ESTRUTURA ATÔMICA DA MATÉRIA

1) MODELOS ATÔMICOS - O que é Modelo Atômico?

*Os modelos atômicos são teoria baseadas na experimentação feita por cientistas para explicar como é o átomo. *Modelos atômicos não são fixos, com o passar do tempo a ciência descobre novos fatos que irão completar, assim criando novos modelos.

Átomo = Indivisível(a = não e tomo = parte)

I – DALTON

- A teoria de Dalton explica várias leis simples de combinação química que eram conhecidas naquelas época, como: Lei da composição constante(Lei de Proust) – base do postulado 4 de Dalton; Lei da conservação da massa (Lei de Lavoisier ) – baseada no postulado 3 de Dalton. - Postulados de Dalton: 1 – Todas as substâncias são formadas por átomos 2- A massa é constante(átomos iguais, possuem massas iguais, átomos diferentes

possuem massas diferentes. 3 – Átomos não são criados, nem destruídos, são esferas rígidas indivisíveis. Nas reações químicas os átomos se recombinam. 4 – Átomos combinam-se numa proporção numérica para formar os compostos. - Idéia principal de Dalton sobre o átomo: A matéria é formada por átomos que são ESFERAS MACIÇAS E INDIVISÍVEIS. - ERROS DO MODELO DE DALTON: *Conhecemos partículas subatômicas(prótons, elétrons, e nêutrons). Atomos podem ser quebrados por fissão nuclear. *A massa atômica nem sempre é constante para um mesmo elemento químico(Isótopos possuem massas diferentes e Isobaros são elementos distintos que possuem a mesma massa).

II – THOMSON: -“Pai do elétron” -Consegue demonstrar que o átomo não é indivisível através da interpretação de experiências realizadas em um tubo de raios catódicos. - A partir da experiências com RAIOS CATÓDICOS , Thomson deduziu que havia partículas menores que os átomos(os ELETRONS). Estas partículas sob ação de um campo elétrico mostravam atração por cargas positivas o que evidenciava a carga negativa dos elétrons. Thomson imaginou que os elétrons estavam imersos em uma estrutura positiva. Este modelo ficou conhecido como “pudim de passas”. -Para Thomson, o átomo era uma esfera de carga elétrica positiva “recheada” de elétrons de carga negativa. Esse modelo ficou conhecido como “pudim de passas”. Este modelo derruba a idéia de que o átomo é indivisível e introduz a natureza elétrica da matéria. -A maior contribuição de Thomson foi a descoberta do elétron.

FALHAS DE THOMSON:*Acreditar que os elétrons estavam incrustados no núcleo do átomo. III – RUTHERFORD

- EXPERIMENTO DE RUTHERFORD: Ele pegou um pedaço do metal polônio (Po) que emite partículas alfa (α) e colocou em uma caixa de chumbo com um pequeno orifício. As partículas alfa atravessavam outras placas de chumbo através de orifícios no seu centro. Depois atravessavam um lâmina muito fina (10-4mm) de ouro (Au).

Rutherford adaptou um anteparo móvel com sulfeto de zinco (fluorescente) para registrar o caminho percorrido pelas partículas.

O físico observou que a maioria das partículas alfa atravessava a lâmina de ouro e apenas algumas desviavam até mesmo retrocediam.

A partir destes resultados, concluiu que o átomo não era uma esfera positiva com elétrons mergulhados nesta esfera. Concluiu que:

- o átomo é um enorme vazio;- o átomo tem um núcleo muito pequeno;- o átomo tem núcleo positivo (+), já que partículas alfa desviavam algumas vezes;- os elétrons estão ao redor do núcleo (na eletrosfera) para equilibrar as cargas positivas.

*Com a experiência, Rutherford notou que a maior parte do feixe seguia inalterada. Uma pequena parte desviava e algumas partículas não chegavam a penetrar a folha.Grande SUPRESA: O átomo possui um grande espaço vazio(já que grande parte atravessou). Rutherford também deduziu que a massa do átomo estava concentrada no núcleo. A experiência de Rutherford mostrou que a grande maioria das partículas alfa atravessaram a folha. Apenas algumas eram desviadas ou ricocheteavam. Assim os não poderiam ser maciços, pois as partículas alfa não conseguiriam atravessá-los.

