Professora: Ana Elisa B. Matias

UNIÃO EDUCACIONAL DO PLANALTO CENTRALFACULDADES INTEGRADAS DA UNIÃO EDUCACIONAL DO PLANALTO CENTRAL

Introdução

O estudo da estrutura atômica éfundamental na Química Inorgânica.

Historicamente, a teoria atômica modernavai do descobrimento do átomo até odesenvolvimento dos diversos modelospropostos.

Nesta aula, iremos abordar o surgimento daTeoria Atômica e sua evolução até osconceitos atualmente aceitos.

Histórico Demócrito de Abdera (460 - 370 a.C.):

Demócrito e outros filósofos gregosespeculavam sobre a natureza damatéria fundamental da qual o mundoera feito.

O mundo material deveria ser constituído departículas indivisíveis muito pequenas, chamadasátomos.

Átomo = indivisível.

Teoria Atômica de Demócrito:

Toda matéria se subdivide em átomos indestrutíveis.

Cada espécie da matéria é constituída por átomosiguais.

Os átomos estão em contínuo movimento.

Os átomos se diferem em forma, tamanho e massa.

Teoria Atômica de Demócrito:

As idéias de Demócrito, para alguns filósofos, eram um absurdo, "pois como iria existir algo indivisível?".

Um dos filósofos que rejeitou o modelo de Demócrito foi Aristóteles, um dos maiores pensadores filosóficos de todos os tempos.

Aristóteles afirmava que a matéria era contínua, ou seja, a matéria vista como um "todo inteiro", nãosendo constituída por partículas indivisíveis.

Enfim, o modelo aceito pela maioria até o final do século 16 não foi o de Demócrito e Leucipo, mas sim o de Aristóteles, o modelo da matéria contínua.

A Teoria dos Quatro Elementos:

Aristóteles (384 - 322 a.C.) e Empédocles (490 - 430a.C.) formularam a hipótese de que não poderia haverpartículas indivisíveis.

Aristóteles defendia que existiam quatro elementos apartir do qual todos as coisas eram formadas:

• Ar, Terra, Fogo e Água.

• Os elementos eram unidos ou separados através deduas forças: o amor e o ódio.

Segundo Aristóteles, o elemento era uma matériaprimordial.

O domínio da filosofia de Aristóteles na culturaocidental e aceitação na igreja enfraqueceram a visãoatômica da matéria durante vários séculos.

Teoria Atômica de Aristóteles:

Alquimia:

Se todas as coisas eram misturas de quatro elementos,então seria possível transformar qualquer coisa a partirda mistura desses elementos (transmutação):

• Por exemplo, transformar metais inferiores em ouroou prata.

Alquimia greco-egípcia (III - I a.C.):

• Conhecimento por revelação.

Alquimia Chinesa:

• Prolongamento da vida: Huan K’uan, 73 - 49 a.C.

• Esoterismo (e.g., Yin Yang, etc.).

Alquimia islâmica (séc. VIII - XIII):

• Jabir (720 - 815) e Ar Razi (865 - 932).

• Pedra Filosofal: objeto que poderia aproximar ohomem de Deus e transmutar qualquer metalinferior em ouro.

Alquimia Medieval Européia:

• Roger Bacon (1220 - 1292):

• Descrição detalhada da pólvora.

• Paulus de Tarento ou Geber (Séc. XIV):

• Obtenção do ácido nítrico.

• Hennig Brand (1630 - 1710):

• Descoberta do fósforo.

Brand tentou obter ouro a partir da urina:

• A urina contém Na3PO4 e

• compostos de C.

• Sob forte aquecimento os átomos de O dofosfato reagem com coque formado doscompostos de C para produzir CO e Pelementar gasoso que condensa em ~280 °C esolidifica abaixo de ~44 °C.

Através dos alquimistas, diversos processos foramdesenvolvidos e aperfeiçoados (e.g., destilação,filtração, decantação, titulação, etc.).

