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QUIMICA GERAL
EVOLUÇÃO dos MODELOS ATÔMICOS
Os gregos antigos foram os primeiros a postular que a matéria é
constituída de elementos indivisíveis.
Os gregos perguntavam-se o que poderia acontecer se eles
dividissem a matéria em peças cada vez menores.
Haveria um ponto no qual teriam que parar porque os pedaços não
teriam mais as mesmas propriedades que o conjunto.
Os filósofos gregos fizeram uma suposição correta da existência do
átomo.
O Átomo
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Leucipo/Demócrito
(450 a. C.) A matéria era composta por partículas indivisíveis - Átomos
Tito Lucrécio Caro
(60 a. C.) Escreveu a obra De Rerum Natura (Sobre a natureza das coisas) o mundo teve o conhecimento exato das idéias de Demócrito.
Robert Boyle
(1627 - 1691) Defendeu as idéias de Demócrito em seu livro Sceptical chemist.
COTRIBUIÇÕES:
Lei dos Gases
Indicador colorido para ácidos
O enxofre
Efeito do vácuo no PE
Acetona
Isolamento do H
Provou que o ar é uma mistura
Estabeleceu o Conceito de
Elemento Químico
com base Experimental
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Lavoisier, Proust,
Dalton e Richter
(Século XVIII)
Leis Ponderais
Dalton
(1808)
Modelo da Bola de Bilhar: “O átomo é uma partícula maciça e
Indivisível” 1º Modelo Científico.
-Toda matéria é composta por partículas fundamentais – átomos
-Os átomos são permanentes e indivisíveis.
-Os elementos são caracterizados por seus átomos.
Thomson
(1897) O ÁTOMO É DIVISÍVEL.
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Lavoisier, Proust,
Dalton e Richter
(Século XVIII)
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)
Tito Lucrécio Caro
(60 a. C.)
Robert Boyle
(1627 - 1691)
Como chegou a essa conclusão?
Thomson (1897) O ÁTOMO É DIVISÍVEL.
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
1800 – Volta construiu a 1o pilha elétrica
1874 – Stoney admite que a eletricidade está associada a átomos em quantidades
discretas.
1891 – Stoney dá o nome de “elétron” à unidade de carga negativa.
O elétron seria o “átomo de eletricidade”.
1834 – Faraday com base em resultados experimentais, mostra que
uma transformação química podia ser causada pela passagem de
eletricidade através de soluções aquosas de compostos químicos.
Estas experiências demonstraram que a matéria possuía uma
natureza elétrica.
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Raios Catódicos
Essa experiência mostra que alguma coisa sai do Cátodo, por isso, chamada de
Raio Catódico.
Para produzir descargas elétricas em alto vácuo, utilizam-se tubos especiais denominados ampolas
de Crookes, com as quais se consegue reduzir a pressão interna até 10-9 atm (vácuo praticamente
perfeito).
Ao incidir sobre a tela fluorescente (ZnS), o feixe estreitado pelo
uso de um colimador incidirá na tela em forma de ponto luminescente.
Portanto, Crookes e os outros já estavam assistindo TV, sem saberem disso.
Na época em que Crookes, Lenard e Roentgen “brincavam” com
esses tubos em seus laboratórios, ninguém sabia o que eram os raios
catódicos.
Só alguns anos mais tarde o inglês J. J. Thomson, fazendo
modificações dentro de um plano sistemático, mostrou que eram feixes de
partículas ao modificar esses tubos introduzindo ao longo da passagem do
feixe um anteparo.
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Lavoisier, Proust,
Dalton e Richter
(Século XVIII)
Tito Lucrécio Caro
(60 a. C.)
Robert Boyle
(1627 - 1691)
Como chegou a essa conclusão?
Thomson (1897) O ÁTOMO É DIVISÍVEL.
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Thomson
(1897)
Observações sobre os raios catódicos
no tubo de Crookes
• São perpendiculares à superfície do cátodo.
