CEFET QUMICA UNIDADE RJ

QUMICA GERAL I

TEORIA

1

PERODO

ENSINO

INTEGRADO

Montagem e reviso: Prof. Ana Paula da Costa Ilhu Fontan

- 2 -

SUMRIO

CAPTULO 1 : O ESTUDO DA MATRIA ...........................................................................................03

CAPTULO 2 : AS LEIS PONDERAIS E O TOMO ............................................................................18

CAPTULO 3 : DESCOBRINDO A ESTRUTURA ATMICA............................................................28

CAPTULO 4 : PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DO TOMO.....................................................31

CAPTULO 5 : EVOLUO DOS MODELOS ATMICOS...............................................................35

CAPTULO 6 : CLASSIFICAO PERIDICA........................................................................48

CAPTULO 7 : PROPRIEDADES PERIDICAS DOS ELEMENTOS QUMICOS........................61

CAPTULO 8 :LIGAES INICAS OU ELETROVALENTES.........................................................72

CAPTULO 9 : LIGAES COVALENTES............................................................................................83

CAPTULO 10 : POLARIDADE DAS LIGAES...............................................................................106

CAPTULO 11 : GEOMETRIA E POLARIDADE DAS MOLCULAS............................................118

CAPTULO 12 : FORAS INTERMOLECULARES.............................................................................124

CAPTULO 13 : LIGAO METLICA................................................................................................137

TABELAS......................................................................................................................................................141

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS........................................................................................................142

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CAPTULO 1 O

ESTUDO

DA

MATRIA

O universo composto por matria e energia. Existem diferentes qualidades de matria (denominadas substncias) e diversos tipos de energia. Matria e energia so mensurveis e esto intimamente relacionadas. Matria tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espao (tem volume) e energia, a capacidade de realizar trabalho, nas mais diferentes formas. A energia tem dois princpios: o da conservao e o da transformao, ou seja, a energia no pode ser destruda ou criada, apenas transformada.

A Qumica o estudo da matria, da estrutura da matria, de suas transformaes e da energia envolvida nestas transformaes.

A matria tem propriedades que podem caracteriz-la e especific-la: propriedades gerais, funcionais e especficas.

Propriedades

gerais: inerentes a qualquer tipo de matria (massa, volume, elasticidade, impenetrabilidade, divisibilidade, compressibilidade).

Propriedades

funcionais: comuns a determinados grupos de substncias, denominadas funes (cidos, sais, etc.).

Propriedades

especficas: caractersticas de cada tipo de matria.

Organolpticas: podem ser verificadas pelos sentidos (estado de agregao, cor, sabor, odor, brilho).

Qumicas: responsveis pelos tipos de transformaes que cada matria capaz de sofrer.

Fsicas: correspondem a valores experimentais encontrados a partir do comportamento observado para cada tipo de matria ,quando este submetido a determinadas condies, que no alteram a constituio da matria. As propriedades com as quais mais trabalharemos so: densidade, ponto de fuso e ponto de ebulio.

PRINCIPAIS

CONCEITOS

RELACIONADOS

MATRIA

Fases

ou

estados

fsicos

da

matria

A matria pode apresentar-se em trs fases: slida, lquida, gasosa. As fases da matria so interconversveis.

Slido:Caracteriza-se por ter forma e volume definidos.

As foras de atrao de suas partculas so maiores que as foras de repulso.

Lquido:Tem apenas o volume definido e no a forma, o lquido assume a forma do recipiente que o contm.

As foras de atrao e repulso se equivalem.

Gasoso:

No apresenta nem forma nem volume definido.

As foras de repulso so maiores que as de atrao.

sublimao

fuso evaporao

slido lquido gs solidificao liquefao

ressublimao

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Vapor

Gs

Elemento

qumico

A matria formada por tomos. Apesar de conhecermos uma infinidade de matrias diferentes, s se conhecem um pouco mais de uma centena de tipos de tomos quimicamente diferentes. O conjunto de cada um desses tipos de tomos

representa um elemento qumico

(posteriormente ser visto um conceito exato de elemento qumico) que tem nome e smbolo prprio, usado internacionalmente.

O smbolo a representao abreviada do elemento. Confecciona-se o smbolo utilizando-se a letra inicial maiscula de seu nome latino e, quando necessrio, esta seguida de uma outra letra minscula, em geral a segunda do nome. Algumas vezes a inicial maiscula do nome latino do elemento no coincide com a inicial do seu nome em Portugus, o que pode gerar certa confuso. Veja os exemplos:

Elementos Smbolos

Hidrognio H

Carbono C

Clcio Ca

Boro B

Bromo Br

Potssio K

Sdio Na

Prata Ag

Chumbo Pb

Mercrio Hg

Enxofre S

Estanho Sn

Antimnio Sb

Cobre Cu

Ouro Au

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Substncia

qumica

A reunio dos elementos forma as substncias, assim como a reunio das letras do alfabeto forma as palavras.

Os tomos dos elementos conhecidos podem reunir-se formando agrupamentos diferentes que podem ser molculas ou agregados inicos. O grupo de molculas ou agregados inicos representa ento uma espcie qumica bem definida, a substncia.

As molculas so formadas por tomos ligados entre si. A molcula

a menor poro de uma substncia formada por tomos.

Os agregados inicos no so formados por tomos e sim por ons, espcies qumicas carregadas eletricamente, que se mantm reunidos em virtude da atrao eltrica. Logo, a menor poro da substncia inica no uma molcula e sim um agregado inico.

Substncias so diferentes espcies de matria. Como as substncias podem ser moleculares ou inicas importante concluir que:

Toda matria formada por tomos ou ons.

As substncias so representadas por frmulas. H diversos tipos de frmulas; a que indica o nmero de tomos de cada elemento presente chamada frmula molecular (no caso de substncias formadas por molculas) ou on-frmula (no caso de substncias formadas por agregados inicos). Exemplos:

H2SO4 a frmula indica que esta substncia formada por 2 tomos de hidrognio, 1 tomo de enxofre e 4 tomos de oxignio. frmula molecular

O2 indica que a substncia formada por 2 tomos de oxignio. frmula molecular

NaCl indica que a substncia formada por um on Na+ e um on Cl . on-frmula

Substncia

pura

e

mistura

Substncia pura:Formada por molculas (ou agregados inicos) todas iguais entre si. Tem propriedades e

caractersticas bem definidas e composio qumica constante.

Mistura: a reunio de duas ou mais substncias puras que no interagem (as molculas permanecem

inalteradas - fenmeno fsico). O lcool comercial, por exemplo, uma mistura de etanol (C2H5OH) e gua (H2O); o ar uma mistura de gases (N2, O2, etc.). A composio de uma mistura pode variar e, por esta razo, no podemos associar a ela uma frmula.

Como diferenciar substncia pura de mistura? A maneira mais eficiente de diferenciar, na prtica, uma substncia pura de uma mistura consiste na

anlise de seus comportamentos quanto s mudanas de estado fsico. Comparando a ebulio da gua pura com a da gua salgada observa-se que a gua pura comea e

termina sua ebulio mesma temperatura t enquanto que a gua salgada (mistura) comea e termina sua ebulio em temperaturas diferentes (t1 e t2).

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Observe a seguir o grfico, temperatura x tempo, relativo ao aquecimento de gua pura, do estado slido (gelo) ao estado gasoso (vapor). Temperatura (C)

120 lquido-vapor gs

80

40 slido-lquido

0

lquido slido

80 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 tempo (min)

A partir do grfico podemos montar o seguinte quadro:

Tempo (min)

Temperatura (C )

Estado fsico

0 a 15 40 a 0 Slido

15 a 25 0 Slido-lquido

25 a 35 0 a 100 Lquido

35 a 47 100 Lquido-vapor

Acima de 47 Mais que 100 gasoso

Se

tivermos

uma

substncia

pura,

as

mudanas

de

fase

iro

ocorrer

em

condies

constantes,

ou

seja,

bem

definidas

da

serem

chamadas

de

constantes

fsicas. As constantes fsicas so muito usadas nos laboratrios para identificao de substncias puras.

A passagem do estado slido para o lquido (ou vice-versa) ocorre em uma determinada temperatura, chamada de Ponto de Fuso (PF). J a passagem do lquido para o gasoso (ebulio) chamada de Ponto de Ebulio (PE). Cada substncia pura apresenta um ponto de fuso e um ponto de ebulio caracterstico, como j foi dito.

A presso atmosfrica (fora que a atmosfera exerce sobre a Terra) muito importante para o ponto de ebulio. Ao nvel do mar, considera-se a presso igual a 1 atm ou 760 mmHg. Se a presso for maior que este valor, o ponto de ebulio ser maior; se a presso for menor, o ponto de ebulio tambm ser menor. Desta forma, a gua ferve a 100 oC ao nvel do mar, enquanto que, em uma montanha, ferve abaixo de 100 oC.

Para uma mistura como a de gua e sal, o grfico ser do tipo: Temperatura

vapor

Lquido tempo

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Misturas

eutticas

e

azeotrpicas

Existem misturas que, durante as mudanas de fase, se comportam como substncias. Uma mistura de 95,57 partes de lcool com 4,43 partes de gua, ferve temperatura constante de 76,3 .C, como se fosse uma nica substncia. A mistura, cuja temperatura

de ebulio

constante, chamada de mistura azeotrpica. (Esta uma das razes por que no se consegue obter lcool puro atravs da destilao.)

Outro caso o de vrias ligas metlicas (mistura de slidos) que se fundem a uma temperatura constante, como se fossem uma nica substncia. A mistura cujo ponto

de

fuso

constante

chamada de mistura euttica.

Fenmeno

fsico

e

fenmeno

qumico

Chamamos de sistema ao conjunto de materiais que so isolados de todos os outros com a finalidade de serem estudados.

Se as caractersticas iniciais de um sistema so diferentes das finais, dizemos que ele sofreu uma transformao (ou fenmeno).

Fenmeno Fsico:Ao aquecermos iodo puro, que um slido, cinzento e brilhante, observamos o aparecimento de

vapores roxos, que, em contato com uma superfcie fria, forma cristais cinzentos e brilhantes. Ao compararmos as propriedades da substncia no estado inicial com as que aparecem no estado final, notamos que so idnticas. Antes e depois do aquecimento seguido de resfriamento, continuamos tendo iodo. Houve, nesse caso, uma mudana de estado fsico de slido para gasoso chamada sublimao e outra de gasoso para slido chamada ressublimao. Ocorreu uma transformao fsica, pois a substncia no se altera.

Podemos dizer ento que fenmeno

fsico

o processo no qual no

se

formam

novas

substncias (no h alterao da estrutura da matria). Exemplos:

As mudanas de estado fsico.