Além disso, houve a criação de vidrarias, peças demetal, explosivos, bebidas e a preparação dediversos compostos:

• Álcool, HNO3, HCl, H2SO4, KNO3, etc.

A parte prática da alquimia foi um dos fatoresessenciais no desenvolvimento da química comociência independente.

“São pacientes, assíduosE perseverantesExecutamSegundo as regras herméticasDesde a trituração, a fixaçãoA destilação e a coagulação...”

Os Alquimistas Estão Chegando

Jorge Ben Jor

https://www.letras.mus.br/jorge-ben-jor/https://www.letras.mus.br/jorge-ben-jor/

A discussão sobre os átomos ressurgiu na Europa noséculo XVII, quando os cientistas tentaram explicar aspropriedades dos gases:

Robert Boyle (1627 - 1691), Joseph Priestley (1733 -1804) e Antoine Lavoisier (1743 - 1794):

• Descoberta do oxigênio.

• Lei da Conservação da Massa: “a massa total dosmateriais presentes depois da reação química éigual à massa total antes da reação”.

No início do século XIX, os químicos já haviamdescoberto cerca de 30 elementos.

Dalton 1.808

Postulados de Dalton:

1- Toda matéria é formada por entidades extremamente pequenas, os átomos.

2- Os átomos são indivisíveis.

3- Átomos de um determinado elemento são idênticos, quanto a massa e quanto as suas propriedades enquanto átomos de elemntos diferentes são diferentes.

• Cada elemento é composto de átomos.

• Todos os átomos de um dado elemento são idênticos; osátomos de diferentes elementos são diferentes e têmdiferentes propriedades (e também diferentes massas).

• Os átomos de um elemento não se convertem em diferentestipos de átomos por meio de reações químicas; os átomosnão são criados nem destruídos nas reações químicas.

• Os compostos são formados quando átomos de mais de umelemento se combinam; um determinado composto temsempre o mesmo número relativo dos mesmo tipos deátomos.

Postulados da Teoria Atômica:

Analisando o modelo de Dalton hoje, nota-se um equívoco:

Postulados de Dalton

todos os átomos de um elemento são idênticos

ou seja, os átomos de um mesmo elemento químico

são iguais entre si até as suas próprias massas

o que não é verdade, por que hoje

sabe-se da existência dos isótopos

Semelhança Atômica

Número Atômico (Z): quantidades de prótons.

Z = p = e

Número de Massa (A): a soma das partículas que constitui

o átomo.A = Z + n + e

A = Z + n

REPRESENTAÇÃO DE UM ÁTOMO

ISÓTOPOS: mesmo número de prótons.

ISÓBAROS: mesmo número de massa.

ISÓTONOS: mesmo número de nêutrons.

Semelhança Atômica

ISOELETRÔNICOS: mesmo número de elétrons.

ÍONS: são átomos que ganharam ou perderam

elétrons

1) Átomos isótopos diferem quanto

a) às configurações eletrônicas.

b) às posições, na classificação periódica.

c) aos números atômicos.

d) aos números de elétrons.

e) aos números de nêutrons.

Exercícios:

2) Um elemento químico é caracterizado por seu:

a) número de nêutrons.b) número atômico.c) número de elétrons.d) número de massa.e) lugar na tabela periódica.

Exercícios:

Exercícios:

3) O íon 19k39+ possui:

a) 19 prótons.

b) 19 nêutrons.

c) 39 elétrons.

d) número de massa igual a 20.

e) número atômico igual a 39.

4) É INCORRETO afirmar que o ânion monovalente 9F19 1- apresenta:

a) número de massa igual a dezenove.b) dez nêutrons.c) dez partículas com carga negativa na

eletrosfera.d) nove prótons.e) um número de elétrons menor que o cátion

trivalente 27A113 3+.

Exercícios:

Os números atômicos, de massa e de nêutrons de um átomo são expressos respectivamente por (6x + 10), (5x) e (3x – 22). Determine o número de prótons e massa desse átomo.