• A direção não depende da posição do ânodo na ampola.
• Propagam-se em linha reta.
• São corpusculares, pois movimentam o molinete.
Willian Crookes – físico Britânico
Momento do Elétron - O experimento da roda de pás
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
• São desviados por um campo eletro magnético POSSUEM CARGA.
• Pelo sentido do desvio, Thompson concluiu que se tratavam de
“partículas”
negativas “ELÉTRONS DE STONEY”
Thomson
(1897) Observações no tubo de Crookes
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
A presença desses raios era melhor evidenciada ao se revestir a parte
frontal do tubo com um material fluorescente
J.J. Thomson (1856-1940) e o Tubo de raios catódicos por volta de 1897,
o ano em que foi anunciado a descoberta do eletron.
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
•Pela medida do desvio dos raios catódicos sob a ação de um campo magnético,
Thomson determinou o valor da relação e/m entre a carga do elétron (e) e sua
massa (m) e encontrou o valor: 1,76 x 108 C/g.
•Ele verificou que o valor de e/m era o mesmo, qualquer que fosse a natureza do
cátodo e do gás residual da ampola.
As partículas que emergem do cátodo tem as mesmas propriedades,
independente do material e do gás usado na ampola.
Logo, conclui-se que elas estejam presentes em toda matéria.
Thomson (1897)
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
O átomo de Thomson
A partir de 1890, ficou evidente
para a maioria dos cientistas que os
átomos consistem em uma parte
carregada positivamente e alguns
elétrons.
Em 1898, J. J. Thomson
sugeriu que todas essas espécies
carregadas eram encontradas em
uma esfera.
Ele apontou que isso levaria a
uma fácil remoção de elétrons.
Considere o seguinte experimento:
1. Gotas de óleo são borrifadas sobre uma chapa carregada positivamente
contendo um pequeno orifício.
2. À medida que as gotas de óleo passam através do orifício, elas são
carregadas negativamente.
3. A gravidade força as gotas para baixo. O campo elétrico aplicado força as
gotas para cima.
4. Quando uma gota está perfeitamente equilibrada, seu peso é igual à força
de atração eletrostática entre a gota e a chapa positiva.
Experiência de Millikan
Raios catódicos e elétrons
O experimento de Milikan (1908)
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
O experimento de Milikan (1908)
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Raios X
Moléculas do ar
Gotículas de óleo
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
O experimento de Milikan (1908)
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Raios X
Moléculas do ar
Gotículas de óleo
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
O experimento de Milikan (1908)
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e- Raios X
Peso Molécula do ar
Gotículas de óleo
O experimento de Milikan (1908)
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Fm
Peso
Gotícula suspensa e sempre carregada
com múltiplos de -1,6x10-19 Coulombs,
que corresponde à carga do e–.
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
O experimento de Milikan (1908)
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Thomson havia determinado o valor da relação e/m = 1,76 x 108 C/g.
Milikan então determinou que e = -1,6x10-19 C.
Com isso, m = 9,1x10-28 g.
A descoberta do próton
EVOLUÇÃO DOS MODELOS ATÔMICOS
Pergunta: Átomos possuem apenas elétrons?
Goldstein (1886) fez uma modificação no tubo de Crookes.
O cátodo perfurado foi montado no meio do tubo Crookes.
Observações:
Um fluxo incandescente saia da fenda em direção oposta ao ânodo.
Esse fluxo foi chamado de raio canal.
+
TUBOS DE RAIOS CANAIS
Uma vez constatado que a natureza elétrica dos tubos de raios
catódicos era negativa, havia que ser resolvido à questão concernente ao
princípio da conservação da neutralidade elétrica. Assim, deveria haver uma
quantidade de eletricidade positiva dentro do tubo de raios catódicos e que
fluiria no sentido oposto.