Aquecer o ferro at que fique incandescente.

Adicionar acar gua(formao de mistura).

Fenmeno Qumico:

Aquecer sempre provoca mudana de estado? Analisemos o que ocorre quando se aquece acar para fazer calda, por exemplo. Observaremos que

as propriedades apresentadas inicialmente pelo acar vo se modificando ao longo do aquecimento e ao final teremos um slido escuro, de propriedades bem distintas das do slido inicial. Neste caso teremos uma transformao qumica.

Podemos dizer ento que fenmeno

qumico

o processo no qual h alterao da estrutura da matria, com formao

de

novas

substncias. O fenmeno qumico comumente chamado de reao qumica.

Que observaes experimentais devem indicar a ocorrncia de um fenmeno onde a matria tenha tido a sua estrutura alterada (fenmeno qumico)?

Sada de gases (mesmo sem ter havido aquecimento);

Formao de precipitado (substncia formada atravs de uma reao e que no solvel no meio onde est sendo formada, provocando uma turvao);

Mudanas inesperadas de cor e aspecto.

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Quando as substncias interagem quimicamente (fenmeno qumico) esta interao representada por uma que tem as seguintes caractersticas:

No primeiro membro ( esquerda), indicamos as substncias que vo interagir e sofrer a transformao.

Cada espcie de substncia (se houver mais de uma) separada da outra por um sinal de +. A

esse

conjunto

damos

o

nome

de

reagentes.

No segundo membro ( direita), indicamos as substncias que resultaram da interao entre os reagentes, obtidas pela transformao dos reagentes. Separamos estas substncias (se houver mais de uma) por um

sinal de +. A

esse

conjunto

damos

o

nome

de

produtos.

Entre os reagentes e os produtos colocamos uma seta apontando no sentido dos produtos. Esta

seta

indica

transformao.

Sobre a seta ou embaixo dela colocamos alguns smbolos indicando as condies na qual a reao se efetiva(em alguns casos, as condies de ocorrncia tambm podem vir ao lado das substncias).

= calor cat. = catalisador = energia luminosa (luz) aq. = meio aquoso Podemos exemplificar algumas reaes:

Reagentes Produtos

gs hidrognio + gs oxignio gua

nitrato de prata (aq) + cido clordrico(aq) cloreto de prata (s) + cido ntrico (aq)

gua oxigenada gua + gs oxignio

Substncia

simples

e

substncia

composta

Substncia simples:

o tipo de substncia que no pode ser decomposta por agentes fsicos; no capaz de originar outras substncias. formada por tomos de um mesmo elemento qumico. Ex: H2, O2, N2, He, Fe

Observaes:

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alotropia

Substncia composta ou composto qumico:

aquela que, por ao de um agente fsico (calor, luz eletricidade), sofre reao de decomposio, originando duas ou mais substncias (que podem ser simples ou compostas). formada por tomos (ou ons) de elementos qumicos diferentes. Ex: CO2, H2O, NH3, HCl, NaCl, KNO3 Veja os exemplos de reaes de decomposio: Substncias compostas xido mercrico (HgO) aquecimento mercrio (Hg) + oxignio (O2) cido clordrico (HCl) corrente eltrica cloro (Cl2) + hidrognio (H2) gua oxigenada (H2O2) luz gua (H2O) + oxignio (O2) Carbonato de clcio (CaCO3) aquecimento xido de clcio (CaO) + gs carbnico (CO2)

Resumindo

entre si.

Tipos

de

misturas

J vimos que, quando duas ou mais substncias qumicas so colocadas em contato e preservam suas caractersticas qumicas, originam uma mistura. De acordo com o aspecto, as misturas podem ser classificadas em:

Homogneas:Apresentam o mesmo aspecto em todos os pontos, isto , so do ponto de vista visual, homogneas

(mesmo que observadas em microscpios muito potentes). Ex: gua e lcool; gua e sal de cozinha; ar.

Nota:

As misturas de gases so sempre homogneas.

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As misturas homogneas so tambm chamadas de solues.

Ateno

Dissolver :

Diluir :

Concentrar :

Heterogneas:

Podemos distinguir seus componentes (visualmente ou atravs de microscpios). Ex: gua e areia; leo e vinagre; leite.

Denomina-se fase a cada uma das partes homogneas de uma mistura heterognea.

2 fases (mistura difsica) 3 fases (mistura trifsica)

ter

gasolina gua

gua

areia

Observaes

Relao

entre

massa

e

volume

Massa e volume so propriedades mensurveis da matria. A massa de um corpo determinada em balanas, comparando-a com outra massa conhecida denominada de padro e sua unidade no Sistema Internacional (SI) o quilograma (kg). J o volume corresponde ao espao ocupado por determinada quantidade de matria e sua unidade no SI o metro cbico (m3) (1m3 = 1000 L).

Massa e volume se relacionam e esta relao, denominada densidade, varia de substncia para substncia. Sendo uma propriedade especfica, a densidade pode ser usada na caracterizao de uma substncia pura.

Exemplo:

lcool etlico guamassa (g) volume (cm3) massa (g) volume (cm3)

0,8 1,0 10 10 400 500 500 500 800 1000 1000 1000

Observe que a relao massa/volume constante: lcool: massa = 0,8 g/cm3 gua : massa = 1,0 g/cm3

volume volume A unidade de densidade uma unidade de massa dividida por uma unidade de volume, que, nos

casos vistos, grama/centmetro cbico (g/cm3).

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Observaes

Para

relembrar

as

unidades

1) Faa a converso de unidade pedida, conforme o modelo: a) 1,5 L = 1500 mL b) 2,8 m3 = ............ L c) 0,054 L = ............ mL d) 328 cm = ............ mL e) 8700 mL = ........... L f) 0,3 m3 = ............ cm3 g) 3,3 10 3 mL = ..........L h) 25 L = .......... cm3

i) 350 m3 = .............mL j) 8,0 1010 mL = ..............L

2) Transforme as massas para gramas (g): a) 0,20 kg b) 200 mg c) 10

3 kg d) 5,0 102 mg

3) Transforme os volumes para litros (L): a) 1,0 dm3 b) 100 mL c) 200 cm3 d) 3,0 m3

4) Transforme para kg: a) 200 g b) 2 10 5 mg c) 500 g d) 100 mg

5) Transforme para mL: a) 1,0 L b) 2,0 m3 c) 100 cm3 d) 20 L e) 4 dm3

6) Transforme as presses: a) 1520 mm Hg para atm b) 0,5 atm para mm Hg c) 38 cm Hg para atm d) 0,3 atm para cm Hg

EXERCCIOS

1) Escreva o nome ou o smbolo nos itens abaixo: a) Se os smbolos de elementos diferentes comeam pela mesma letra, o elemento que ocorre mais frequentemente ou o que mais til, indicado comumente por uma nica letra maiscula. H __________________ ocorre mais frequentemente do que o He _________________. Ambos so gases muito leves, sendo o primeiro reativo e o segundo inerte. b) O elemento N, _________________, o componente de um gs inerte, comum na natureza enquanto o nenio, ___________, um gs raro, porm estvel. c) Outro elemento cujo smbolo comea com N o nquel. Enquanto os elementos do item anterior representam substncias gasosas, o nquel, _________, um slido metlico, componente importante de aos inoxidveis. d) Magnsio, ________, um metal muito leve usado na fabricao de objetos. Tanto o magnsio como o mangans, _______, misturado a outros metais para formar ligas importantes.

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e) C, _______________, um elemento que ocorre em todos os seres vivos. Graas a isso, a parte da qumica que estuda seus compostos denominada de qumica orgnica. f) O elemento Ca, ________________, ocorre em grande quantidade na crosta terrestre numa rocha chamada calcrio. g) Co, __________________, o elemento cujos compostos proporcionam a cor azul a muitos vidros. h) A substncia Cl2 muito utilizada na purificao da gua. O elemento formador desta substncia chama-se _________________.

i) O ao inoxidvel constitudo de ferro, ______, cerca de 18% de cromo, ____________ e 8% de nquel. j) O As, ________________, um veneno para os seres vivos. O Ar, ________________, por outro lado, no os prejudica. l) A areia o composto mais comum do silcio, ____________. m) A substncia I2 um slido cinza. Sua soluo alcolica usada como anti-sptico e o elemento que a forma o _______________. n) Vidros resistentes ao calor contm certa quantidade de B, ____________. o) O antimnio, _________, usado em ligas para tipos de imprensa. Os antigos egpcios usavam seus compostos para escurecer as sobrancelhas. p) Muitos automveis so protegidos contra corroso por meio de um revestimento com zinco, ________. q) A fabricao de papel requer grandes quantidades de S, __________________. r) O antibitico aureomicina tem seu nome derivado da palavra aurum. Aureomicina significa bolor de ouro, elemento cujo smbolo _______. s) O minrio mais importante do mercrio, _______, o cinbrio. t) Ag, ___________, um dos melhores condutores metlicos de eletricidade. Entretanto, o condutor mais frequentemente utilizado o cobre, _______, por ser muito mais barato. u) O lato uma liga de cobre e zinco. O bronze, por outro lado, uma liga de cobre e estanho, _______. v) As baterias dos carros empregam muito chumbo, _______. x) Todas as plantas necessitam de K, ________________, em seu processo de nutrio. z) Devido sua baixa temperatura de combusto, uma das variedades alotrpicas do fsforo, ______, foi empregada em palitos, que denominados de fsforos de segurana.

2) Organize, em ordem crescente, as seguintes medidas de volume: 100 L; 1m3; 1000 mL; 500 cm3; 10 dm3.

3) Considere que o volume de uma gota de gua igual a 5,0 x 10- 2 mL. Logo, podemos afirmar que o nmero de gotas de gua necessrio para encher uma caixa-dgua de 0,50 m3 igual a : a) 103 b) 104 c) 105 d) 106 e) 107

4) Observe as frmulas: CO, N2, O3, CO2, O2, C3H6O. a) Quais representam substncias simples? b) Quais representam substncias compostas? c) Quais representam substncias compostas binrias? d) Qual representa substncia composta ternria? e) Qual representa substncia simples triatmica?

5)Escrever O2 o mesmo que escrever 2 O ? Explique.

6) Reaes qumicas so fenmenos em que, necessariamente, ocorrem mudanas: a) de cor b) de estado fsico c) na condutibilidade eltrica d) na massa e) na natureza das

substncias Justifique sua resposta.

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7) Um qumico verificou que certa amostra de um slido dissolve-se parcialmente numa certa quantidade de lcool. Empregando-se muita quantidade de lcool, o slido no se dissolve mais. Em vista desses fatos, estar ele inclinado a acreditar que a amostra uma mistura ou uma substncia pura? Por qu?