Desafio:

Raios Catódicos e Ampola de Crookes

Raios catódicos pode ser compreendido como sendo um feixe de partículas carregadas de carga elétrica negativa.

Imaginemos uma experiência:

Consideremos um tubo de vidro contendogás no seu interior e munido de dois eletrodos.Quando o tubo contém gás sob pressão normal,verifica-se que não há descarga elétrica no seuinterior (não há emissão de luz), mesmo quando

aplica nos eletrodos uma diferença de potência da ordem de 104 volts ( 10.000 volts ).

Rarefazendo-se progressivamente, ou seja, diminuindo-se a pressão progressivamente no gás, por

meio de bomba de vácuo, até atingir a pressão da ordem de 10 mmHg, aparece um fluxo luminoso partindo do cátodo e dirigindo-se ao ânodo.

Raios Catódicos e Ampola de Crookes

Continuando a rarefação ( diminuindo a pressão sob o gás ) até atingir aproximadamente 1 mmHg, a luminosidade

passa a diminuir. Quando a pressão for da ordem de 10-2 mmHg, desaparecerá o feixe luminoso, permanecendo

apenas uma mancha luminosa na parede do tubo oposta ao cátodo.

Raios Catódicos e Ampola de Crookes

Esta experiência mostra que "alguma coisa" sai do cátodo, sendo por isso chamada de raio catódico.Para produzir descargas elétricas em alto vácuo, utilizam-se tubos especiais denominadosampolas de Crookes, com as quais se conseguereduzir a pressão interna ( rarefazer ) até 10-9 atm ( vácuo praticamente perfeito ).

TUBO DE TV CONVENCIONAL

1: Canhões de elétrons e lentes eletrônicas de

focalização

2: Bobinas defletoras (deflexão eletromagnética)

3: Anodo de alta tensão

4: Máscara de sombra

5: Detalhe da matriz de pontos coloridos RGB

(vermelho, verde, azul)

THOMSON:

Pudim de ameixas.

* Conseguiu mostrar a existência de cargas elétricas (positivas e negativas) em um átomo.

Em meadas do século XIX, descobriu-se que em baixas pressões os

gases podiam tornar-se condutores:

A partir desses princípio começou-se a se trabalhar com gases a pressões reduzidas e submetidas a campo elétrico, isso permitiu a identificação de existência de cargas negativas:

• Elétron: Partícula subatômica de carga negativa

Portanto se existe partícula negativa e o átomo é eletricamente neutro, também existe partículas de carga positiva;

• Próton: partícula subatômica de carga positiva

Então, Thomson propôs que o átomo era uma esfera de cargas positivas na qual estaria incrustadas algumas cargas negativas.

Joseph John Thomson (1856 - 1940):

Tubo de raios catódicos: descoberta do elétron.

Em 1897, Thomson determinou que a proporçãocarga-massa de um elétron é -1,76 x 108 C/g.

Robert Andrews Millikan (1868 - 1943):

Descoberta da carga e da massa do elétron.

Millikan determinou que a carga no elétron era -1,60 x 10-19 C, conhecendo a proporção carga-massa, -1,76 x 108 C/g, Millikan calculou a massa do elétron: 9,10 x 10-28 g

A descoberta do próton

Goldstein 1886: Obteve os raios canais que se propagavam em sentido oposto ao dos raios catódicos

Esses raios canais são constituídos por partículas positivas denominadas prótons

RUTHERFORD:

*O átomo estaria dividido em duas regiões:

Núcleo (prótons e nêutrons) Eletrosfera (elétrons).

Porém como explicar a mobilidade das partículas e a condutividade elétrica?