-MODELO DE RUTHERFORD: O átomo apresenta um núcleo, onde se localizam as cargas positivas(prótons), e uma eletrosfera, onde se localizam as cargas negativas(elétrons). 1- O átomo não é maciço, apresentando mais espaços vazios do que preenchidos. 2- a maior parte da massa do átomo se encontra em uma pequena região central( que chamaremos de núcleo), onde estão os prótons. 3- ao redor do núcleo esta a eletrosfera(onde estão os elétrons, muito mais leves – 1836x – que os prótons). 4- Átomo comparado ao sistema solar. O núcleo central positivo, pequeno e denso, com elétrons girando em órbitas circulares ao seu redor, como planetas firam ao redor do sol.IMAGEM 01

IV – BOHR ou RUTHERFORD/BOHR

- O modelo do físico dinamarquês Niels Bohr tentava dar continuidade ao trabalho feito por

Rutherford. Para explicar os erros do modelo anterior, Bohr sugeriu que o átomo possui energia quantizada. Cada elétron só pode ter determinada quantidade de energia, por isso ele é quantizada. - O modelo de Bohr representa os níveis de energia. Cada elétron possui a sua energia. É comparado às orbitas dos planetas do Sistema Solar, onde cada elétron possui a sua própria órbita e com quantidades de energia já determinadas.  - POSTULADOS DE BOHR: 1 – Os elétrons descrevem órbitas circulares estacionarias ao redor do núcleo, sem emitirem nem absorverem energia. 2 – Fornecendo energia(elétrica, térmica...) a um átomo, um ou mais elétrons a absorvem e saltam para níveis mais afastados do núcleo. Ao voltarem as suas orbitas originais, devolvem a energia recebida em forma de luz(fenômeno observado, tomando como exemplo, uma barra de ferro aquecida ao rubro).

IMAGEM 2 :

*Quanto mais distante do núcleo, maior a energia do nível. Um elétron pode passar de um nível para o outro de maior energia, desde que absorva energia externa(ultravioleta, luz visível, inflavermelho, etc). A absorção de energia excita o eletron.

- Bohr organizou os elétrons em camadas ou níveis de energia.Cada camada possui um nome e deve ter um número máximo de elétron.Existem sete camadas ou níveis de energia ao redor do núcleo: K, L, M, N, O, P, Q. Observe a tabela que mostra o nome das camadas, o seu número quântico e o número máximo de elétrons em cada uma destas camadas:

  N° QUÂNTICO N ° MÁXIMO DE é

K 1 2

L 2 8

M 3 18

N 4 32

O 5 32

P 6 18

Q 7 2

V – MODELO ATUAL(ORBITAL)

- átomo -> Sistema eletricamente neutro -Constituição do átomo: *Possuem núcleo central de prótons e neutrons *Possuem uma região periférica onde se deslocam elétrons segundo níveis de energia característicos. -Particulas fundamentais do átomo: *Parte central: mais densa – NÚCLEO *Parte externa – ELETROSFERA -Atomo neutro : prótons = elétrons -ION : prótons ≠ elétrons -O elétron gira em orbitais esféricos e elípticos. -De acordo com o modelo de Rutherford-Bohr, o átomo apresenta níveis de energia ou camadas energéticas, onde cada nível possui um número máximo de elétrons. O número do nível representa o número quântico principal (n). Cada nível está dividido em subníveis de energia s, p, d, f. Representam o número quântico secundário ou azimutal (l).

SUBNÍVEL s P d f

NÚMERO QUÂNTICO 0 1 2 3

NÚMERO MÁX DE é 2 6 10 14

O subnível indica a forma da região no espaço onde está o elétron.As siglas s, p, d, f vem das palavras em inglês sharp, principal, diffuse e fine, respectivamente.

Número máximo de elétrons em cada subnível:

K = 1 ; 1s²L = 2 ; 2s²   2p6M = 3 ; 3s²  3p6 3d10N = 4 ; 4s²  4p6 4d10 4f14O = 5 ; 5s²  5p6 5d10 5f14P = 6 ; 6s²  6 p6 6d10 Q = 7 ; 7s²

O diagrama acima mostra a notação utilizada para indicar o número de elétrons em um nível e em um subnível.

