BC0102: ESTRUTURA DA MATÉRIA

HIPÓTESE ATÔMICA

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Rodrigo Maghdissian Cordeiro

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Estados da matéria

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O conceito de átomo antecede a ciência moderna:

Origem na antiga Grécia

Discussão da divisibilidade de matéria

A partir do século XVII – avanços da ciência na explicação de fenômenos naturais – metodologia científica

Hipótese Atômica

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A incerteza na medida• Todas as medidas científicas estão sujeitas a erro.

• Esses erros são refletidos no número de algarismos informados para a medida.

Precisão e exatidão• As medidas que estão próximas do valor ―correto‖ são exatas.

• As medidas que estão próximas entre si são precisas.

Precisão e Exatidão de Medidas Experimentais

Hipótese na Antiquidade

No séc. V e III a.C., conjecturou-se que a matéria seria composta departículas minúsculas e indestrutíveis que caminham no vazio(vácuo).

O filósofo grego Demócrito no século VI a. c. propôs a hipótese deque a matéria é composta de átomos, partículas muito pequenas,indivisíveis, indistingüíveis e eternas. As diferentes propriedades damatéria viriam dos diferentes tipos de arranjos que essas partículasfariam para compor o objeto.

Demócrito Leucipo EpicuroOs átomos de

Várias formas

Hipótese na antiquidade

As substâncias, como a água ou o ferro, seriam formadas de átomos idênticos, porém eles teriam

formas diferentes para substâncias diferentes.

Conceito de elementosAté o século XVII preveleceu a ideia dos 4 elementos primordiais:

ÁguaFogoTerra

Ar

Folha de papel: terra, pois a folha cai caso seja solta; um pouco de

água, o que a torna maleável; e, de fogo, pois sua cor é branca.

Conceito de elementos

Boyle define elementos como sendo certos corpos não formados por quaisquer outros corpos, ou seja, são ingredientes dos quais

todos os corpos são feitos.

Conceito de elementos

Lavoisier classifica os elementos

Döbereiner DeterminouOutros Elementos

Origens da teoria atômica e da química:

Evolução da química: estudos qualitativos ciência exata, estudos quantitativos.

Desenvolvimento da Teoria Atômica

Século XVIII – contribuição de Lavoisier – sistematização e quantificação da química.

Lavoisier: Um elemento químico é a menor porção de uma substância que ainda apresenta as mesmas propriedades químicas e não pode ser subdividido e outros elementos.

Bases Experimentais para a Teoria Atômica

1) Lei da conservação das massas

2) Lei das proporções definidas

3) Lei das proporções múltiplas

Lei da Conservação de Massas

A massa total é a mesma antes e após uma reação química. – “Nanatureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma”.

A conservação de massas é compatível com a idéia de que amatéria é composta por unidades básicas (átomos), que não sãocriados e nem destruídos durante uma transformação química, esim apenas rearranjados.

CH4 + 2 O2 —→ CO2 + 2 H2O

Lei das Composições Definidas

Todas as amostras puras de um dado composto, independente desuas origens, contém as mesmas massas relativas de cadacomponente elementar.

proporções em termos de massa na água:

11,1 % de hidrogênio + 88,9 % de oxigênio

O fato de as composições das substâncias serem bem definidas écompatível com a idéia de que elas são compostas por átomos dediferentes tipos. Diferentes átomos combinam-se em proporçõesdefinidas e cada tipo de átomo possui uma massa característica.

Lei das Proporções Múltiplas

Se dois elementos formam mais de um composto, então osdiferentes pesos de um deles que se combinam com o mesmopeso do outro guardam entre si uma razão de números inteirossimples.

Exemplo: Oxigênio e enxofre formam dois compostosbinários com peso O/peso S =1 num e peso O/peso S =1,5(2/3). De fato, os compostos são SO2 e SO3,respectivamente.

Modelo Atômico de Dalton (1808)

Toda substância é composta de pequenas partículas chamadas átomos (modelo de esferas indivisíveis).

Todos os átomos de um mesmo elemento apresentam as mesmaspropriedades. Átomos de diferentes elementos químicos têmpropriedades químicas diferentes.

Durante uma reação química, nenhum átomo de determinadoelemento desaparece ou se transforma em um átomo de outro elemento.Os átomos apenas se reagrupam (lei da conservação de massas).

Formam-se substâncias compostas quando se combinam átomosdistintos de mais de um elemento. Em um dado composto químico, osnúmeros relativos de átomos dos seus elementos são definidos econstantes; podem expressar-se como inteiros ou frações simples (leidas proporções definidas e múltiplas).

Lei das combinações volumétricas

Mantendo a temperatura e a pressão sobre volumes de gases, temos a lei

de Gay-Lussac: Os volumes de gases que se combinam nessas

condições guardam entre si proporções simples.

1m³ de gás hidrogênio + 1m³ de gás oxigênio1m³ de gás nitrogênio + 3m³ de gás hidrogênio1m³ de gás hidrogênio + 1m³ de gás cloro

=2m³ de vapor de água=2m³ de vapor de amônia=2m³ de cloreto de hidrogênio

Em estudos com gases, observou-se que a massa contida num certo volume de gás oxigênio era igual a cerca de 16

vezes a massa contida no mesmo volume de gás hidrogênio.