Se o átomo fosse descrito pelo modelo de thomson:

• a maioria das partículas α(alfa)atravessariam a película sem sofrer desvio;

• a minoria sofreria mínimos desvios, isso porque as repulsões elétricas seriam fracas, já que as cargas elétricas estariam espalhadas por todo o átomo

Rutherford verificou que:

•Algumas partículas retrocediam;

•A maior parte das partículas atravessariam a partícula de ouro sem sofrer nenhum desvio;

•Algumas partículas atravessavam a película de ouro mas eram desviadas.

Através de seu experimento Rutherford concluiu:

O átomo é formado por um núcleo- região central, muito pequena, densa e carregada positivamente (Descoberta do núcleo).

E uma eletrosfera – região envoltória muito grande, pouco densa e carregada negativamente.

Então na região central estavam os prótons, enquanto os elétrons se movimentavam em torno desse núcleo (Sistema planetário).

• Descobriu-se ainda a existência do nêutron, de massa igual a do próton, mas sem carga elétrica.

• Os nêutrons afastam os prótons diminuindo as repulsões e viabilizando a estabilidade do núcleo.

Descoberta do nêutron

Existe um terceiro tipo de partícula no átomo, o nêutron, sem carga elétrica e com massa

praticamente igual à do próton. Os nêutrons foram previstos por RUTHERFORD em 1911 mas,

comprovados experimentalmente, somente em 1932, pelo inglês CHADWICK.

Em 1913, NIELS BOHR conseguiu adaptar o modelo de

Rutherford, resolvendo as principais críticas levantadas

a ele. Para entender esse novo modelo é necessário

entender o que é um espectro eletromagnético dentre outras coisas.

CRÍTICAS AO MODELO DE RUTHERFORD

O modelo de Rutherford sofreu muitas críticas na época em que foi elaborado. Uma delas foi a de que partículas com

carga negativa (os elétrons), em movimento, perdiam energia. Dessa maneira, as órbitas desses elétrons

iam diminuindo gradualmente até eles se chocarem com o núcleo,o que não

ocorre, evidentemente.

Espectro Eletromagnético

O que é um espectro:

Um espectro é um registo da radiação electromagnética.

Para se registar um espectro são necessárias:

uma amostra para estudo,

um prisma óptico (ou outro sistema de difracção),

equipamento para registo da intensidade de luz,

uma fonte de radiação ou de energia.

No nosso dia-a-dia, nos deparamos com vários tipos de ondas

eletromagnéticas. Algumas percebidas pelos nossos sentidos, como

a visão, outras não, mas todas exercem influência sobre os seres vivos.

ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO É O CONJUNTO DE TODAS AS

ONDAS ELETROMAGNÉTICAS EXISTENTES

ESPECTRO CONTÍNUO

É o espectro produzido tanto pela luz do sol como pela luz emitida

pelo filamento incandescente de uma lâmpada comum.

07m03an1

ESPECTRO DESCONTÍNUO

Quando um tubo contendo gás a baixa pressão, recebe uma des-

carga elétrica, ele emite luz. O espectro produzido por essa luz

é descontínuo e formado por uma série de linhas chamadas raias.

Compare os dois

espectros

contínuo

descontínuo

Os físicos daquela época chegaram à conclusão de que o espectro

descontínuo de cada elemento é característico

e serve para identificá-lo:

07z01an1

BOHR

*Explicação do átomo baseado na luz emitida por alguns elementos

quando aquecidos.

Uma das maiores contribuições de Bohr à ciência foi expli-

car porque os gases emitem ou absorvem radiação com determina-

dos comprimentos de onda, isto é, descontinuamente, e não numa

faixa contínua.

BOHR RELACIONOU AS LINHAS DO ESPECTRO DESCONTÍNUO

COM AS VARIAÇÕES DE ENERGIA DOS ELÉTRONS

CONTIDOS NOS ÁTOMOS DESSES GASES.

* O átomo é formado por um núcleo e níveis de energia quantizada ( onde estão os elétrons ), num total de sete.