Exemplos: 1s² - 2 é no subnível s do nível 1 (K)2p3  - 3 é no subnível p do nível 2 (L)5d6 – 6 é no subnível d do nível 5 (O)

Os orbitais são identificados pelo número quântico magnético (m). Indica a orientação desse orbital no espaço. Para cada valor de “l” (subnível), m assume valores inteiros que variam de – l ..., O,... +l

Assim:

s – 1p – 3d – 5f – 7

Cada orbital é representado simbolicamente por um quadradinho. Então eles podem ser assim:

-3 -2 -1 0 +1 +2 +3

Em cada orbital pode conter no máximo dois elétrons. Mas se os elétrons são cargas negativas, porque eles não se repelem e se afastam?Se os elétrons giram no mesmo sentido ou em sentido contrário, eles criam campo magnético que os repelem ou os atraem. Essa rotação é chamada de SPIN, palavra em inglês derivada do verbo to spin, que significa girar.

Observe a tabela entre as relações de massa das partículas fundamentais do átomo. Adota-se como padrão o próton com massa igual a 1:

PARTÍCULA MASSA CARGA ELÉTRICAp 1 +1

n 1 0

é 1/1836 -1

Note que a massa do elétron é 1.836 vezes menor que a do próton, por isso desconsidera-se a sua massa.

Camadas Eletrônicas / Níveis de Energia

Na eletrosfera, os elétrons giram em torno do núcleo ocupando o que chamamos de NÍVEIS DE ENERGIA ou CAMADAS ELETRÔNICAS. Cada nível possui um número inteiro de 1 a 7 ou pelas letras maiúsculas K,L,M,N,O,P,Q. Nas camadas, os elétrons se movem e quando passam de uma camada para outra absorvem ou liberam energia.

Quando um elétron salta para uma camada mais interna ele libera energia.Quando um elétron salta para uma camada mais externa ele absorve energia.A energia emitida é em forma de luz. Chamamos essa energia de “quantum” de energia. O “quantum” também é chamado de fóton.

Cada camada eletrônica pode conter certo número máximo de elétrons.

Observe a tabela:

NOME DA CAMADA NÍVEL Nº MÁX. DE É NA CAMADAK 1 2

L 2 8

M 3 18

N 4 32

O 5 32

P 6 18

Q 7 8

O número de camadas ou níveis de energia varia de acordo com o número de elétrons de cada átomo.

Em todo átomo (exceto o paládio – Pd) o número máximo de elétrons em uma camada K só suporta 2 elétrons.

A penúltima camada deve ter no máximo 18 elétrons.

Para os átomos com mais de 3 camadas, enquanto a penúltima não estiver com 18 elétrons, a última terá no máximo 2 elétrons.

Observe algumas distribuições:

H (hidrogênio) nº de é = 1       K=1

K (potássio) nº de é = 19         K = 2   L=8   M = 8  N = 1

Be (berílio) nº de é = 4             K = 2   L = 2

Zr (zircônio) nº de é = 40         K = 2    L = 8  M = 18   N = 10   O = 2

Número Atômico (Z)

Cada átomo possui o seu número atômico. Ele indica o número de elétrons e prótons do átomo. Se ele estiver com sua carga elétrica zero ele está neutro, ou seja, é um átomo neutro.

O número atômico é indicado pela letra (Z).

Número Atômico é o número de prótons e elétrons (átomo neutro) que existem no átomo.Exemplos:Na (sódio) Z=11He (hélio) Z=2V (vanádio) Z=23Br (bromo) Z=84Po (polônio) Z=84

Pode-se dizer que o número atômico é igual ao número de prótons do núcleo. Se o átomo for neutro, é igual ao número de elétrons também.

Z = p = é

Número de Massa (A)

Número de massa é o peso do átomo. É a soma do número de prótons (Z) e de nêutrons (n) que existem num átomo.

A = p + n       ou      A = Z + n

É este número que informa se o átomo é mais “leve” ou mais “pesado”. São os prótons e nêutrons quem dão a massa do átomo, já que os elétrons são muito pequenos, com massa desprezível em relação a estas partículas.

Exemplos:Na (sódio) A = 23Se o Na tem A = 23 e Z = 11, qual o número de n (nêutrons)?

A = 23Z = p = é     

A = p + n23 = 11 + nn = 12 

A partir do Z, temos o número de prótons e de elétrons do átomo. A partir da fórmula A = p + n, isolamos o n para achá-lo, substituindo o A e o p na fórmula. Então podemos utilizar também a fórmula:

n = A – p

Observe o modelo:a) K (potássio) A = 39Z = 19p = 19é = 19n = 20

Encontramos estes valores na Tabela Periódica dos Elementos. Toda tabela possui a sua legenda informando o número atômico e o número de massa. Aplicando a fórmula correta, conseguimos encontrar o valor de nêutrons.