Hipótese de Avogadro: “Tem que ser admitido que uma relação muito simples também existe entre os volumes de substâncias gasosas e o número de moléculas simples ou compostas que as constituem. A primeira hipótese a se apresentar em relação a isso, e aparentemente a única admissível, é a suposição de

que o número de moléculas integrantes em qualquer gás é sempre o mesmo para volumes iguais ou é sempre

proporcional ao volume”.

Avogadro, A. Citado em Partington, J.R. A History of Chemistry: London: MacMillan, 1964, v. 4, p. 214.

Amedeo Avogadro (1811) – Hipótese de Avogadro

Lei dos Gases (Equação dos gases ideais)

• Considere as três leis dos gases.

• Podemos combiná-las em uma lei geral dos gases:

• Lei de Boyle:

• Lei de Charles:

• Lei de Avogadro:

Por quê??

O volume molar de uma substância é o volume ocupado por um mol (um certo número particular) de moléculas desta

substância!!

Lei de Avogadro

Relação entre Volume e Quantidade de Matéria para Gases Ideais:

Quantidade de Matéria e o Conceito de Mol

1 mol de átomos = 6,02 × 1023 átomos

constante de Avogadro

Unidades Básicas do Sistema Internacional

1 mol de Átomos de Diversos Elementos

1 mol de átomos = 6,02 × 1023 átomos

Número de grãos de areia numa quadra de vôlei de praia: ~ 5 × 1011

C12 g

S32 g

Pb207 g

Hg201 g

Cu64 g

Estequiometria

Relações de massa entre os componentes de uma reação química:

CONSERVAÇÃO DE MASSA

CH4 + 2 O2 —→ CO2 + 2 H2O

1 mol 2 mol 1 mol 2 mol

16 g 2 × 32 g 44 g 2 × 18 g

massa dos reagentes: 80 g massa dos produtos: 80 g

Elemento Químico: Conceito Atual (IUPAC)

1. Espécie de átomos, todos os átomos com o mesmo número de prótons no núcleo.

2. A substância química pura constituída por átomos com o mesmo número de prótons no núcleo. Às vezes, este conceito é chamado de ―substância elementar‖, distinta do conceito de elemento químico tal como definido no ítem 1. Usualmente, o termo elemento químico é usado para ambos os conceitos.

Substância Química

Matéria de composição constante, caracterizada pelas entidades (moléculas, unidades de fórmula, átomos) de que é constituída. Propriedades físicas, como densidade, índice de refração, condutividade elétrica, ponto de fusão, etc caracterizam a substância química.

Substâncias simples: formadas por átomos do mesmo elemento.

Substâncias compostas: formadas por dois ou mais elementos

Formada por duas ou mais substâncias, cada uma delas sendo

denominada componente.

Como as misturas apresentam composição variável, têm

propriedades — como ponto de fusão, ponto de ebulição,

densidade — diferentes daquelas apresentadas pelas

substâncias quando estudadas separadamente.

Mistura

Conceito de Mistura

Composição do ar:

• gás nitrogênio (N2) = 78%;

• gás oxigênio (O2) = 21%;

• gás argônio (Ar) = 1%;

• gás carbônico (CO2) = 0,03%.

Imagens: Química — volume único, João Usberco e Edgard Salvador, Saraiva - 5ª ed. reform.

Tipos de misturas

Fase: cada uma das porções que apresenta aspecto visual

homogêneo (uniforme), o qual pode ser contínuo ou não,

mesmo quando observado ao microscópio comum.

Tipos de misturas

Mistura homogênea: toda mistura que apresenta uma única fase

As misturas homogêneas são chamadas soluções.

Alguns exemplos: água de torneira, vinagre, ar, álcool

hidratado, pinga, gasolina, soro caseiro, soro fisiológico e

algumas ligas metálicas.

Além dessas, todas as misturas de quaisquer gases são

sempre misturas homogêneas.

Tipos de misturas

Mistura heterogênea: toda mistura que apresenta pelo menos duas fases

Alguns exemplos: água e óleo, areia, granito, madeira,

sangue, leite, água com gás.

As misturas formadas por n sólidos apresentam n fases,

desde que estes sólidos não formem uma liga ou um cristal

misto.

Tipos de misturas

Mistura heterogênea: toda mistura que apresenta pelo menos duas fases

Imagens: Química — volume único, João Usberco e Edgard Salvador, Saraiva - 5ª ed. reform.

Soluções versus Emulsões

açúcar + água: moléculas individuais dispersasno solvente

óleo + sabão + água: aglomerados de moléculas de óleo (pequenas gotas) dispersas em água

tamanho das partículas: ordem de 0,1 – 1 nm(moléculas pequenas)

tamanho das gotas: ordem de 50 nm – 1 m

Efeito Tyndall

SOLUÇÃOEMULSÃO

Efeito Tyndall

espalhamento de luz