8) Leia a seguir dois fragmentos de notcias publicadas em 1996 a respeito da possvel existncia de gua na Lua, nos quais grifamos algumas palavras.

O segredo do abismo [...] O problema, segundo Mendel, que a uma temperatura to baixa, alm da gua, outros elementos volteis, como amnia, metano e gs carbnico, solidificam-se. Invisveis na escurido da cratera, eles poderiam Ter enganado os sinais de radar da Clementine. Para esclarecer as dvidas, a Nasa lanar, em setembro do ano que vem uma outra nave em direo Lua, a Lunar Prospector. Ela vai sobrevoar a mesma cratera, levando um equipamento chamado espectrmetro de nutrons, capaz de identificar molculas de hidrognio, um dos compostos da gua. Ser a prova definitiva, acredita Mendel.

(Laurentino Gomes. Veja, 11/12/1996) Lua pode ter gua congelada, diz estudo norte-americano

[...] Segundo os pesquisadores, a descoberta pode levar construo de um posto avanado na Lua. Isso porque, se descongelado, o gelo servir no s como uma fonte de gua para os futuros colonizadores, mas tambm para irrigar plantaes que ficariam dento da base espacial pressurizada. [...] [...] Shoemaker acredita que, quando o cometa se chocou contra a Lua, uma pequena parte do vapor de gua do cometa congelou, formando o lago.

(Folha de S.Paulo, 4/12/1996)

a) Para que o primeiro texto fique quimicamente correto, que palavra deveria ser usada no lugar de elementos?

b) Reescreva o trecho grifado no final da primeira notcia, de modo que fique correto. c) No segundo texto, para manter o rigor cientfico, que palavra deveria ser usada no lugar de

descongelado? E para substituir congelou?

9) A irrigao artificial do solo pode ser feita de vrias maneiras. A gua utilizada para a irrigao proveniente de lagos ou rios e contm pequenas quantidades de sais dissolvidos. Sabe-se, desde a mais remota Antigidade, que a irrigao artificial intensa pode levar salinizao do solo, tornando-o infrtil, principalmente em locais onde h poucas chuvas. Em regies onde chove regularmente, de modo a no ser necessria a irrigao, a salinizao no ocorre. a) Como se pode explicar a salinizao do solo? b) Por que a gua da chuva no provoca salinizao?

10) Um material homogneo A apresenta composio fixa. Pela passagem de corrente eltrica deu origem a duas substncias, B e C. A substncia B no pode ser decomposta em outras substncias mais simples. Ao ser aquecida , a substncia C formou um gs incolor e um slido avermelhado. Em vista disso, classifique as substncias A, B e C em substncias simples e compostas.

11) Uma propaganda de cereais (sucrilhos) se aproveita do fato do cereal conter ferro e utiliza a imagem de um m atraindo os flocos. Sabe-se que os alimentos ou medicamentos contendo ferro no so atrados por ms. Com base nessa informao, redija uma frase utilizando os conceitos de elemento, substncia simples e composta, explicando aos leigos por que, apesar de os cereais conterem ferro, o m no seria capaz de atra-los.

12) A panela de presso permite que os alimentos sejam cozidos em gua muito mais rapidamente do que em panelas convencionais. Sua tampa possui uma borracha de vedao que no deixa o vapor escapar, a no ser atravs de um orifcio central sobre o qual assenta um peso que controla a presso. Quando em uso, desenvolve-se uma presso elevada no seu interior. Para sua operao segura, necessrio observar a limpeza do orifcio central e a existncia de uma vlvula de segurana, normalmente situada na tampa.

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I A vantagem do uso da panela de presso a rapidez para o cozimento de alimentos e isso se deve: a) presso no seu interior, que igual presso externa. b) temperatura de seu interior, que est acima da temperatura de ebulio da gua no local. c) quantidade de calor adicional que transferida para a panela. d) quantidade de vapor que est sendo liberada pela vlvula. e) espessura da sua parede, que maior que a das panelas comuns.

II Se, por economia, abaixarmos o fogo sob uma panela de presso logo que se inicia a sada de vapor pela vlvula, de forma simplesmente a manter a fervura, o tempo de cozimento: a) Ser maior porque a panela esfria. b) Ser menor, pois diminui a perda de gua. c) Ser maior, pois a presso diminui. d) Ser maior, pois a evaporao diminui. e) No ser alterado, pois a temperatura no varia.

13) Dada a tabela:

Substncia Ponto de fuso (oC -1atm) Ponto de ebulio (oC - 1atm) A - 180 - 45 B - 35 30 C 10 120 D - 60 15 E 70 320

Qual o estado fsico de cada substncia: a) nas condies ambientes (25 oC, 1 atm) ? b) num dia frio, cuja temperatura de 5 oC ? c) num dia quente, cuja temperatura de 35 oC ?

14) Aquecendo-se continuamente uma substncia pura, presso constante, quando se observa a passagem do estado slido para o lquido, a temperatura do sistema: a) constante e igual ao ponto de ebulio. b) constante, enquanto h slido. c) constante, mesmo depois que todo o slido tenha desaparecido. d) aumenta gradativamente. e) aumenta at acabar o slido.

15) O naftaleno, comercialmente conhecido como naftalina, empregado para evitar baratas em roupas, funde-se em temperaturas superiores a 80 oC. Sabe-se que bolinhas de naftalina, temperatura ambiente, tm suas massas constantemente diminudas, terminando por desaparecer sem deixar resduo. Esta observao pode ser explicada pelo fenmeno da: a) fuso b) sublimao c) solidificao d) liquefao e) ebulio

16) Dois copos A e B contendo respectivamente 100 mL e 200 mL de gua destilada, so aquecidos uniformemente com a mesma fonte de calor. Sendo tA e tB os tempos gastos para iniciar a ebulio nos copos A e B, podemos afirmar que : a) tA = tB ; PEA = PEB b) tA < tB ; PEA < PEB c) tA > tB ; PEA > PEB d) tA > tB ; PEA = PEB e) tA < tB ; PEA = PEB

17) Colocando-se gua bem gelada num copo de vidro, em pouco tempo este fica molhado por fora, devido formao de minsculas gotas de gua. Para procurar explicar este fato, propuseram-se as duas hipteses seguintes: a) Se aparece gua do lado de fora do copo, ento o vidro no totalmente impermevel gua. As molculas de gua atravessando lentamente as paredes do vidro vo formando minsculas gotas.

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b) Se aparece gua do lado de fora do copo, ento deve haver vapor dgua no ar. O vapor dgua, entrando em contato com as paredes frias do copo, se condensa em minsculas gotas. Qual hiptese interpreta melhor os fatos? Como voc justifica a escolha?

18) O nmero de substncias simples entre as substncias de frmula: O3, H2O, Na, P4, CH4, CO2 e Co : a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 7

19) Considerando-se a reao: C + H2O CO + H2 , entre reagentes e produtos esto presentes : a) 2 substncias simples e 2 compostas b) 1 substncia simples e 3 compostas c) 3 substncias simples e 1 composta d) 4 substncias simples e) 4 substncias compostas

20) A embalagem de um produto comestvel natural traz impressos os dizeres: ISENTO DE ELEMENTOS QUMICOS. a) Explique por que essa afirmao incorreta. b) Como ela poderia ser enunciada corretamente?

21) Os sistemas a seguir so respectivamente: I - poeira e ar II - gs carbnico III - gua e acar IV - cloro a) mistura heterognea, substncia pura composta, mistura homognea e substncia pura simples. b) mistura homognea, substncia pura simples, mistura heterognea e substncia pura simples. c) mistura heterognea, substncia pura composta, mistura heterognea e substncia pura simples. d) mistura homognea, substncia pura simples, substncia pura composta, mistura heterognea. e) mistura heterognea, substncia pura simples, mistura homognea, substncia pura simples.

22) Todas as guas com as denominaes a seguir podem exemplificar solues de slidos em um lquido, exceto:

a) gua potvel b) gua destilada c) gua dura d) gua mineral e) gua do mar

23) Considere as seguintes afirmaes: I - A gua uma mistura de hidrognio e oxignio. II - O ar puro da montanha uma substncia pura. Qual (quais) dessas afirmaes est (o) correta? Justifique.

24) Sejam dados os seguintes sistemas: I . O2(g) + N2 (g) II. gua (l) + lcool (l) III. gua (l) + gasolina (l) IV. gua (l) + ter (l) V. gua potvel

Quais constituem misturas homogneas?

25) Em uma cena de filme, um indivduo corre carregando uma maleta tipo 007 (volume de 20 dm3) cheia de barras de certo metal. Considerando que um adulto de peso mdio (70 kg) pode deslocar com certa velocidade, no mximo o equivalente ao seu prprio peso, indique qual o metal contido na maleta, observando os dados da tabela a seguir. a) alumnio b) zinco c) prata d) chumbo e) ouro

Metal Densidade em g/cm3 Alumnio 2,7

Zinco 7,1 Prata 10,5

Chumbo 11,4 Ouro 19,3

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26) Trs frascos no rotulados encontram-se na prateleira de um laboratrio. Um contm benzeno, outro tetracloreto de carbono e o terceiro, metanol. Sabe-se que as suas densidades so, respectivamente, 0,87 g/cm3, 1,59 g/cm3 e 0,79 g/cm3. Dos trs lquidos, apenas o metanol solvel em gua, cuja densidade 1,00 g/cm3. Sabendo-se que no se dispe de balana e, com base nas informaes dadas, explique como voc faria para identificar os trs lquidos. OBS: Os trs lquidos so altamente txicos e no devem ser cheirados.

27) Trs tubos de ensaio contm, separadamente, amostras de 4 mL dos lquidos clorofrmio, etanol e gasolina. A cada um destes tubos foi adicionado 1 mL de gua. As densidades destes lquidos esto abaixo relacionadas:

Substncia Densidade a 25 C gua 1,0 g/cm3

etanol 0,80 g/cm3 gasolina 0,70 g/cm3

clorofrmio 1,53 g/cm3

O comportamento das misturas em cada tubo est mostrado abaixo:

Tubo I Tubo II Tubo III Qual a seqncia correta, em presena de gua, das amostras contidas nos tubos.

28) Na produo caseira de pes, usando-se fermento, comum colocar-se uma bolinha de massa em um copo com gua. Inicialmente a bolinha afunda na gua e, decorrido algum tempo, ela flutua, indicando o momento de assar os pes. Considerando-se o fenmeno descrito, CORRETO afirmar que a bolinha flutua porque ela: a)se dissolve parcialmente na gua; b) fica cheia de gua; c) tem sua massa diminuda; d) se torna menos densa que a gua.

29) Qual a diferena entre dissolver e diluir?

30) Explique como proceder para: a) Diluir uma soluo alcolica de iodo. b) b) Concentrar uma soluo aquosa de dicromato de potssio.

