da Conservação da Massa de Lavoisier é a de que: a) Os átomos não são criados, destruídos ou convertidos em outros átomos durante uma transformação química. b) Os átomos são constituídos por 3 partículas fundamentais: prótons, nêutrons e elétrons. c) Todos os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos de caracterização. d) Um elétron em um átomo pode ter somente certas quantidades específicas de energia. e) Toda a matéria é composta por átomos. 04 - (UNEMAT MT) Se 3g de carbono combinam-se com 8g de oxigênio para formar gás carbônico, 6g de carbono combinar-se-ão com 16g de oxigênio para formar este mesmo composto. Essa afirmação está baseada na lei de: a) Lavoisier – conservação da massa. b) Dalton – proporções definidas. c) Richter – proporções recíprocas. d) Gay-Lussac – transformação isobárica. e) Proust – proporções constantes. 05 - (UEFS BA) J. Dalton, 1766-1844, foi um cientista que se destacou nos campos experimental e teórico da Química. Estudiosos da História da Química acreditam que ele previu a Lei das Proporções Múltiplas, em 1803, com base na teoria atômica que elaborou. Segundo Dalton, se a massa fixa de uma substância química A se combina com massas diferentes de uma substância química B, as massas de B apresentam uma relação de números inteiros e pequenos. Dalton também explicou com base na teoria atômica a Lei da Conservação de Massa, de Lavoisier, e a Lei das Proporções Constantes, de Proust. A tabela apresenta as massas de oxigênio, O2(g), que se combinam com as de nitrogênio, N2(g), na formação de três óxidos desse elemento químico. 1088028III 926428II 764828I (g) formado óxido de Massa (g) oxigênio de Massa (g) nitrogênio de Massa aExperiênci De acordo com essas informações e a partir da análise dos dados da tabela, é correto afirmar que a a) percentagem de nitrogênio no óxido formado em II é igual à de nitrogênio no óxido formado em I. b) composição em massa do óxido de nitrogênio formado em III é de 2,0g de nitrogênio para 4,0g de oxigênio. c) composição centesimal do óxido formado em I varia com as massas de nitrogênio e de oxigênio que se combinam. d) relação entre as massas de oxigênio que se combinam com uma massa fixa de nitrogênio são, respectivamente, 3:4:5. e) reação de 28,0g de N2(g) com 80,0g de O2(g), na experiência III realizada em um recipiente aberto, está de acordo com a Lei da Conservação de Massa, de Lavoisier. 06 - (UEPG PR) Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr propôs um modelo atômico que descrevia os elétrons no átomo. Com relação ao modelo de Bohr, assinale o que for correto. 01. Os elétrons giram ao redor do núcleo em órbitas circulares. 02. Um átomo possuium número limitado de órbitas, cada uma delas caracterizada por uma determinada energia. 04. Uma órbita também difere da outra pelo tamanho do seu raio. 08. Quando um elétron permanece em movimento em uma órbita, não emite nem absorve energia. 16. Quando se fornece energia a um elétron, ele salta de uma órbita para outra mais externa e a energia absorvida é En – En – 1 onde n corresponde aos níveis de energia. TEORIA ATÔMICA 18 MÓDULO 1 07 - (UEM PR) Sobre modelos atômicos, assinale o que for correto. 01. O modelo atômico de Rutherford foi desenvolvido a partir de experimentos em que foram utilizados um material radioativo emissor de partículas alfa e uma finíssima lâmina de ouro. 02. No modelo atômico de Rutherford o átomo é semelhante a um sistema solar, onde o núcleo (o Sol) é composto de nêutrons, e nas órbitas (os planetas) estão os prótons. 04. No modelo de Bohr os elétrons se movem ao redor do núcleo do átomo em órbitas definidas, havendo absorção ou emissão de energia somente quando o elétron muda de uma órbita para outra. 08. Orbital é uma região no núcleo do átomo onde é máxima a probabilidade de se encontrar próton. 16. Atualmente, sofisticados equipamentos de microscopia permitem definir, com precisão e ao mesmo tempo, a posição e a velocidade de um elétron em um átomo. 