EXERCICIOS – DISTRIBUIÇÃO ELETRONICA01-Faça a distribuição eletrônica em níveis de energia para os seguintes elementos:

a)      9F

b)       10Ne

c)       15P

d)      28Ni

e)      56Ba

02-(ITA-SP) No esquema a seguir, encontramos duas distribuições eletrônicas de um

mesmo átomo neutro:

A 1s2  2s2           B 1s2  2s1  2p1

A seu respeito é correto afirmar:

a)      A é a configuração ativada.

b)      B  é a configuração normal (fundamental).

c)      A passagem deA para B  libera energia na forma de ondas eletromagnéticas.

d)      A passagem de A para B  absorve energia.

e)      A passagem de A para B  envolve perda de um elétron.

03 - (UNI-RIO)“Os implantes dentários estão mais seguros no Brasil e já atendem às

normas internacionais de qualidade. O grande salto de qualidade aconteceu no processo

de confecção dos parafusos e pinos de titânio, que compõem as próteses. Feitas com ligas

de titânio, essas próteses são usadas para fixar coroas dentárias, aparelhos ortodônticos e

dentaduras, nos ossos da mandíbula e do maxilar.”

Jornal do Brasil, outubro 1996.

Considerando que o número atômico do titânio é 22, sua configuração eletrônica será:

a) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

b) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

c) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

d) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2

e) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6

04 - Utilizando o diagrama de Pauling, realize a distribuição eletrônica do elemento

tungstênio (W), cujo número atômico (Z) é igual a 74 e, posteriormente, forneça:

a)     A distribuição eletrônica em ordem de energia;

b)     A ordem geométrica;

c)     O número total de elétrons por camada;

d)     O número de elétrons no subnível mais energético;

e)     O número de elétrons no subnível mais externo.

_____________________________________________________________________________Respostas

Resposta Questão 1

a)      1s2  2s2  2p5

b)      1s2  2s2  2p6  

c)       1s2  2s2  2p6   3s2   3p3

d)      1s2  2s2  2p6   3s2   3p6  4s2  3d8

e)      1s2  2s2  2p6   3s2   3p6  4s2  3d10  4p6  5s2   4d10  5p6  6s2

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Resposta Questão 2

A alternativa correta é a “d”.

a)      Errada. A configuração A  é a configuração no estado fundamental e não a

ativada, pois os elétrons estão ocupando os subníveis de menor energia.

b)      Errada. A configuração B é a do estado ativado ou excitado e não a do

estado fundamental, pois os elétrons não estão ocupando os subníveis de menor

energia, um elétron do subnível 2s saltou para o 2p.

c)      Errada. A liberação de energia ocorre quando um elétron passa de um

estado de maior energia para um de menor energia, isto é do estado ativado para

o fundamental. Nesse caso ocorreu o contrário, ele passou de um sunível de

menor energia para um de maior energia.

d)      Correta. A configuração B foi obtida quando um elétron do subnível 2s

absorveu energia, saltando para o subnível 2p.

e)      Como se trata de um mesmo átomo, o número de elétrons é o mesmo (4

elétrons nos dois casos).

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Resposta Questão 3

a)      Incorreta. Só apresenta 15 elétrons distribuidos.

b)      Incorreta. Só apresenta 17 elétrons distribuidos.

c)      Incorreta. Só apresenta 20 elétrons distribuidos.

d)      Correta. Apresenta os 22 elétrons distribuidos.

e)      Incorreta. Apresenta 36 elétrons distribuidos.

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Resposta Questão 4

Distribuição eletrônica no diagrama de Pauling:

a)  1s2  2s2  2p6   3s2   3p6  4s2  3d10  4p6  5s2   4d10  5p6  6s2   4f14  5d4

b) 1s2  2s2  2p6   3s2   3p6  3d10  4s2  4p6  4d10  4f14    5s2  5p6  5d4    6s2

c) K = 2; L = 8; M = 18; N = 32 ; O = 12; P = 2

d) O subnível mais energético é sempre o último a receber elétrons no diagrama

de Pauling; logo, no átomo de tungstênio esse subnível é o 5d, apresentando 4

elétrons.

e) O subnível mais externo de um átomo é sempre aquele que se encontra mais

afastado do núcleo, ou seja, localiza-se na camada de valência. No tungtênio

temos 6 níveis de energia; logo, o subnível mais externo está localizado no nível 6

ou na sexta camada. Assim, os elétrons mais externos estão situados no subnível

6s, contendo 2 elétrons.