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RESPOSTAS

1) a) hidrognio; hlio ( no escreva com letras maisculas os nomes dos elementos numa sentena) b) nitrognio; Ne (os smbolos devem ser escritos em letra de forma). c) Ni d) Mg; Mn e) carbono f) clcio g) cobalto h) cloro i) Fe; Cr j) arsnio; argnio l) Si m) iodo n) boro o) Sb p) Zn q) enxofre r) Au s) Hg t) prata; Cu u) Sn v) Pb x) potssio z) P

2) 500 cm3 (0,5L) < 1000 mL (1L) < 10 dm3 (10L) < 100 L < 1m3 (1000L) 3) e 4)a) N2, O3, O2 b) CO, CO2, C3H6O c) CO, CO2 d) C3H6O e) O3 5) No. O2 representa a substncia simples oxignio, enquanto 2 O representa que temos duas unidades de tomos de oxignio. 6) letra e. Em um fenmeno pode ocorrer mudana nos itens a, b, c e d da questo sem que isso represente uma mudana na estrutura das substncias. Todos esses itens podem representar fenmenos estritamente fsicos. 7) Uma mistura. Um aumento na quantidade de solvente deveria dissolver o restante da amostra, caso tivssemos apenas uma substncia. 8) a) Substncias. b) ... de identificar tomos de hidrognio, um dos elementos formadores da gua. c) fundido; ressublimou. 9)a) Na irrigao, junto com a gua so acrescidos ao solo sais que esto dissolvidos nela.

b) Pois a gua da chuva destilada (no estamos considerando a dissoluo do gs carbnico ou de poluentes atmosfricos). 10) A substncia composta; B substncia simples e C substncia composta.

11) As substncias presentes no sucrilho so substncias compostas, inicas, que possuem o on ferro em sua constituio. S seria possvel atrair o ferro com um m se houvesse no cereal a substncia simples ferro, que possui propriedades magnticas. Em ambos os casos h a presena do elemento qumico ferro, mas as propriedades de cada uma dessas substncias ( a simples e a composta) diferem bastante. 12) I b ; II e 13) a) A gs.,B lq., C lq., D gs., E sol. b) A gs.,B lq.,C sol. D lq. E sol. c) A gs., B gs. ,C lq. D gs. E 14) b 15) b 16) e 17) A hiptese b. O vapor dgua, ao entrar em contato com as paredes do copo, sofre um resfriamento e passa para o estado lquido. 18) c 19) a 20) a) Est incorreta, pois todo produto comestvel natural ou artificial formado por elementos qumicos. b) isento de aditivos qumicos (conservantes, aromatizantes, etc.). 21) a 22) b 23) Ierrada; IIerrada 24) I; II; V 25) a 26) Colocaria uma pequena quantidade de gua em trs recipientes. De cada um dos frascos retiraria uma pequena amostra e observaria seu comportamento frente gua Assim, a amostra que solubilizasse na gua seria o metanol, a que ficasse abaixo dela seria o tetracloreto de carbono e a que ficasse acima dela seria o benzeno. 27) Tubo I etanol; tubo 2 gasolina; tubo III clorofrmio. 28) d 29) Dissolver: misturar substncias que no reajam entre si, formando soluo. Diluir: acrescentar mais solvente a uma soluo. 30) a) acrescentar mais lcool soluo.

b) evaporar parte da gua ou acrescentar mais dicromato de potssio (que slido temperatura ambiente).

- 18 -

CAPTULO 2AS

LEIS

PONDERAIS

E

O

TOMO

BREVE

HISTRICO

DA

QUMICA

Desde o domnio do fogo, que possibilitou ao homem mais conforto e segurana, nossa raa, de natureza curiosa, tem manipulado materiais presentes na natureza, adaptando-os s suas necessidades e procurando compreender que princpios esto por trs de sua aparncia e comportamento. Somos, portanto, desde tempos muito remotos, cientistas em potencial!

importante observar que, apesar de j se conhecerem muitos produtos qumicos e muitas tcnicas de transformao, no existiam explicaes para esses fenmenos. Os povos antigos se preocupavam mais com as prticas de produo das coisas do que com a teoria ou com a explicao dos porqus de as coisas acontecerem.

Considerando a cultura ocidental, temos na Grcia o incio da preocupao com a explicao dos fenmenos e constituio da matria (filsofos gregos). Temos, por exemplo, o filsofo Demcrito

(460 370 a.C.) que afirmava que toda a matria poderia ser dividida em partculas cada vez menores, at se chegar a uma partcula mnima que no poderia mais ser dividida, denominada de tomo. Segundo ele: Todas as coisas, inclusive a alma, so feitas de matria. Na verdade, s existem tomos e vazios.

Ao contrrio de Demcrito, Aristteles

(384 322 a.C.) acreditava que a matria poderia ser dividida infinitamente e que tudo o que existia no Universo era formados por quatro elementos: terra, gua, fogo e ar. Associa aos quatro elementos as qualidades: frio, quente, seco e mido. Qualquer elemento poderia se interconverter em outro pela adio ou remoo da qualidade em comum.

Considerando que, durante sculos, os trabalhos de fazer as coisas (artesos) e explicar os fenmenos (pensadores) eram completamente distintos, no difcil compreender como a Cincia demorou a progredir. As idias de Aristteles, por exemplo, praticamente no foram alteradas e orientaram a Cincia por quase 2000 anos.

Depois do apogeu da cultura grega, precursora de nossa civilizao, podemos citar a Alquimia, desenvolvida entre os rabes e europeus, na idade mdia (entre os anos 500 e 1500 da era crist). Os alquimistas tentavam encontrar a chamada "pedra

filosofal" (pea particular de matria que concentraria o esprito universal e seria capaz de transformar qualquer metal em ouro) e o "elixir

da

longa

vida

que tornaria o ser humano imortal. Embora no tendo conseguido alcanar as metas desejadas, em suas pesquisas os alquimistas desenvolveram novas tcnicas e descobriram novos materiais. A Alquimia, portanto, embora no tenha contribudo significativamente para o desenvolvimento das explicaes dos fenmenos, foi muito importante no desenvolvimento de tcnicas que, posteriormente seriam utilizadas em estudos envolvendo uma maior metodologia.

No incio do sculo XV surge o mtodo experimental. Cientistas buscam racionalmente catalogar dados, derrubando os mitos da alquimia. O mdico Paracelsus

(1493 1541) apregoa que a finalidade da Qumica seria a preparao de medicamentos, dando incio Iatroqumica.

Nasce, assim, a indstria de medicamentos, baseada, a princpio, em extratos vegetais ou minerais, como os derivados do arsnio, do antimnio, da prata e do mercrio.

Robert

Boyle (1627 1691) fundamenta a Qumica como cincia, introduzindo o mtodo cientfico mesma, com a publicao do livro The Sceptical Chemist (O qumico ctico ou O qumico que no confia). Introduz o conceito de elementos

qumicos

como sendo substncias que no poderiam ser desdobradas em outras pelos mtodos experimentais.

Alguns anos depois, George

Ernest

Stahl

(1660 1734) props a primeira teoria para explicar o fenmeno da combusto, pela aplicao do mtodo cientfico, denominada teoria

do

flogstico

e, segundo ela, toda substncia combustvel apresentava dois componentes, a cinza

e o flogstico: quanto mais combustvel fosse uma substncia, mais rica em flogstico seria. Quando uma substncia queimava, ela perdia seu flogstico sob forma de calor e luz, transformando-se em cinza e perdendo massa. Para explicar o fato de que metais ganham massa quando aquecidos ao ar, Stahl dizia, neste caso, que o flogisto tinha massa negativa.

- 19 -

AS

LEIS

PONDERAIS

No sculo XVIII, firmou-se realmente o carter cientfico da Qumica. Vrios gases foram descobertos e estudados.

Antoine

Laurent

Lavoisier

(1743 - 1794), com a introduo da balana em seus experimentos, conseguiu pesar os materiais envolvidos antes e depois de uma transformao qumica, notando ento que a massa permanecia constante. Esta observao experimental conhecida como Lei

de

Conservao

da

Massa, que pode ser enunciada como:

Na natureza nada se cria nada se perde; tudo se transforma.

Com esse procedimento derrubou a teoria do flogstico, realizando suas experincias em sistema fechado (no h troca de matria com o meio ambiente), evitando assim a perda de matria existente nas experincias de Stahl. Demonstrou que na combusto de uma substncia havia reao dessa substncia com um dos componentes do ar, que ele mais tarde chamou de oxignio. Fez a primeira determinao experimental da composio do ar, chegando ao resultado de 21% de oxignio e 79 % de outro componente que ele chamou de azoto (conhecido hoje como nitrognio).

O trabalho de Lavoisier, envolvendo cuidadosas pesagens, levou-o a descobrir e justificar fatos que outros cientistas no tinham conseguido efetuar por subestimarem o uso criterioso da balana. A experincia executada por Lavoisier, que permitiu a determinao dessa lei, pode ser representada por:

xido de mercrio mercrio + oxignio (vermelho) (prateado) (incolor)

Em funo desta e de vrias outras experincias, Lavoisier concluiu que:

Num sistema fechado, a massa total dos reagentes igual massa total dos produtos.

Exemplo:

Calcrio Cal viva + gs carbnico 100g 56g + 44g 100g

A partir do trabalho de Lavoisier, os qumicos comearam a perceber a existncia de certas regularidades que envolviam os fenmenos qumicos, s quais foi dado um tratamento matemtico, permitindo que essas regularidades fossem expressas em leis.Genericamente, essas leis que relacionam massas

so denominadas leis

ponderais, sendo que a Lei de Conservao de Massa, de Lavoisier, a primeira delas e foi divulgada em 1789, na obra Trait lmentaire de chimie (Tratado elementar de qumica).

Outro cientista da poca, Joseph

Louis

Proust

(1754 - 1826), em 1799, analisando substncias puras, observou que sua composio em massa

constante, independente de seu processo de obteno. Assim, por exemplo, a gua, independente de sua origem ou de seu mtodo de obteno, sempre se forma por 11,1% em massa de hidrognio e 88,9% em massa de oxignio.

gua hidrognio + oxignio 100% 11,1% 88,9% 100g 11,1g 88,9g

- 20 -

Assim, a composio da gua apresentar sempre uma mesma relao entre as massas de hidrognio e oxignio para qualquer massa de gua.

massa de hidrognio = 11,1g = 1

massa de oxignio 88,9g 8 Ou seja, na formao da gua devemos ter a combinao de hidrognio e oxignio na proporo de 1

para 8 em massa. Se reagirmos 1 grama de hidrognio com 8 gramas de oxignio, obteremos 9 gramas de gua, o que confirma, tambm, a lei de Lavoisier.

