1_Estudando a matéria

Química Geral I

Profa Eloise Cedro FernandesEloise Cedro FernandesEloise Cedro FernandesEloise Cedro Fernandes Átomos e Isótopos

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ESTUDANDO A MATÉRIA: OS ELEMENTOS E SEUS

ÁTOMOS Os gregos antigos pensavam que havia quatro

elementos - terra, ar, fogo e água, que poderiam

produzir todas as outras substâncias, quando

combinados nas proporções corretas. Seu conceito de

um elemento é similar ao nosso, mas hoje sabemos

que existem mais que uma centena de elementos que,

em várias combinações, compõem toda a matéria

sobre a nossa Terra.

1. OS ÁTOMOS:

A matéria é feita de partículas inimaginavelmente pequenas. A menor partícula que

conseguimos entender de um elemento é chamada de átomo. Como o modelo moderno do átomo

foi criado é um bom exemplo de como os nossos modelos científicos

são desenvolvidos: O primeiro argumento convincente para átomos foi

feito em 1807 pelo professor e químico inglês John Dalton (Figura 1).

Ele fez muitas medidas da razão das massas dos elementos que se

combinavam para formar compostos e foi capaz de detectar razões de

massas coerentes, que o levaram a desenvolver sua hipótese atômica:

a) Todos os átomos de um dado elemento são idênticos.

b) Os átomos de diferentes elementos têm massas diferentes.

c) Um composto é uma combinação de átomos de vários elementos.

d) Em uma reação química. os átomos não são criados nem destruídos mas se combinam, em

outros compostos.

Hoje acreditamos tanto na idéia de Dalton que os químicos e físicos usam sua idéia como a

definição de um elemento: um elemento é uma substância composta uma única espécie de átomo.

Até 1997, 112 elementos haviam sido descobertos ou criados.

Figura 1: John Dalton,

1776 - 1844

Fonte: http://www.ced.ufsc.br

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2. AS PARTES DO ÁTOMO: Hoje sabemos que os átomos têm uma estrutura interna: eles

são construídos por partículas sub - atômicas menores. A primeira

evidência experimental da estrutura interna dos átomos foi a

descoberta, em 1897, da primeira partícula subatômica. o elétron. O

físico britânico J. J. Thomson (Figura 2) estava investigando os

“raios catódicos” (raios que são emitidos quando há uma alta

diferença de potencial: uma alta tensão) e descobriu que os raios

catódicos eram feixes das partículas, carregadas negativamente. Estas partícu1as foram

chamadas de elétrons e representadas por e-.

Embora os elétrons tenham uma carga negativa, os átomos têm carga zero. Portanto, os

cientistas, no começo do século XX, sabiam que cada átomo devia conter um número suficiente

de cargas positivas para cancelar esta carga negativa. Thomson sugeriu um modelo de átomo

como uma espécie de pudim positivo, com elétrons no lugar das passas. Este modelo foi

derrubado em 1908 por um experimento simples.

Ernest Rutherford (Figura 3) estava treinando alguns estudantes para usarem peças

novas do equipamento que liberava partículas alfa. Ele pediu a dois estudantes: Hans Geiger e

Ernest Marsden para atirarem partículas alfa contra um pedaço de folha ele platina de somente

uns poucos átomos de espessura (Figura 3). Se os átomos fossem como bolhas de geléia,

carregadas positivamente, as partículas deveriam passar facilmente através da folha, com algum

ligeiro desvio ocasional de seus caminhos.

O que Geiger e Marsden viram perturbou a todos à sua volta. Embora quase todas as

partículas tivessem passado e defletido um pouco, algumas poucas retornaram na direção em que

tinham vindo. ‘‘Isto “é quase incrível”; disse Rutherford, mais tarde: “é como

se você tivesse atirado uma bomba de 15 polegadas em uma folha de

papel e ela voltasse, acertando você”.

Os resultados sugeriam um modelo de átomo no qual uma DENSA

carga positiva central está circundada por um grande volume de espaço

VAZIO. Rutherford chamou esta região carregada positivamente de núcleo

atômico.

Figura 2: J J Thomson.

Figura 3: Rutherford

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De acordo com o modelo nuclear corrente do átomo, os elétrons estão espalhados no

espaço em torno do núcleo.