Assim, o gás residual que existia dentro do tubo deveria ser a fonte dessa
carga oposta (positiva). Para dar vazão a esse contra fluxo, seriam suficientes
pequenas perfurações no catodo e os feixes de cargas opostas atravessariam.
OBSERVAÇÕES E CONCLUSÕES:
•os raios canais são constituídos de partículas com carga positiva (íons
positivos) e, por isso, foram chamados raios positivos.
Isso foi verificado pelo desvio do feixe com a aproximação de um campo
eletro magnético.
OBSERVAÇÕES E CONCLUSÕES:
•a massa das partículas constituintes dos raios canais varia com o gás
residual e é aproximadamente igual à massa das moléculas do gás
residual.
O choque dos elétrons com as moléculas do gás gerava cátions dos
elementos que constituiam o gás. Ex. Se o gás fosse o Hidrogênio, havia a
formação de H+.
OBSERVAÇÕES E CONCLUSÕES:
• Quando o gás residual é o hidrogênio, os raios positivos obtidos são os
de menor massa.
É interessante lembrar que o H possui apenas um próton e um nêutron.
Essa observação será importante posteriormente.
• A massa das partículas constituintes dos raios positivos obtidos com o
hidrogênio como gás residual é 1836 vezes maior que a massa do elétron,
e a carga dessas partículas é igual à do elétron, com sinal contrário.
Uma vez conhecida a massa do elétron (9,1x10-28 g) têm-se a massa do
próton (1,67x10-24 g)
•Baseado nesses resultados experimentais, Rutherford admitiu que as
menores partículas com carga elétrica positiva eram as constituintes dos
raios positivos, quando o gás residual era o hidrogênio, e propôs o nome
de próton para a unidade de carga elétrica positiva.
•A carga de um próton seria totalmente neutralizada pela carga de um
elétron. Por outro lado, a massa de um próton seria 1836 vezes maior
que a de um elétron.
A descoberta do nêutron
Em 1920, o próprio Rutherford previu a existência, no núcleo, de
partículas sem carga elétrica e com massa igual à do próton, e deu-lhes o
nome de nêutrons.
Somente em 1932, Chadwick conseguiu obter essas partículas
através de experiências e, por isso, ele é considerado o descobridor dos
nêutrons.
Foram atribuídos os seguintes valores para as cargas e massas relativas dos
prótons, elétrons e nêutrons:
Partículas
Carga elétrica (Natureza
/ Valor relativo) Massa
relativa
Próton Positiva / + 1 1
Nêutron Não existe / 0 1
Elétron Negativa / - 1 1 /1836
A descoberta dos raios X (1895)
Os raios X foram descobertos por acaso, em 1895, por Röentgen.
Fazendo descargas em gases altamente rarefeitos em uma ampola de
Crookes totalmente envolvida por papel negro, Röentgen notou que uma
placa fluorescente colocada nas proximidades da ampola adquiria
luminescência.
A luminescência não podia ser causada pelos raios catódicos (elétrons),
porque eles não atravessam as paredes da ampola de Crookes.
Ela era causada por radiações invisíveis que atravessavam a ampola, o
papel negro e incidiam na placa fluorescente.
A experiência mostrava que essas radiações não tinham carga elétrica,
porque não eram desviadas pelo campo elétrico e magnético.
Röentgen não soube interpretar a natureza dessas radiações e por isso
denominou-as raios X.
A descoberta da radioatividade (1896)
Becquerel notou que um sal de urânio mantido no escuro e envolvido por
papel negro impressionava chapas fotográficas.
Isso evidenciava que o sal de urânio emitia radiações invisíveis, que
atravessavam o papel negro: eram, portanto, radiações do tipo dos raios X.
A essa propriedade Becquerel deu o nome de radioatividade do sal de
urânio.
Em 1898, o casal Curie começou suas pesquisas no campo da
radioatividade e descobriu dois novos elementos químicos, também
radioativos: o polônio e o rádio.