Em funo desses resultados, Proust enunciou a segunda lei ponderal:

Lei

das

propores

constantes:

Toda substncia apresenta uma proporo de massa constante em sua composio.

A lei de Proust foi posteriormente estendida a qualquer reao qumica:

Numa mesma reao qumica, h uma relao entre as massas das substncias participantes.

Composio

centesimal

Pela lei de Proust, as substncias puras tm composio em massa constante e, consequentemente, puderam ser representadas por frmulas.

As frmulas eram determinadas experimentalmente atravs de resultados obtidos por anlises quantitativas dos elementos presentes na substncia e expressas em termos percentuais (indicavam quanto do componente havia em 100 partes da substncia).

A frmula (ou composio) centesimal no o melhor tipo de frmula porque pode corresponder a mais de uma substncia, mas, em termos didticos, sua determinao nos leva a estabelecer relaes que nos ajudaro em clculos posteriores.

Exemplos: 1. Verifica-se experimentalmente que, na queima de 4,0g de clcio, formam-se 5,6g de um composto

de clcio. Qual a frmula percentual desse composto? Na queima do clcio, h uma reao de sntese entre o clcio e o oxignio gerando um composto, denominado xido de clcio. 5,6g do composto ------------------- 4,0g de clcio 5,6 g do composto ------------------- 1,6 g de oxignio 100g do composto ------------------ x 100 g do composto ------------------ x

x = 71,4g 71,4 % de clcio x = 26,6 g 26,6 % de oxignio

2. Qual a composio centesimal do composto cuja frmula CaS , sabendo-se que 72 g do composto possuem 40 g de clcio? 72g do composto ------------------- 40g de clcio 72g do composto ------------------- 32g de enxofre 100g do composto ------------------ x 100g do composto ------------------ x

x = 55,6g 55,6 % de clcio x = 44,4g 44,4 % de enxofre

- 21 -

As leis ponderais foram desenvolvidas a partir de experimentos realizados com quantidades de matria possveis de serem pesadas nas balanas existentes na poca, ou seja, eram observaes realizadas em nvel macroscpico. Ainda no existia, naquele tempo, nenhuma explicao dos fatos relacionados composio da matria em nvel microscpico.

No livro intitulado Novo sistema de filosofia qumica, publicado em 1808, John

Dalton

(1766 - 1844) relatou sua teoria completa a respeito do comportamento qumico das substncias, denominada teoria

atmica. Esta teoria possibilitou a compreenso dos resultados experimentais encontrados por Lavoisier e Proust, em nvel microscpico.

Os principais pontos da teoria atmica de Dalton so:

tomos

elemento qumico

Para melhor representar sua teoria, Dalton substituiu os smbolos usados na alquimia, e criou smbolos para elementos que no eram conhecidos pelos alquimistas. Como, para ele, os tomos eram esfricos, ele props que uma srie de crculos com linhas, pontos ou letras que representassem os diferentes elementos. Hoje, sabemos que alguns desses elementos de Dalton so, na verdade, compostos.

AS

LEIS

VOLUMTRICAS

Em vez de trabalhar com as massas das substncias em suas experincias, Joseph

Gay-Lussac

(1778- 1850) utilizou medidas de volumes de gases. Em funo disso enunciou suas leis volumtricas (referentes s propores com que volumes gasosos reagem entre si, quando medidos mesma temperatura e presso) que podem ser reunidas numa s:

Os volumes das substncias participantes de uma reao qumica, quando no estado gasoso e a uma mesma temperatura e presso, guardam entre si uma relao expressa por nmeros inteiros e pequenos (relao simples).

Exemplos:

I. hidrognio (g) + cloro (g) gs clordrico Vamos supor que sejam feitas duas experincias, partindo-se de volumes diferentes de hidrognio,

por exemplo, 100L e 37L. Verifica-se experimentalmente que: 1a

experincia: 100L de hidrognio consomem 100L de cloro e produzem 200L de gs clordrico. Relao entre os volumes de gases: 1:1:2

2a

experincia: 37L de hidrognio consomem 37L de cloro e produzem 74L de gs clordrico.

Relao entre os volumes: 1:1:2

- 22 -

Observa-se que a relao simples e constante, ou seja, para qualquer experincia que se faa com os gases hidrognio e cloro para formar gs clordrico a proporo com que eles interagem ser sempre de 1 1 : 1 :2.

II. hidrognio (g) + oxignio (g) gua (vapor) Para compararmos melhor os diferentes resultados experimentais, utilizamos os mesmos volumes de

hidrognio usados na experincia I e observamos que: 1a

experincia: 100 L de hidrognio consomem 50L de oxignio e produzem 100L de vapor dgua. 2a

experincia: 37L de hidrognio consomem 18,5 L de oxignio e produzem 37 L de vapor dgua.

A relao entre os volumes das substncias participantes da reao simples e constante e corresponde a 2 : 1 : 2. Nota-se que o volume do vapor de gua menor que a soma dos volumes de hidrognio e oxignio. Essa reao ocorre com contrao de volume. Veja bem: existe

lei

da

conservao

da

massa,

mas

no

da

conservao

de

volume.

Pode haver contrao

ou expanso

dos volumes gasosos participantes da reao.

Em 1811, Amedeo

Avogadro (1776 - 1856) emitiu uma hiptese que veio esclarecer o problema no resolvido por Gay-Lussac a respeito da contrao ou expanso dos volumes dos gases durante uma reao (a teoria atmica de Dalton no explicava o porqu). Para formular sua hiptese, Avogadro comparou as observaes experimentais e a proposta de Berzelius onde, volumes iguais de quaisquer gases continham o mesmo nmero de tomos (ou tomos compostos). Os fatos experimentais, no entanto, no conseguiam ser explicados, como veremos a seguir:

Experincia

1 : Se misturarmos 1 litro de hidrognio com 1 litro de cloro, acontecer uma reao completa, o que era

esperado por Berzelius; o volume de gs clordrico obtido, porm, ser de 2 litros e no de 1 litro como era esperado e que no pode ser explicado pelo modelo:

hidrognio + cloro gs clordrico

+

Esperado: 1 V 1 V 1 V Observado: 1 V 1 V 2 V (?)

Experincia

2 : Na reao de 1 L de oxignio com dois litros de hidrognio formam-se dois litros de gua (reao completa)

hidrognio + oxignio gua

+

Esperado: 1 V 1 V 1 V Observado: 2 V 1 V 2 V (?)

Avogadro soluciona o problema propondo que a estrutura bsica de algumas substncias simples no seria o tomo ou o "tomo composto" como pensavam os qumicos atomistas da poca, e sim uma estrutura composta por tomos ligados entre si, que denominou de molcula

Props ento que H, N, O e Cl, seriam formados por molculas diatmicas. Surge, ento, o conceito

de

atomicidade.

Voltemos agora aos fatos e verificaremos que as idias, desta forma condizem com os fatos.

hidrognio + cloro gs clordrico

+

2

1 V 1 V 2 V

- 23 -

hidrognio + oxignio gua

2 +

2

2 V 1 V 2 V

Com a proposta de Avogadro foi possvel determinar as frmulas das primeiras molculas (H2, O2, Cl2, N2, H2O, HCl).

Em funo dessas idias, Avogadro props ento a sua hiptese:

Volumes iguais de gases diferentes, mesma presso e temperatura, contm o mesmo nmero de molculas.

Observao

John

Jacob

Berzelius

( 1779 - 1848) organizou a notao qumica utilizada, que era bastante confusa, introduzindo como smbolo dos elementos as iniciais de seus nomes latinos. Esses smbolos, usados at hoje, so constitudos por uma ou duas letras de frma, sendo a primeira sempre maiscula e a segunda, quando existe, minscula. Para indicar a proporo com que cada elemento entra na formao de determinada substncia, ele associou um ndice numrico aos smbolos. Essa notao, simples e funcional, foi logo adotada pelos qumicos da poca e permanece inalterada at os dias atuais.

- 24 -

EXERCCIOS

1) Verifique se os dados abaixo esto de acordo com a lei de Lavoisier: a) Sabe-se que 4 g de hidrognio reagem com 32 g de oxignio produzindo 36 g de gua. b) Sabe-se que 27,9 g de fsforo so colocados num recipiente que contm 360 g de iodo. Terminada a reao, observa-se que houve formao de 370,8 g de um composto, restando 17,1 g de iodo.

2) Sabe-se que: carbono + hidrognio metano 12g 4g

Qual a massa de hidrognio necessria para reagir totalmente com 8,4g de carbono e qual a massa de metano formada?

3) Sabendo-se que 14,0g de nitrognio reagem com hidrognio para formar 17,0g amnia, qual a massa de amnia obtida quando se utilizam 4,2g de nitrognio?

4) Sabendo-se que: metano + oxignio gs carbnico + gua 12,8g 8,8g 7,2g

Qual a massa de metano necessria para que a reao acima ocorra?

5) Reagindo-se 6x g de carbono com (8+x) g de gua obtm-se (15-x) g de dixido de carbono e x g de hidrognio. Determine o valor de x.

6) Qual a massa de gua formada quando fazemos reagir x g de xido de sdio com (2x-26) g de cido sulfrico, resultando desta reao (2x + 18)g de sulfato de sdio e [(x + 10) / 4 ] g de gua ?

7) So colocados, em um recipiente, 15g de hidrognio com 126g de oxignio. Provocando-se a reao, observa-se a formao de 135g de gua e a permanncia de certa massa de oxignio que no reagiu; qual o valor dessa massa?

8) Sabendo-se que 14,0g de eteno reagem com 48g de oxignio formando 44,0g de gs carbnico e 18,0g de gua, quais as massas de gs carbnico e de gua formadas quando se utilizam 16,8g de eteno?

9) Dada a reao: xido de ferro + carbono ferro + monxido de carbono 120g 27g 84g 63g

Partindo de 21,6 g de carbono quais sero as massas obtidas de ferro e monxido de carbono?

10) Sabe-se que 2,0g de hidrognio combinam-se totalmente com 71g de cloro, formando gs clordrico. Determinar a composio centesimal do gs clordrico.

11) Sabendo-se que 1,0g de hidrognio e 4,0g de carbono combinam-se formando etano, determine a composio centesimal do etano.

12) Calcule a composio centesimal do gs sulfdrico, sabendo-se que para formar 34g do gs so necessrios 2,0g de hidrognio reagindo com 32g de enxofre.

13) Qual a massa de oxignio que reage com 144g de magnsio na formao de xido de magnsio, sabendo-se que a proporo das massas que se combinam de 3:2.