08 - (UCB DF) As sociedades antigas construíram as próprias explicações acerca da natureza e das respectivas leis. A ciência atual avançou bastante na compreensão em relação à estrutura da matéria, descobrindo inicialmente os elementos químicos e as variadas partículas fundamentais que constituem a matéria. Nesse sentido, os séculos 19 e 20 foram marcados pelo avanço expressivo dos modelos atômicos. No que se refere a esse tema, assinale a alternativa correta. a) Os elementos naturais água, fogo, ar, terra e éter foram ratificados pelos modelos atômicos a partir do proposto por Dalton. b) O modelo atômico de Thomson ressalta a propriedade elétrica da matéria, preservando o conceito de indivisibilidade do átomo. c) Os elétrons são partículas não massivas carregadas eletricamente; por isso o número de massa dos elementos químicos é dado pela soma do número de prótons e de nêutrons. d) O modelo de Thomson é hábil ao descrever as reações químicas e o comportamento elétrico na natureza, mas falha ao descrever a interação de partículas radioativas com a matéria. e) Os orbitais previstos pelo modelo atômico atual prevê que os elétrons orbitam ao redor do núcleo, através de trajetórias elípticas de energia constante. 09 - (UNIFOR CE) O modelo atômico de Rutherford foi fundamentado nas observações do experimento em que uma fina lâmina de ouro (0,0001 mm de espessura) foi bombardeada com partículas alfa, emitidas pelo polônio (Po) contido no interior de um bloco de chumbo (Pb), provido de uma abertura estreita, para dar passagem à s partículas por ele emitidas. Envolvendo a lâmina de ouro (Au), foi colocada uma tela protetora revestida de sulfeto de zinco, conforme figura abaixo. Observando as cintilações na tela revestida de sulfeto de zinco, Rutherford verificou que muitas partículas atravessavam a lâmina de ouro sem sofrer desvio e que poucas partículas sofriam desvio. De acordo com o experimento de Rutherford, está correto o que se afirma em: a) As partículas sofrem desvio ao colidir com os núcleos dos átomos de Au. b) As partículas possuem carga elétrica negativa. c) Partículas sofrem desvio ao colidir com elétrons dos á tomos de Au. d) Na ilustração, não foram indicadas as partículas que não atravessaram a lâmina de Au. e) O tamanho do á tomo é cerca de 1.000 a 10.000 vezes maior que o seu núcleo. 10 - (UNIRG TO) Entre os fenômenos envolvidos na emissão de luz, podem ser citados a fosforescência e a fluorescência. No primeiro, o material emite luz ao ser submetido a uma fonte de radiação eletromagnética externa e continua emitindo luz mesmo após a retirada dessa fonte. No segundo, o material emite luz ao ser exposto a uma fonte de radiação externa e para de emitir quando a fonte externa é retirada (interrompida). Assinale a única alternativa correta a partir do trecho aqui apresentado. a) Os ponteiros luminosos de um relógio e as placas de sinalização são formados por materiais fluorescentes; TEORIA ATÔMICA 19 MÓDULO 1 b) Os interruptores de lâmpadas e as placas de sinalização são formados por materiais fosforescentes; c) Os interruptores de lâmpadas são feitos por materiais fosforescentes, ao passo que a tinta das placas de sinalização das rodovias é formada por materiais fluorescentes; d) Os ponteiros luminosos de um relógio são feitos por materiais fosforescentes, ao passo que os interruptores de lâmpadas apresentam materiais fluorescentes em sua composição. 11 - (UFU MG) O “brilho” das placas de trânsito, quando recebem luz dos faróis dos carros no período da noite, pode ser compreendido pelo efeito da luminescência. Sem esse efeito, teríamos dificuldade de visualizar a informação das placas no período noturno, o que acarretaria possíveis acidentes de trânsito. Esse efeito, conhecido como a) fosforescência, pode ser explicado pela quantização de energia dos elétrons e seu retorno ao estado mais energético, conforme o Modelo Atômico de Rutherford. b) bioluminescência, pode ser explicado pela mudança de nível energético dos elétrons e seu retorno ao nível menos energético, conforme o Modelo de Rutherford-Bohr. c) fluorescência, pode ser explicado pela excitação dos elétrons e seu retorno ao estado menos energético, conforme o Modelo Atômico de Bohr. d) luminescência, pode ser explicado pela produção de luz por meio da excitação dos elétrons, conforme o Modelo Atômico de Thomson. 