07m07an2

07m15an1

A estabilidade do átomo nuclear• Elétrons estacionários em volta do núcleo

• Colapso por atração coulombiana

• Elétrons em órbitas planetárias ao redor do nícleo

• Equações de Maxwell prevê que cargas aceleradas emitem radiação

• Elétrons perderiam energia mecânica movendo-se em espiral até atingir o núcleo

• O espectro seria contínuo

EVOLUÇÃO DO MODELO ATÔMICO

Diagrama de níveis de energia do átomo de hidrogênio,

mostrando alguns dos níveis

estacionários de menor energia e

transições correspondentes às séries de Lyman, Balmer e Paschen.

Modelo Atômico de Sommerfeld (1.916)

Após o modelo de Bohr postular a existência de órbitas circulares específicas, definidas

Em 1.916 Sommerfeld postulou a existência de órbitas não só circulares, mas elípticas também.

Para Sommerfeld, num nível de energia n, havia uma órbita circular e (n-1) órbitas elípticas de diferentes excentricidades.

Por exemplo, no nivel de energia n = 4 (camada N), havia uma órbita circular e três órbitas elípticas. Cada uma das órbitas elípticas constitui um subnível, cada um com sua energia.

EVOLUÇÃO DO MODELO ATÔMICO

Efeito fotoelétrico: alguns materiais emitem elétrons quando irradiados com luz visível. Com a Luz movendo–se na forma de partículas denominadas fótons. Se a energia do fóton for suficientemente elevada ela pode remover

életron da superfície.

O modelo atômico atual, reserva alterações na eletrosfera do átomo e quantiza a energia de cada

elétron presente na eletrosfera.

1920 É demonstrado que partícula em movimento como os elétrons, comportavam-se em

alguns casos como ondas.

HEISEMBERG: demonstrou que é impossível determinar ao mesmo tempo a posição e a velocidade do elétron (PRINCÍPIO DA INCERTEZA).

LOUIS DE BROGLIE: demonstrou matematicamente o comportamento dualísta do elétron (partícula e onda).

EVOLUÇÃO DO MODELO ATÔMICO

1927 – Schrödinger Equação de função de onda para o elétron. Através

dessas equações conclui-se que existe uma região de grande probabilidade de se encontra um determinado elétron, esta região é chamada de orbital.

EVOLUÇÃO DO MODELO ATÔMICO

OBS: desta forma os elétrons passam a ocupar regiões, onde é máxima a probabilidade de estarem (ORBITAIS)

Estudo da eletrosfera atômica e da distribuição eletrônica.

Camadas eletrônicas ou Níveis de energia .

Através dos postulados de Bohr, evidenciamos que os elétrons estão dispostos ao redor do núcleo atômico descrevendo órbitas regulares em ordem crescente de energia.

Dessa forma podemos prever que os elétrons de maior energia encontram-se mais afastados do núcleo e os de menor energia estão mais próximos ao núcleo atômico.Sendo assim os elétrons estão distribuídos nos níveis de energia:

Camadas eletrônicas: K L M N O P Q

Nível: 1 2 3 4 5 6 7

Cada nível de energia comporta um determinado número de elétrons.

O número máximo de elétrons nas camadas ou níveis de energia é:

K L M N O P Q

2 8 18 32 32 18 8

Estudo da eletrosfera atômica e da distribuição eletrônica.

DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA

DISTRIBUIÇÃO ELETRONICA EM ORBITAIS:

PRINCIPIO DA EXCLUSÃO DE PAULIN: um orbital comporta no máximo dois elétrons com spins contrários.

REGRA DE HUND: em um mesmo subnível os orbitais são preenchidos de forma a obter o maior número de elétrons desemparelhados.

Modelo Atual ou Orbital

O elétron gira em torno do núcleo em região denominada

orbital, que comporta no máximo 2 elétrons

s = sharp = 2 elétrons (1 orbital)

p = principal = 6 elétrons (3 orbitais)

d = diffuse = 10 elétrons (5 orbitais)

f = fundamental = 14 elétrons (7 orbitais)