14) O sal de cozinha formado pelos elementos cloro e sdio na proporo de 71 : 46 em massa. Calcule a massa de cloro contida numa quantidade de sal que contm 23g de sdio. Em seguida, calcule a massa de sdio contida numa quantidade de sal que contm 14,2g de cloro. 15) 1,08g de alumnio reagem com 4,26g de cloro, dando origem a 5,34g de cloreto de alumnio. Se, numa outra experincia, adicionarmos 5,4g de alumnio a 30,0g de cloro: a) Qual a massa do composto formado? b) Qual a massa em excesso, do reagente que sobrou na reao?

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16) A tabela abaixo apresenta dados obtidos na reao do gs hidrognio com o gs oxignio produzindo vapor de gua.

Massa de hidrognio (g)

Massa de oxignio (g)

Massa de gua (g)

Massa que no reagiu

2,0 8,0 9,0 1,0g de hidrognio 2,0 17,0 18,0 1,0g de oxignio 4,0 32,0 36,0 sem excesso

10,0 64,0 72,0 2,0g de hidrognio

A tabela a seguir apresenta dados obtidos na reao de carbono com gs oxignio produzindo gs carbnico.

Massa de carbono (g)

Massa de oxignio (g)

Massa de gs carbnico (g)

Massa que no reagiu

12,0 36,0 44,0 4,0g de oxignio 8,0 16,0 22,0 2,0g de carbono 5,0 8,0 11,0 2,0g de carbono

24,0 70,0 88,0 6,0g de oxignio

Os itens a seguir devem ser respondidos com base nas tabelas: a) Para produzirmos 144,0g de gua de maneira que no haja sobras dos reagentes, que massas destes devemos usar? b) Para obtermos 5,5g de gs carbnico, sem excessos, quanto de cada reagente deve ser usado? c) Misturando-se 3,0g de carbono com 9,0g de oxignio, quanto se obter de gs carbnico? Sobrar alguma quantidade de carbono ou oxignio? Em caso afirmativo, quanto? d) Quanto de carbono seria necessrio para reagir totalmente com 100,0 g de oxignio?

17) O clcio reage com o oxignio produzindo cal virgem (xido de clcio). Foram realizadas duas experincias, cujos dados incompletos constam na tabela a seguir:

clcio + oxignio

cal virgem 1a experincia 40g x 56g 2a experincia y 32g z

Determine os valores de x, y e z e cite o nome das leis ponderais que permitiram essa determinao.

18) O acar comum, quando submetido a aquecimento, pode ser transformado em carvo. Essa reao pode ser representada da seguinte maneira:

acar carvo + gua Com base nessas informaes, responda:

a) A transformao de 342g de acar em 144g de carvo ir produzir tambm qual massa de gua? b) Se desejarmos obter 99g de gua e 72g de carvo, que massa de acar devemos aquecer? c) Se aquecermos 1710g de acar, quais sero as massas de carvo e de gua que iremos obter?

19) Escolha a alternativa que melhor completa a frase: Quando uma poro de palha de ao enferruja, esta sofre ................ de massa, proveniente da ............ a) aumento - combinao com oxignio b) diminuio - combinao com gs carbnico c) diminuio - combinao com oxignio d) aumento - liberao de gs carbnico e) aumento - combinao com gs carbnico

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20) Sabe-se que 448 mL de monxido de nitrognio reagem com 224 mL de oxignio formando 448 mL de dixido de nitrognio, todos gasosos e nas mesmas condies. a) Verifique a proporo entre os gases reagentes e produto, segundo as leis volumtricas. b) Que volume de oxignio seria consumido por 20,0L de monxido de nitrognio?

21) De acordo com o quadro, calcule os valores de X,Y,W e Z, em gramas.

A + B C + excesso

1a reao 0,4 g 1,5 g 1,9 g ------------- 2a reao 2,0 g X Y ------------- 3a reao 2,8 g 11,7 g W Z

22) 54L de um gs A so adicionados a 54L de um gs B. H reao entre eles e, terminada a reao, obtm-se 36L de um gs C ao lado de 36L do gs B, em excesso. Qual a relao entre os volumes de A, B e C, nessa reao, expressa por nmeros inteiros e pequenos?

23) O quadro a seguir apresenta vrios dados sobre a combinao do gs nitrognio com gs oxignio, com formao de xido ntrico gasoso. Complete os espaos vazios:

Volume de oxignio (L)

Volume de nitrognio (L)

Volume de xido ntrico (L)

Volume de gs que sobra

20,0 20,0 A nenhum 5,0 3,0 6,0 2,0 L oxignio 8,0 13,0 16,0 B 1,0 4,0 C 3,0 L nitrognio D E 4,0 1,0 L oxignio

24) Se em 2L de certo gs, sob presso de 5 atm na temperatura de 25 C, existem n molculas , em 4 L do mesmo gs, nas mesmas condies de temperatura e presso, o nmero de molculas ser igual a ........

25) Duas amostras de carbono puro de massa 1,00g e 9,00g foram completamente queimadas ao ar. O nico produto formado nos dois casos, o dixido de carbono gasoso, foi totalmente recolhido e as massas obtidas foram 3,66g e 32,94 g respectivamente. Utilizando-se esses dados: a) demonstre que nos dois casos a lei de Proust obedecida. b) determine a composio do dixido de carbono expressa em % de carbono e oxignio.

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RESPOSTAS

1) a) Sim, a massa antes da reao (36g) igual massa depois da reao. b) Sim, a massa total antes da reao (387,9g) igual massa total (produto + excesso) aps a reao.

2) 2,8g de hidrognio e 11,2 g de metano

3) 5,1g de gs 4) 3,2g de metano 5) x = 1

6) 18 g de gua 7) 6g

8) 52,8g de gs carbnico e 21,6g de gua

9) 67,2g de ferro e 50,4g de monxido de carbono

10) 2,7% de hidrognio e 97,3% de cloro

11) 20% de hidrognio e 80% de carbono

12) 94,1 % de enxofre e 5,9 % de hidrognio

13) 216g

14) 35,5g de cloro e 9,2g de sdio

15) a) 26,7g de cloreto de alumnio b) 8,7g de cloro

16) a) 128g de oxignio e 16g de hidrognio b) 1,5g de carbono e 4,0 g de oxignio c) 11g; sim, 1,0g de oxignio. d) 37,5g de carbono

17) X= 16g ; Y = 80g ; Z = 112g ; Lavoisier e Proust

18) a) 198g de gua b) 171g de acar c) 720 g carvo e 990 g gua

19) a

20) a) 2:1:2 b) 10,0L

21) X = 7,5g ; Y = 9,5g ; W= 13,3g e Z = 1,2g de B

22) A relao 3:1:2

23) A = 40,0 L; B = 5,0L hidrognio; C = 2,0 L; D = 3,0 L; E = 2,0 L

24) 2n

25) a) 1,00 = 3,66

- Proust 9,00 32 b) 27,3% de carbono e 72,7% de oxignio

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CAPTULO 3 DESCOBRINDO

A

ESTRUTURA

ATMICA

Como j foi visto, o primeiro modelo atmico proposto em bases cientficas foi formulado por John Dalton, em 1808, tendo sido aperfeioado pela introduo do conceito de molcula por Amadeo Avogadro, em 1811. Tal modelo foi utilizado durante anos, explicando adequadamente o comportamento observado nas reaes qumicas, no que dizia respeito massa e volume das substncias envolvidas. Observaes, porm, que evidenciavam a natureza eltrica da matria, no podiam ser explicadas pela teoria atmico-molecular.

Partculas

subatmicas

A existncia de uma estreita relao entre matria e eletricidade fica evidente com os trabalhos de Michael Faraday sobre eletrlise. Eles tambm indicavam que a eletricidade era constituda por partculas materiais, hiptese confirmada pelos estudos sobre a capacidade dos gases de conduzir correntes eltricas.

Durante toda a segunda metade do sculo XIX experincias realizadas em ampolas de vidro contendo gases, nas mais variadas presses e submetidas a descargas eltricas, evidenciaram a existncia de partculas menores do que o prprio tomo; logo, o tomo no era indivisvel. Podemos citar alguns nomes relacionados a essas experincias: Heinrich Geissler ( Alemanha), William Crookes ( Inglaterra), Eugene Goldstein (Alemanha), Joseph John Thomson ( Inglaterra).

As principais experincias realizadas neste sentido receberam as seguintes denominaes:

Raios catdicos experincias realizadas em ampolas de vidro contendo gases em alto vcuo levaram concluso da existncia de partculas de carga eltrica negativa, de massa muito pequena, em qualquer tipo de matria. Estas partculas foram denominadas de eltrons

Raios canais experincias realizadas em ampolas de vidro contendo gases mantidos a baixa presso levaram concluso da existncia de partculas de carga eltrica positiva, de massa muito superior do eltron (cerca de 1840 vezes maior), em qualquer tipo de matria. Estas partculas foram denominadas de prtons.

importante frisar que a comprovao e a determinao da carga e da massa dessas partculas foi um processo que se estendeu at o incio do sculo XX, envolvendo inmeras outras experincias.

Modelo

atmico

de

Thomson

Em 1898, com base nas evidncias experimentais e no fato da matria ser eletricamente neutra, Thomson apresentou seu modelo atmico. Como a massa dos eltrons fosse insignificante quando comparada a dos prtons, a massa do tomo equivaleria praticamente massa dos prtons. Os eltrons, uniformemente distribudos entre os prtons garantiriam o equilbrio eltrico, evitando a repulso mtua dos prtons. Seu modelo consistia, portanto, em uma esfera macia de carga eltrica positiva, incrustada por igual nmero de cargas negativas (os eltrons), e foi chamado de pudim com passas. No modelo de Thomson, os eltrons possuam um nico movimento possvel, o da vibrao.

- 29 -

Modelo

atmico

de

Rutherford

Ernest

Rutherford

era um pesquisador ligado equipe de Thomson quando realizou um experimento que viria a mudar completamente a viso do homem a respeito do tomo. Em 1911, ele bombardeou uma finssima lmina de ouro (0,0001 cm) com partculas alfa oriundas de uma amostra contendo Polnio. A rea em que se realizava o experimento era cercada por um anteparo recoberto por sulfeto de zinco, que cintilava ao sofrer impacto.