12 - (PUC RS) Ao se deixar cair sal de cozinha na chama do fogão, observa-se que a chama fica amarelada. Se os sais são outros, as cores variam. Sais de cobre, por exemplo, deixam a chama esverdeada; e sais de potássio deixam a chama violeta. Isso também ocorre nos fogos de artifício. Esse fenômeno pode ser explicado pelas ideias de a) Dalton, que refere que os átomos, por serem esféricos, emitem radiações com energias luminosas diferentes, produzindo cores distintas. b) Rutherford, que refere que os átomos são semelhantes ao modelo planetário, emitindo energia na forma de luz com diferentes cores, como fazem os planetas. c) Sommerfeld, que afirma que as órbitas dos elétrons não são necessariamente circulares, emitindo radiações com cores diferentes, dependendo da forma de sua órbita. d) Einstein, que afirma que os elétrons mudam de massa em função da velocidade, o que interfere na cor que emitem. e) Bohr, que refere que os elétrons, ao retornarem para órbitas mais internas, emitem radiações na faixa do espectro eletromagnético, podendo se manifestar na forma de luz colorida. 13 - (UDESC SC) O experimento realizado por Ernest Rutherford, em que uma fina placa de ouro foi bombardeada com um feixe de partículas , permitiu a suposição de um modelo de átomo com um núcleo pouco volumoso, de carga positiva, rodeado por uma região volumosa formada por elétrons, com carga negativa. A construção deste modelo deve-se ao fato de: a) muitas partículas não terem sofrido desvio (região da eletrosfera) e poucas delas terem desviado ou retrocedido (região do núcleo). b) muitas partículas terem retrocedido ao colidir diretamente com o núcleo atômico. c) ter havido desvio das partículas que se colidiram com a região da eletrosfera do átomo de Au. d) as partículas terem sofrido atração pelos elétrons que possuem carga negativa. e) não ter sido observado o desvio das partículas , devido ao fato do átomo ser maciço. 14 - (UNIFOR CE) Um dos postulados de Bohr diz que em cada órbita permitida, o elétron tem uma energia constante e bem definida.Em um outro ele afirma que quando um elétron muda de órbita o átomo emite ou absorve um “quantum” de energia luminosa. O “quantum” é um pacote de energia. De acordo com a Teoria de Bohr, qual das seguintes transições no átomo de hidrogênio dará origem ao fóton menos energético? E1 = –2,18 10–18 J a) n = 5 para n = 3 b) n = 6 para n = 1 c) n = 4 para n = 3 d) n = 6 para n = 5 e) n = 5 para n = 4 TEORIA ATÔMICA 20 MÓDULO 1 15- (ENEM) Um fato corriqueiro ao se cozinhar arroz é o derramamento de parte da água de cozimento sobre a chama azul do fogo, mudando-a para uma chama amarela. Essa mudança de cor pode suscitar interpretações diversas, relacionadas às substâncias presentes na água de cozimento. Além do sal de cozinha (NaCl), nela se encontram carboidratos, proteínas e sais minerais. Cientificamente, sabe-se que essa mudança de cor da chama ocorre pela a) reação do gás de cozinha com o sal, volatilizando gás cloro. b) emissão de fótons pelo sódio, excitado por causa da chama. c) produção de derivado amarelo, pela reação com o carboidrato. d) reação do gás de cozinha com a água, formando gás hidrogênio. e) excitação das moléculas de proteínas, com formação de luz amarela. 16 - (UECE) Na visão de Sommerfeld, o átomo é a) uma esfera maciça, indivisível, homogênea e indestrutível. b) uma esfera de carga positiva que possui elétrons de carga negativa nela incrustados. c) constituído por camadas eletrônicas contendo órbita circular e órbitas elípticas. d) constituído por núcleo e eletrosfera, em que todos os elétrons estão em órbitas circulares. 