Comparado com o tamanho do

núcleo (cerca de 10 -14 m de diâmetro), o

espaço ocupado pelos elétrons é enorme

(cerca de 10-9 m em diâmetro: cem mil

vezes maior). Se o núcleo de um

átomo tiver o tamanho de uma mosca no

centro de um campo de beisebol, então o

espaço ocupado pela vizinhança

eletrônica deve ser aproximadamente

do tamanho do estádio inteiro de

beisebol.

A carga positiva do núcleo cancela exatamente a carga negativa da vizinhança eletrônica.

Então, para cada elétron fora do núcleo, haver uma partícula carregada positivamente dentro do

núcleo. As partículas carregadas positivamente são chamadas de prótons (representados por p):

suas propriedades estão apresentadas na TABELA 1. Um próton é praticamente 2.000 vezes

mais pesado que um elétron: cada próton tem uma unidade de carga positiva. O número de

prótons em um núcleo atômico é chamado de número atômico – Z – do elemento.

Depois disso, no início do século XX, os avanços tecnológicos na eletrônica levaram à

invenção do espectrômetro de massa: um aparelho para a determinação da massa de um átomo.

Nele, os íons, que se movem rapidamente, passam entre os pólos de um eletroímã. O campo

magnético torce o caminho dos íons de uma forma que depende da sua velocidade. Os íons

Figura 4: O experimento de Rutherford.

Tabela 1: Propriedades das partículas dos átomos

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produzem um sinal quando chegam a um detector. O instrumento combina os sinais em um

espectro de massa, um gráfico do sinal detectado contra o campo magnético. As posições dos

picos fornecem a massa dos íons e indicam as proporções das várias massas.

Sabemos agora, por exemplo, que a massa de um átomo de hidrogênio é 1.67 x 10-27 kg e

que a de um átomo de carbono é 1.99 x 10-26 kg. A massa dos átomos mais pesados é, no

máximo 5,0 x 10-25 kg.

A observação das diferenças de massa entre os átomos de um elemento ajudou os

cientistas a melhorar ainda mais o modelo nuclear. Eles perceberam que o núcleo atômico deveria

conter outras partículas subatômicas além dos prótons e propuseram que também conteria

partículas eletricamente neutras chamadas de nêutrons (representados por n). Como os

nêutrons não têm carga sua presença não afeta a carga nuclear nem o número de elétrons no

átomo. Eles aumentam a massa do núcleo: diferentes números de nêutrons no núcleo dão origem

a átomos de massas diferentes, sendo que os átomos pertencem ao mesmo elemento. Como

vemos na TABELA 2, nêutrons e prótons são partículas muito similares exceto pela carga.

Podemos agora resumir o modelo nuclear do átomo:

a. Os átomos são feitos de partículas subatômicas chamadas elétrons, prótons e

nêutrons.

b. Os prótons e os nêutrons formam um corpo central minúsculo, denso chamado de

núcleo do átomo.

c. Os elétrons estão distribuídos no espaço em torno do núcleo.

d. Quase toda a massa de um átomo está localizada no minúsculo núcleo, com um

diâmetro de cerca de somente uma centena de milésimo do diâmetro do átomo.

TABELA 2: EXEMPLOS DE ISÓTOPOS:

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3. ISÓTOPOS: O número total de prótons e nêutrons no núcleo é chamado de número de massa, A, do

átomo. Um núcleo de número de massa A é cerca de A vezes mais pesado que um átomo de

hidrogênio, que tem um núcleo com um só próton. Os átomos com o mesmo número atômico

(pertencendo ao mesmo elemento), mas com diferentes números de massa, são chamados

ISÓTOPOS de um elemento. Todos os isótopos de um elemento têm exatamente o mesmo

número atômico: então,

eles têm o mesmo número

de prótons e elétrons. Um

isótopo é identificado

escrevendo-se sua massa

após o nome do elemento,

como em neônio-20.

neônio-21 e neônio-22.

Seu símbolo é obtido

escrevendo-se a massa

como um sobrescrito à esquerda no símbolo químico do elemento, como em 20Ne. Como os

isótopos de um elemento têm o mesmo número de prótons e o mesmo número de elétrons, eles

têm essencialmente as mesmas propriedades físicas e químicas.

O hidrogênio tem três isótopos (Tabela 2). O mais comum (1H) não tem nêutrons, e seu

núcleo é um próton sozinho. Os outros dois isótopos são menos comuns, mas tão importantes que

recebem nomes e símbolos especiais.

Um isótopo (H) é chamado de deutério (D) e o outro isótopo é chamado trítio (T).

Fonte: http://sites.google.com/site/geologiaebiologia

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