Para espanto geral, a grande maioria das partculas alfa disparadas contra a placa passou por ela como se no existisse. Somente algumas passavam com desvios e algumas outras retrocediam. Tal resultado levou Rutherford a propor que a matria constituda principalmente por espaos vazios. Como as partculas alfa so positivas, concluiu-se que os desvios e retrocessos fossem resultado da interao dessas com o ncleo. Como estes desvios e retrocessos foram muito poucos, concluiu-se que a matria do tomo fosse concentrada numa regio central positiva chamada ncleo. Os prtons so as partculas que do carter positivo ao ncleo. Os eltrons ou cargas negativas estariam circundando o ncleo em nmero tal que possibilitasse ao tomo ser neutro. A proporo entre as partculas que passaram sem desvio e as que passaram com desvio ou retrocederam levaram concluso de que o tamanho total do tomo de 10.000 a 100.000 vezes maior que o ncleo. A regio onde circundam os eltrons que d o volume do tomo recebeu o nome de eletrosfera. Os eltrons possuem movimento de translao ao redor do ncleo e de rotao em relao ao seu prprio eixo. O modelo de Rutherford muito parecido com o sistema solar, com o ncleo ocupando o lugar do sol e os eltrons, os dos planetas.

Rutherford concluiu que, sendo o tomo formado por duas regies e descontnuo, a matria tambm descontnua.

A

descoberta

da

terceira

partcula

subatmica:

o

nutron

Na seqncia dos estudos sobre a estrutura do tomo, percebeu-se que no ncleo dos tomos existiria mais do que um nico prton. Entretanto esse fato comprometeria a estabilidade do ncleo, pois entre prtons (+) existiriam foras de repulso que provocariam a fragmentao do ncleo. Como isso no ocorria, Rutherford passou a admitir a existncia, no ncleo, de partculas com massa semelhante dos prtons, mas sem carga eltrica. Essas partculas serviriam para diminuir a repulso entre os prtons, aumentando a estabilidade do ncleo. Alm disso, essas partculas justificariam a massa maior que os ncleos apresentavam.

Essas partculas foram descobertas, em 1932, durante experincias com material radioativo, por James Chadwick, que as denominou de nutrons.

- 30 -

EXERCCIOS

1) Os raios catdicos so: a) eltrons b) prtons c) partculas

d) ondas eletromagnticas e) nutrons

2) Os raios canais produzidos numa ampola de Goldstein so : a) eltrons b) prtons c) nutrons d) ons gasosos positivos e) ons gasosos negativos

3) O primeiro modelo cientfico para o tomo foi proposto por Dalton em 1808. Este modelo poderia ser comparado a : a) uma bola de tnis b) uma bola de futebol c) uma bola de pingue-pongue d) uma bola de bilhar e) uma bexiga cheia de ar

4) O eltron foi descoberto por Thomson no final do sculo XIX. Quais as caractersticas gerais do modelo atmico proposto por Thomson?

5) O raio do ncleo menor que o prprio tomo em aproximadamente : a) 102 vezes b) 104 vezes c) 108 vezes d) 1010 vezes e) 1023 vezes

6) Considere os modelos atmicos de : I - Dalton II - Thomson III - Rutherford a) Qual deles foi proposto baseado nos resultados da medida da massa dos participantes das reaes qumicas? b) Qual introduziu a natureza eltrica da matria? c) Qual apresenta a matria como sendo descontnua? d) Qual o mais recente?

RESPOSTAS

1) a 2) d 3) d

4) O tomo seria um pudim de cargas positivas e dentro deste teramos os eltrons com cargas eltricas negativas, como se fossem passas, formando um sistema eletricamente neutro.

5) b

6) a) I b) II c) III d) III

- 31 -

CAPTULO 4 PRINCIPAIS

CARACTERSTICAS

DO

TOMO

Alguns

conceitos

relacionados

ao

tomo

Desde o modelo proposto por Thomson, sabemos que o tomo um sistema eletricamente neutro, ou seja, o total de cargas positivas igual ao total de cargas negativas. Com a evoluo, introduzida por Rutherford, do modelo atmico, podemos relacionar as cargas eltricas com as partculas constituintes do tomo: os prtons apresentam carga positiva; os eltrons, negativa e os nutrons apresentam carga nula. Assim, num tomo: nmero de prtons = nmero de eltrons

Nmero Atmico (Z)

A carga do ncleo, ou seu nmero de prtons, a grandeza que caracteriza cada elemento, sendo este nmero denominado nmero atmico. ( Z = no de prtons )

Como num tomo o nmero de prtons igual ao nmero de eltrons, ao ser fornecido o nmero atmico (Z) de um tomo, sero fornecidas duas informaes: o no de prtons e o no de eltrons.

ons

Os tomos apresentam a capacidade de ganhar ou perder eltrons, formando novos sistemas, eletricamente carregados, denominados ons. on a espcie qumica que apresenta o nmero de prtons diferente do nmero de eltrons.

Ateno:

Os tomos, ao ganharem ou perderem eltrons, originam dois tipos de ons:

Ctions: Formam-se quando um tomo perde um ou mais eltrons, resultando num sistema eletricamente positivo, onde o n. de prtons maior que o n. de eltrons. Sua representao, segundo norma da IUPAC (Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada), feita colocando-se acima e direita do smbolo do elemento a quantidade de eltrons perdidos seguida do sinal +. Por exemplo: Fe2+; Ca2+ ;Na +.

nions: Formam-se quando um tomo ganha um ou mais eltrons, resultando num sistema eletricamente negativo, onde o n. de prtons menor que o n. de eltrons. Sua representao feita colocando-se acima e direita do smbolo do elemento a quantidade de eltrons ganhos seguida do sinal . Por exemplo: S2 ; N3 ;Br

Nmero de Massa (A)

A massa do tomo depende fundamentalmente dos seus prtons e nutrons, j que a massa do eltron desprezvel. Logo, nmero de massa a soma do n. de prtons (p) com o n. de nutrons (n) presentes no ncleo de um tomo. (A = p + n )

Elemento Qumico

o conjunto formado por tomos e ons que apresentam mesmo nmero atmico. Observe que, quando um tomo se transforma em um on, seu nmero atmico no se altera, pois h

um ganho ou perda de eltrons e no de prtons.

- 32 -

Simbologia

do

elemento

qumico

De acordo com a IUPAC, ao representar um elemento qumico, devem-se indicar, junto ao seu smbolo, os nmeros atmico e de massa e, quando se tratar de um on, tambm a carga eltrica. Esquematicamente, temos:

tomos ons

AX ou XA AXcarga eltrica do onZ Z Z

Istopos

Um elemento qumico pode ser constitudo por uma mistura de vrios tomos com o mesmo nmero atmico, mas com diferentes nmeros de massa. Esses tomos eram chamados de istopos (iso = mesmo; topos = lugar).

Istopos so tomos que apresentam o mesmo nmero atmico (Z) por pertencerem ao mesmo elemento qumico, mas apresentam diferentes nmeros de massa (A).

O elemento oxignio (O), por exemplo, formado por uma mistura de trs istopos: 8 O

16 8 O

17 8 O

18

A diferena no nmero de massa produzida pelas diferentes quantidades de nutrons existentes em cada istopo.

Isoeletrnicos

So os tomos e ons que apresentam a mesma quantidade de eltrons.

Exemplo: So isoeletrnicos: N 3 , O 2 , F 1 , Ne, Na +.

Considerando que o raio a distncia provvel do eltron mais externo ao ncleo, numa srie de isoeletrnicos:

maior

for

o

n.

atmico (Z)menor

ser

o

raio

ction

sempre

menor

que

o

do

tomo

que

lhe

deu

origem

nion

sempre

maior

que

o

do

tomo

que

lhe

deu

origem

- 33 -

EXERCCIOS

1) Complete o quadro abaixo :

TOMO Z A p+ e- n Sdio (Na) 11 12

Cobalto (Co) 60 27 Flor (F) 9 10

Urnio (U) 92 235 Carbono ( C ) 6 8

2) Se representarmos dois tomos por : 17 X 35 e 17 Y 37 ; a) Quantos prtons tm X e Y? b) Quantos nutrons tm X e Y ? c) Os tomos so de elementos qumicos diferentes ?

3) Um tomo de prata tem 47 prtons e 61 nutrons. Qual o smbolo desse tomo, acompanhado dos valores do nmero atmico e de massa?

4) Qual o n. de prtons, eltrons e nutrons do on 32 S 2

?

16

5) Qual o n. atmico e o n. de massa de um on monoatmico com carga 3+, que contm 10 eltrons e 14 nutrons ?

6) Baseie-se no esquema abaixo para determinar os valores de x, y, z e w. Sabe-se que B e D so istonos. Quantos nutrons tem A? z A

w isbaros

x B 40

isbaros

19 C y

istopos

z D 39

7) Considere os seguintes tomos : 88 A

228 89 B

228 90 C

231 90 D

229 90 E

234 88 F

236

a) Quais so istopos? b) Quais so isbaros? c) Quais so istonos ?

8) Sabemos que :

X um tomo com 18 prtons e 22 nutrons

Y um tomo com 18 prtons e 21 nutrons

Z um tomo com 19 prtons e 20 nutrons a) Quais so istopos? b) Quais so isbaros?

9) Tem-se 3 tomos A, B e C, sobre os quais sabemos que :

A e B so istopos

B e C so isbaros

C tem n. de massa = 127

B tem 75 nutrons

A e C tm mesmo n. de nutrons

C tem um prton a mais que A Pergunta-se : quais os valores de n. atmico e n. de massa para cada tomo ?

- 34 -

10) Tem-se 3 tomos X, Y e Z, sobre os quais sabemos que :

X istopo de Y

Y isbaro de Z

Z tem igual n. de prtons e nutrons

Y tem n. de massa = 30

X tem 1 prton a menos que Z e 2 nutrons a menos que Y Pede-se que sejam representados X, Y e Z com seus respectivos nmeros atmicos e de massa.

11) Determine o n. de prtons, eltrons e nutrons do ction 40Ca2+. 20

12) Um on A2 isoeletrnico de um on B2+. Sabendo que o nmero atmico de A igual a 34, qual ser o de B?

13) O on K+ isoeletrnico do on P3 . Qual o nmero atmico do fsforo (P)?

14) Dados os ons : 11Na+ , 19K+, 9F , 17Cl , 12Mg 2+, 15P 3 , rena os que so isoeletrnicos entre si.

15) A densidade da gua comum (H2O) e da gua pesada (D2O), medidas nas mesmas condies de presso e temperatura, so diferentes. Isto porque os tomos de hidrognio e deutrio diferem quanto ao: a) nmero atmico b) n. de eltrons c) nmero de oxidao d) n. de nutrons e) n. de prtons

RESPOSTAS

1) TOMO Z A p+

e- n

Sdio (Na) 11

23 11

11

12 Cobalto (Co) 27

60 27

27

33 Flor (F) 9 19 9 9 10

Urnio (U) 92

235

92

92

143

Carbono ( C )

6 14 6 6 8

2)a) 17 e 17 b) 18 e 20 c) no, so istopos.

3) 47 Ag 108 4) 16 p, 16 n e 18 e

5) Z = 13 e A = 27

6) x = 20, y = 40, z = 19, w = 40. A tem 21 nutrons.