17 - (UDESC SC) Considerando os modelos atômicos mais relevantes, dentro de uma perspectiva histórica e científica, assinale a alternativa correta. a) Até a descoberta da radioatividade, o átomo era tido como indivisível (Dalton). O modelo que o sucedeu foi de Thomson, que propunha o átomo ser formado por uma massa carregada positivamente com os elétrons distribuídos nela. b) No modelo de Dalton, o átomo era constituído de um núcleo carregado positivamente e uma eletrosfera. O modelo seguinte foi o de Bohr que introduziu a ideia de que os elétrons ocupam orbitais com energias definidas, este modelo se assemelha ao modelo do sistema solar. c) No modelo atômico de Dalton, o átomo era tido como indivisível. O modelo sucessor foi o de Rutherford, no qual o átomo era constituído de um núcleo carregado negativamente e uma eletrosfera. d) O modelo de Dalton propunha que o átomo era formado por uma massa carregada positivamente com os elétrons distribuídos nela. O modelo seguinte foi o de Rutherford, no qual o átomo era constituído de um núcleo carregado positivamente e uma eletrosfera. e) No modelo atômico de Dalton, os elétrons ocupam orbitais com energias definidas, este modelo se assemelha ao do sistema solar. O modelo que o sucedeu foi o de Thomson, que propunha o átomo ser formado por uma massa carregada positivamente com os elétrons distribuídos nela. 18 - (PUC SP) Dado: espectro eletromagnético O espectro de emissão do hidrogênio apresenta uma série de linhas na região do ultravioleta, do visível e no infravermelho próximo, como ilustra a figura a seguir. Niels Bohr, físico dinamarquês, sugeriu que o espectro de emissão do hidrogênio está relacionado às transições do elétron em determinadas camadas. Bohr calculou a energia das camadas da eletrosfera do átomo de hidrogênio, representadas no diagrama de energia a seguir. Além disso, associou as transições eletrônicas entre a camada dois e as camadas de maior energia às quatro linhas observadas na região do visível do espectro do hidrogênio. TEORIA ATÔMICA 21 MÓDULO 1 Um aluno encontrou um resumo sobre o modelo atômico elaborado por Bohr e o espectro de emissão atômico do hidrogênio contendo algumas afirmações. I. A emissão de um fóton de luz decorre da transição de um elétron de uma camada de maior energia para uma camada de menor energia. II. As transições das camadas 2, 3, 4, 5 e 6 para a camada 1 correspondem às transições de maior energia e se encontram na região do infravermelho do espectro. III. Se a transição 3→ 2 corresponde a uma emissão de cor vermelha, a transição 4→ 2 está associada a uma emissão violeta e a 5→ 2 está associada a uma emissão verde. Pode-se afirmar que está(ão) correta(s) a) I, somente. b) I e II, somente. c) I e III, somente. d) II e III, somente. 19 - (UEFS BA) Os modelos atômicos foram sendo modificados ao longo do tempo, a partir de evidências experimentais, a exemplo dos modelos de Thomson, proposto com base em experimentos com tubo de raios catódicos e o de Rutherford, que, ao fazer incidir partículas alfa, , sobre lâminas de ouro, observou que a maioria das partículas atravessavam a lâmina, algumas desviavam e poucas eram refletidas. A partir das considerações do texto, é correto destacar: a) As partículas subatômicas de cargas elétricas opostas estão localizadas no núcleo do átomo, segundo Thomson. b) O modelo de Thomson considera que o átomo é constituído por elétrons que ocupam diferentes níveis de energia. c) O núcleo do átomo é denso e positivo com um tamanho muito menor do que o do seu raio atômico, de acordo com Rutherford. d) As experiências com raios catódicos evidenciaram a presença de partículas de carga elétrica positiva nos átomos dos gases analisados. e) O experimento conduzido por Rutherford permitiu concluir que as partículas positivas e negativas constituintes dos átomos têm massas iguais. 20 - (UECE) A revista eletrônica mexicana Muy Interesante (http://www.muyinteresante.com.mx) revela a criação de um sorvete que brilha no escuro. Ele é produzido com uma proteína encontrada na água viva que reage com o cálcio em pH neutro quando o sorvete é degustado. O brilho do sorvete é ocasionado por um fenômeno conhecido como a) luminescência. b) deliquescência. c) fluorescência. d) incandescência. 