Em 1900, Becquerel mostrou que os raios eram idênticos aos
corpúsculos dos raios catódicos, portanto eram elétrons.
Nesse mesmo ano, Villard, na França, descobriu um terceiro tipo de
radiação emitida pelas substâncias radioativas, muito semelhante ao raio X,
à qual deu o nome de raio .
Em 1909, Rutherford provou que a partícula era um cátion de
hélio com carga +2 (He2+), cuja massa era aproximadamente 4 x 1836 vezes
maior que a do elétron.
A descoberta da radioatividade (1896)
A descoberta dos raios , e (1897 a 1900)
Um ano após a descoberta da radioatividade, Rutherford verificou
que as radiações emitidas pelo urânio eram de dois tipos, com diferentes
poderes de penetração.
As menos penetrantes foram chamadas raios e as mais
penetrantes, raios .
Rutherford verificou também que essas radiações podiam ser
separadas sob a ação do campo elétrico. Pelo sentido do desvio, verificou
que os raios são positivos e os raios são negativos.
Radioatividade
Um alto desvio no sentido da chapa
positiva corresponde à radiação carregada
negativamente e tem pequena massa. Esta
se chama radiação . (elétrons).
Nenhum desvio corresponde a uma
radiação neutra. Essa se chama radiação
. Consistindo de ondas de luz altamente
penetrantes e semelhantes aos raios X.
Um pequeno desvio no sentido da chapa
carregada negativamente corresponde à
radiação carregada positivamente e de
massa alta. Essa se chama radiação .
Partículas alfa são formadas de íons He2+.
O átomo de Rutherford
Em 1911, Rutherford executou o seguinte experimento:
Uma fonte de partículas foi colocada na entrada de um detector
circular.
As partículas foram lançadas através de um pedaço de chapa de
ouro.
A maioria das partículas passaram diretamente através da chapa,
sem desviar.
Algumas partículas foram desviadas com ângulos grandes.
Se o modelo do átomo de Thomson estivesse correto, o resultado de
Rutherford seria impossível.
O átomo de Rutherford-Marsden-Geiger
Explicações:
Para fazer com que a maioria das partículas passe através
de um pedaço de chapa sem sofrer desvio, a maior parte do átomo
deve consistir de carga negativa difusa de massa baixa: o elétron
Para explicar o pequeno número de desvios grandes das
partículas , o centro ou núcleo do átomo deve ser constituído de
uma carga positiva densa.
O átomo de Rutherford, Geiger e Marsden
(1911)
Obs.:
Esta idéia havia sido proposta pelo físico
H. Nagaoka em 1904.
Rutherford realizou cálculos detalhados que constatavam
suas observações experimentais.
Modelo de Thomson
O átomo de Rutherford
Modelo de Thomson
O átomo de Rutherford
Rutherford modificou o modelo de Thomson da seguinte
maneira:
O átomo é esférico mas a carga positiva deve estar localizada
no centro, com uma carga negativa difusa em torno dele.
•Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é
pequeno.
•A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo.
•Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo número
de prótons. Os isótopos têm mesmo número de prótons, mas números
diferentes de nêutrons.
•Os elétrons estão localizados fora do núcleo.
•Grande parte do volume do átomo se deve aos elétrons.
O átomo de Rutherford (1911):
•O átomo consiste de entidades positivas,
negativas e neutras (prótons, elétrons e
nêutrons).
EXERCÍCIOS
1) Faça uma comparação entre os modelos de Dalton, Thomson e
Rutherford e indique que falhas foram tornando tais modelos
incosistentes, ou seja, o que eles não conseguiam explicar que
resultou em declínio.
2) Um certo átomo tem raio 0,15 nm. Se seu núcleo tem um raio
de 1,5x10-6 nm, compare a densidade do núcleo com a do
átomo inteiro.