7) a) A e F ; C, D e E b) A e B c) B e D

8) a) X e Y b) Y e Z

9) 52 A 126 52 B 127 53 C 127 10) 14 X 28 14 Y 30 15 Z 30

11) 20 prtons, 20 nutrons e 18 eltrons 12) Z = 38 13) Z = 15

14) [ Na+, Mg2+, F

] e [ K+, Cl , P3

] 15) d

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CAPTULO 5 EVOLUO

DOS

MODELOS

ATMICOS

Modelo

atmico

de

Rutherford-Bohr

(1913)

O modelo de Rutherford sofreu muitas crticas na poca em que foi elaborado, mas, convencido de sua validade, capaz de interpretar muitas propriedades da matria, o fsico dinamarqus Niels Bohr props a idia de que as leis da Fsica clssica no se aplicariam ao tomo e suas partculas constituintes. Bohr interpretou a estabilidade atmica usando uma teoria, proposta por Max Planck, denominada teoria dos quanta, relacionada propagao de energia luminosa (a energia seria emitida em quantidades discretas, constituindo pacotes de energia que ele chamou de quanta de energia).

Relacionando esta teoria com os resultados experimentais observados quando tomos eram submetidos ao calor ou a eletricidade, Bohr props um modelo atmico revolucionrio que mantinha as principais caractersticas do modelo de Rutherford.

Esse novo modelo baseado nos seguintes princpios:

energia constante

no

perde

nem

ganha

energiaestado estacionrio

salto quntico um estado excitado

Cada uma dessas rbitas permitidas foi denominada nvel ou camada de energia. Dentre os elementos conhecidos, aquele que contm maior nmero de eltrons apresenta-os distribudos no mximo em 7 camadas, designadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q.

- 36 -

Com os progressos nos estudos relativos ao tomo, descobriu-se que cada nvel de energia do modelo de Bohr era constitudo de vrios subnveis com diferentes energias. Assim, quando um eltron salta de um nvel de energia para outro mais prximo do ncleo, podem ser emitidas diferentes energias, dependendo dos subnveis onde estava o eltron antes e depois do salto.

Nesta ampliao do modelo de Bohr, conhecido como modelo de Sommerfeld (1916), um dado nvel de energia constitudo por subnveis de energia, aos quais esto associadas vrias rbitas diferentes, onde uma dessas rbitas circular e as demais so elpticas.

A

evoluo

do

modelo

de

Rutherford-Bohr

Como j foi visto, foi Sommerfeld quem deu o primeiro passo para a ampliao do modelo de Bohr, admitindo rbitas elpticas com diferentes excentricidades para eltrons de um mesmo nvel, caracterizando energias muito prximas, em regies que foram denominadas de subnveis. Outras observaes e estudos com os espectros levaram concluso de que estas rbitas possuem planos bem definidos.

Experincias posteriores, envolvendo a passagem de tomos por campos magnticos, mostraram um comportamento peculiar; havia um desvio, em sentidos opostos do campo magntico, dos tomos utilizados. Este comportamento foi explicado admitindo-se que cada eltron se comporta como um pequeno m e que seu magnetismo seria resultante da rotao (spinning) da carga negativa, sendo possveis dois sentidos de rotao (spin): um eltron gira ao redor de seu eixo no sentido horrio ou anti-horrio.

Dois eltrons com spins iguais se repelem eltrica e magneticamente, j que o campo magntico gerado igual enquanto que dois eltrons com spins contrrios se atraem magneticamente e se repelem eletricamente mantendo equilbrio dinmico no orbital.

repulso

atrao

Aps examinar cuidadosamente os espectros de diversos tomos, Wolfgang Pauli enunciou o seguinte princpio, conhecido como princpio da excluso de Pauli:

- 37 -

Em 1924, o fsico francs Louis de Broglie mostrou que o eltron, alm de partcula, podia ser considerado uma onda eletromagntica (eltrons podem sofrer difrao obedecendo s leis ondulatrias como se fossem ondas sonoras, luminosas, etc.). Como a luz, ele podia ser encarado como uma partcula-onda. O eltron, ento, apresenta um comportamento duplo (dual), isto , pode ser interpretado como partcula (massa) ou onda, conforme o fenmeno estudado.

Qual o mecanismo usado para determinar a trajetria de um eltron? Como no podemos v-lo, precisaramos utilizar um dispositivo que nos fornecesse sua posio a cada instante. Da unio dessas vrias posies sucessivas, teramos a trajetria percorrida pelo eltron. Isso, porm, no possvel devido dimenso to pequena do eltron (sua posio no consegue ser determinada).

Foi Werner Heisenberg quem mostrou, em 1926, que no se pode determinar com exatido a posio de um eltron. Seu princpio da incerteza diz que impossvel determinar simultaneamente a posio e a velocidade de um eltron num tomo. Heisenberg substituiu o conceito de posio de um eltron por probabilidade

de

posio.

O

modelo

atual

Com o surgimento do princpio de Heisenberg, os modelos de Bohr e Sommerfeld - que indicavam rbitas definidas para os eltrons (imaginavam o subnvel como uma linha circular ou elptica sobre a qual o eltron se deslocaria)- se mostraram inadequados, por ser impossvel a determinao da trajetria dos eltrons.

Torna-se mais adequado falar em regies de mxima probabilidade de se encontrar determinado eltron, isto , regies de mxima densidade eletrnica. No se afirma que, em dado instante, o eltron efetivamente est em um ponto determinado. No mximo, podemos delimitar a regio de mxima probabilidade para encontrar-se o eltron.

O fsico austraco Erwin Schrdinger, em 1927, conseguiu adaptar ao eltron as teorias de Heisenberg e de Broglie. Utilizando equaes de movimento de ondas, em coordenadas cartesianas, ele conseguiu deduzir equaes matemticas

que determinam regies no espao, onde temos a mxima probabilidade de encontrar determinado eltron. Esta regio denominada orbital

do eltron.

ORBITAL:

Nveis, Subnveis e Orbitais

Quando Bohr enunciou seus postulados, sugeriu uma frmula para determinao do raio da rbita circular. Hoje no tem mais sentido falar em raio da rbita e a interpretao do mesmo seria: a distncia mais provvel do eltron ao ncleo.

Conforme demonstrado por Sommerfeld, cada nvel de energia constitudo por um ou mais subnveis e estes so designados pelas letras minsculas s, p, d, f, g, h, i, j,...

Nos 115 elementos conhecidos atualmente encontramos apenas quatro tipos de subnveis: s, p, d e f e estes subnveis tm energias diferentes entre si: s < p < d < f

Atravs clculos matemticos e de observaes experimentais, deduz-se que:

Nvel Camada Subnveis 1 K 1s 2 L 2s - 2p 3 M 3s - 3p - 3d 4 N 4s - 4 p - 4d - 4f 5 O 5s - 5p - 5d - 5f 6 P 6s - 6p - 6d 7 Q 7s

- 38 -

Orbital p no eixo yOrbital p no eixo z

Orbital p no eixo xOrbital s

Os trs orbitais p nos seusrespectivos eixos.

Representao

geomtrica

dos

orbitais

s

e

p.

p pd f

d f

- 39 -

Pelo que foi visto, os orbitais podem ser considerados nuvens que correspondem s regies onde mxima a probabilidade de encontrarmos um determinado eltron, sendo que cada subnvel contm um ou mais orbitais.

A cada tipo de subnvel corresponde um tipo de orbital, ou seja, uma nuvem eletrnica com um formato caracterstico e com uma orientao espacial determinada. Assim, os orbitais existentes no subnvel s so diferentes dos orbitais que constituem o subnvel p. Esses formatos e suas orientaes foram determinados matematicamente pela resoluo das chamadas equaes

de

Schrdinger. Os orbitais do tipo s apresentam uma forma esfrica, sendo que o volume dessa esfera varia em

funo do seu nvel de energia. Por apresentarem uma forma esfrica, apresentam uma nica orientao espacial possvel. Os orbitais do tipo p apresentam a forma de duplo ovide (halteres) e trs orientaes espaciais possveis (segundo eixos perpendiculares entre si). Os orbitais d e f, por sua complexidade, no sero abordados.

Como j foi visto, pelo princpio de excluso de Pauli, se dois eltrons estiverem num mesmo nvel, em rbitas de mesmo tipo (mesmo subnvel) e num mesmo plano (mesmo orbital), tero necessariamente spins opostos, ou seja, numa mesma regio de probabilidade (orbital) podem existir no mximo dois eltrons.

Se tivermos dois eltrons com spins opostos, podemos esperar uma atrao mtua entre eles, como ocorre com dois ms. Assim, quando dois eltrons so introduzidos em um mesmo orbital, eles devem possuir spins opostos, o que acarreta um sistema mais estvel. Ento, um par de eltrons (ou eltrons

emparelhados) num orbital no apresenta campo magntico, pois o magnetismo devido ao spin de um eltron anulado pelo magnetismo do eltron de spin oposto.

Os tomos que possuem pelo menos um orbital no qual se encontra apenas um eltron (denominado eltron

desemparelhado) apresentam campo magntico, pois o magnetismo proveniente do spin do eltron no anulado.

Isto explica o fato de algumas substncias serem atradas por ms e outras no: as que possuem eltrons emparelhados no so atradas e as que possuem eltron desemparelhado so.

Foram determinados, matematicamente, o nmero de orbitais existentes em cada subnvel e, como cada orbital s pode conter no mximo dois eltrons, temos:

Subnveis Orbitais Eltrons

s 1 2

p 3 6 d 5 10 f 7 14

Assim, por exemplo:

Na camada K (nvel 1) existe apenas um tipo de orbital, s, esfrico, que constitui o subnvel 1s.

Na camada L (nvel 2) existem dois subnveis : o 2s e o 2p, formados pelos respectivos orbitais s e p O subnvel 2s formado pelo orbital 2s que uma coroa esfrica que envolve o 1s. O subnvel 2p formado por trs orbitais p representados por 2px, 2py e 2pz, que se orientam em trs eixos perpendiculares entre si, x, y e z, respectivamente.

Esquematicamente temos:

Nvel Subnveis Orbitais

2s 2s 2

2p 2px, 2py, 2pz

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O mesmo raciocnio se aplica aos demais nveis, levando-se em conta as regies de probabilidade possveis.

Camada Nvel Subnvel Mximo de

eltrons em cada subnvel

Mximo de eltrons em cada

nvel K 1 1s 2 2

L 2 2s, 2p 2 + 6 8

M 3 3s, 3p, 3d 2 + 6 + 10 18

N 4 4s, 4p, 4d, 4f 2 + 6 + 10 + 14 32

O 5 5s, 5p, 5d, 5f 2 + 6 + 10 + 14 32

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