21 - (UERJ) O desastre de Chernobyl ainda custa caro para a Ucrânia. A radiação na região pode demorar mais de 24000 anos para chegar a níveis seguros. Adaptado de Revista Superinteressante, 12/08/2016. Após 30 anos do acidente em Chernobyl, o principal contaminante radioativo presente na região é o césio-137, que se decompõe formando o bário-137. Esses átomos, ao serem comparados entre si, são denominados: a) isótopos b) isótonos c) isóbaros d) isoeletrônicos 22 - (UTF PR) Em 2016 a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) confirmou a descoberta de mais quatro elementos, todos produzidos artificialmente, TEORIA ATÔMICA 22 MÓDULO 1 identificados nas últimas décadas por cientistas russos, japoneses e americanos, e que completam a sétima fila da tabela periódica. Eles se chamam Nihonium (símbolo Nh e elemento 113), Moscovium (símbolo Mc e elemento 115), Tennessine (símbolo Ts e elemento 117) e Oganesson (símbolo Og e elemento 118). As massas atômicas destes elementos são, respectivamente, 286, 288, 294, 294. Com base nas afirmações acima assinale a alternativa correta. a) Esses elementos são representados por Nh113 286 , Mc115 288 , Ts117 294 e Og118 294 . b) Os elementos Tennessine e Oganesson são isóbaros. c) Estes elementos foram encontrados em meteoritos oriundos do espaço. d) Os elementos Tennessine e Oganesson são isótopos. e) Os quatro novos elementos são isótonos entre si. 23 - (UNIRG TO) O cátion trivalente de J tem número de elétrons igual ao número de prótons do átomo de R, que por sua vez é isótopo de D, o qual apresenta número de massa e número atômico, iguais a 84 e 36, respectivamente. A partir destes dados, assinale a única alternativa que corresponde ao valor do número de prótons de J. a) 36. b) 33. c) 51. d) 39. 24 - (IFGO) São dadas as seguintes informações relativas aos átomosX, Y e Z: · X é isótono de Y e isóbaro de Z. · Y tem Z = 60, A = 130 e é isótopo de Z. · Z possui A = 112. Com base nesses dados, qual o número atômico de X? a) 70 b) 42 c) 112 d) 60 e) 52 25 - (UERJ) Recentemente, cientistas conseguiram produzir hidrogênio metálico, comprimindo hidrogênio molecular sob elevada pressão. As propriedades metálicas desse elemento são as mesmas dos demais elementos do grupo 1 da tabela de classificação periódica. Essa semelhança está relacionada com o subnível mais energético desses elementos, que corresponde a: a) ns1 b) np2 c) nd3 d) nf4 26 - (ACAFE SC) Baseado nos conceitos sobre distribuição eletrônica, analise os itens a seguir. I. 24Cr = [Ar] 4s2 3d4 II. 29Cu = [Ar] 4s2 3d9 III. 26Fe2+ = [Ar] 4s2 3d4 Assinale a alternativa correta. a) Todos os itens estão incorretos. b) Todos os itens estão corretos. c) Apenas I e II estão corretos. d) Apenas III está correto. 27 - (UDESC SC) O quadro abaixo apresenta o número de prótons, nêutrons e elétrons de quatro espécies químicas. Com base no quadro, analise as proposições. I. A espécie I é um isótopo da espécie II II. A espécie II é o ânion Cl– III. A espécie III tem distribuição eletrônica: [Ar]4s23d104p4 IV. A espécie IV é o cátion Li+ V. A espécie I é um átomo neutro Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas II, IV e V são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas III, IV e V são verdadeiras. TEORIA ATÔMICA 23 MÓDULO 1 d) Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras. e) Somente as afirmativas I, II e V são verdadeiras. 28 - (UFPR) As propriedades das substâncias químicas podem ser previstas a partir das configurações eletrônicas dos seus elementos. De posse do número atômico, pode-se fazer a distribuição eletrônica e localizar a posição de um elemento na tabela periódica, ou mesmo prever as configurações dos seus íons. Sendo o cálcio pertencente ao grupo dos alcalinos terrosos e possuindo número atômico Z = 20, a configuração eletrônica do seu cátion bivalente é: a) 1s2 2s2 2p6 3s2 b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s2 d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s23d2 e) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s24p2 29 - (UNITAU SP) A