(O volume da esfera é 4/3r3; 1 nm = 10-9 m)
REPRESENTAÇÃO DO ÁTOMO MODERNO
O átomo é composto por :
PRÓTONS + NÊUTRONS + ELÉTRONS
A forma de representar um átomo é a seguinte:
X A
Z
Z = número atômico ou número de prótons
Z = p = e-
A = p + n
REPRESENTAÇÃO DO ÁTOMO
Exemplo:
B 10
5 C
12
6 N
14
7 O
16
8 F
19
9
Z = p = e– 5 6 7 8 9
A 10 12 14 16 19
n 5 6 7 8 10
n = A – Z
ISÓTOPOS
Os átomos de um mesmo elemento quimico
podem apresentar diferentes números de nêutrons
e, com isso, diferentes números de massa.
H 1
1 H 2
1 H 3
1
O 16
8 O 17
8 O 18
8
U 234
92 U 235
92 U 236
92
ISÓTOPOS
As porcentagens dos isótopos é determinada em um espectrômetro de
massa. Nesse equipamento, os átomos são bombardeados para formar
cátions e acelerados até uma placa. Ao passar pelo campo magnético, os
cátions são desviados de acordo com sua massa. Quanto maior a massa,
maior a inércia e menor o desvio.
Ex.: Resultado Típico de um Espectrômetro de Massa
Observe o gráfico retirado de um espectrômetro de massa.
a) Quantos isótopos o gráfico representa?
b) Qual a abundância isotópica de cada isótopo?
c) Qual a massa atômica desse elemento?
d) Qual poderia ser o elemento da tabela periódica que melhor
simboliza o elemento do gráfico?
Ex.: Resultado Típico de um Espectrômetro de Massa
a) Quantos isótopos o gráfico representa? 10X; 11X; 12X
b) Qual a abundância isotópica de cada isótopo? 10X – 35%; 11X – 10%; 12X – 55%
c) Qual a massa atômica desse elemento?
MA = 35%(10) + 10%(11) + 55%(12) = 11,2 u
d) Qual poderia ser o elemento da tabela periódica que melhor simboliza o
elemento do gráfico?
Boro(?)
X A
Z
ISÓTOPOS
As proporções dos elementos químicos são determinadas pelo
espectrômetro de massa.
Vejamos o seguinte exemplo:
Na natureza o cobre aparece nas seguintes proporções:
Cu 63
Cu 65
69,09%
(62,93 u)
30,91%
(64,95 u)
ISÓTOPOS
A massa atômica (MA) é determinada pela média
ponderada dos números de massa (A) da seguinte maneira:
MA = 69,09%x(62,93u) + 30,91%x(64,95u) = 63,55 u
EXERCÍCIO 3
Calcule a massa atômica do Neônio sabendo que ele aparece na
natureza nas seguintes proporções:
Ne 20 Ne 21
90,92% 0,257%
Ne 22
8,82%
EXERCÍCIO 4
Calcule a massa atômica do Enxofre sabendo que ele aparece na
natureza nas seguintes proporções:
S 32 S 33
95,02%
(31,972 u)
0,75%
(32,972 u)
S 34
4,21%
(33,968 u)
S 36
0,02%
(35,967 u)
EXERCÍCIO 5
Rutherford propôs em seu modelo que o átomo teria uma
estrutura planetária. Então surgiu o seguinte dilema – O que
aconteceria se o elétron estivesse:
1 – parado
2 – em movimento
EXERCÍCIO 6
Sobre o experimento de Rutherford faça um desenho
esquemático indicando o que ele esperava com o experimento e o que
foi obtido.
Com base no experimento descreva como ele descreveu o átomo.
EXERCÍCIO 7
Indique o número de prótons, nêutrons e elétrons do O,
O2-, K, K+, Ba, Ba2+, Al, Al3+.
EXERCÍCIO 8
A massa de um próton é 1,007 u. Com base nessa
informação, calcule a massa em gramas de um mol de
prótons e de um próton apenas.
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