configuração eletrônica do Br (Z = 35) é a) 1s22s22p63s23p64s23d104p5 b) 1s22s22p63s23p64s24p65s25p64d1 c) 1s22s22p63s23p64s24p64d9 d) 1s22s22p63s23p64s24p65s25p66s1 e) 1s22s22p63s23p64s24p63d9 30 - (FM Petrópolis RJ) O chumbo é um metal pesado que pode contaminar o ar, o solo, os rios e alimentos. A absorção de quantidades pequenas de chumbo por longos períodos pode levar a uma toxicidade crônica, que se manifesta de várias formas, especialmente afetando o sistema nervoso, sendo as crianças as principais vítimas. Sendo o número atômico (Z) do chumbo igual a 82, o íon plumboso (Pb+2) possui os elétrons mais energéticos no subnível a) 6p2 b) 6s2 c) 6p4 d) 5d10 e) 4f14 31 - (UDESC SC) O último elétron de um átomo neutro apresenta o seguinte conjunto de números quânticos: n = 3; = 1; m = 0; s = +1/2. Convencionando-se que o primeiro elétron a ocupar um orbital possui número quântico de spin igual a +1/2, o número atômico desse átomo é igual a: a) 15 b) 14 c) 13 d) 17 e) 16 32 - (UECE) Na distribuição eletrônica do 38Sr88, o 17º par eletrônico possui os seguintes valores dos números quânticos (principal, secundário, magnético e spin): a) 4, 2, 0, –½ e +½. b) 4, 1, +1, –½ e +½. c) 4, 1, 0, –½ e +½. d) 4, 2, –1, –½ e +½. 33 - (UEG GO) De acordo com o modelo atômico atual, a disposição dos elétrons em torno do núcleo ocorre em diferentes estados energéticos, os quais são caracterizados pelo número quântico principal e secundário. Para o elétron mais energético do átomo de escândio no estado fundamental, os números quânticos principal e secundário são respectivamente a) 3 e 0 b) 3 e 2 c) 4 e 0 d) 4 e 2 34 - (UEM PR) Assinale a(s) alternativa(s) correta(s) a respeito do elemento químico que apresenta a seguinte configuração eletrônica no seu estado fundamental: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d5 01. O elemento químico apresenta elétrons nas camadas K, L, M, N, O e P. 02. O elemento químico é um metal de transição do sexto período. 04. Para se tornar um cátion bivalente, o elemento químico perde dois elétrons do subnível 5d5. 08. O elemento químico apresenta 24 elétrons com número quântico secundário l = 1. 16. O elemento químico apresenta todos os seus orbitais preenchidos com elétrons de spin +1/2 e –1/2. TEORIA ATÔMICA 24 MÓDULO 1 TEXTO: 1 - Comum à questão: 35 A luz branca é composta por ondas eletromagnéticas de todas as frequências do espectro visível. O espectro de radiação emitido por um elemento, quando submetido a um arco elétrico ou a altas temperaturas, é descontínuo e apresenta uma de suas linhas com maior intensidade, o que fornece “uma impressão digital” desse elemento. Quando essas linhas estão situadas na região da radiação visível, é possível identificar diferentes elementos químicos por meio dos chamados testes de chama. A tabela apresenta as cores características emitidas por alguns elementos no teste de chama: 35 - (UNESP SP) Em 1913, Niels Bohr (1885-1962) propôs um modelo que fornecia uma explicação para a origem dos espectros atômicos. Nesse modelo, Bohr introduziu uma série de postulados, dentre os quais, a energia do elétron só pode assumir certos valores discretos, ocupando níveis de energia permitidos ao redor do núcleo atômico. Considerando o modelo de Bohr, os diferentes espectros atômicos podem ser explicados em função a) do recebimento de elétrons por diferentes elementos. b) da perda de elétrons por diferentes elementos. c) das diferentes transições eletrônicas, que variam de elemento para elemento. d) da promoção de diferentes elétrons para níveis mais energéticos. e) da instabilidade nuclear de diferentes elementos. Gabarito dos Exercícios Propostos 1) Gab: D 2) Gab: D 3) Gab: A 4) Gab: E 5) Gab: D 6) Gab: 31 7) Gab: 05 8) Gab: D 9) Gab: A 10) Gab: C 11) Gab: C 12) Gab: E 13) Gab: A 14) Gab: D 15) Gab: B 16) Gab: C 17) Gab: A 18) Gab: A 19) Gab: C 20) Gab: A 21) Gab: C 22) Gab: B 23) Gab: D 24) Gab: B 25) Gab: A 26) Gab: A 27) Gab: D 28) Gab: B 29) Gab: A 30) Gab: D 31) Gab: B 32) Gab: C TEORIA ATÔMICA 25 MÓDULO 1 33) Gab: B 34) Gab: 11 35) Gab: C