QUÍMICA GERAL / QUÍMICA TECNOLÓGICA ESTRUTURA ATÔMICA

Professora: Cíntia Helena de FreitasQuímica Licenciada - UIT

Ms. Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais - CDTN/UFMG

Estrutura Atômica

Matéria / Corpo / Objeto

• A Química é a ciência da matéria e das mudanças que ela sofre; • Há inter-relação entre a estrutura e as propriedades da matéria;• O comportamento físico e químico da matéria depende da maneira pela qual os átomos interagem e esta, por sua vez, depende de sua estrutura.

Funcionamento Químico

1) Nível macroscópico: trata das propriedades de objetos grandes e visíveis;

2) Nível microscópico: trata de um submundo de mudanças que não se pode ver diretamente;

3) Nível simbólico: trata da descrição dos fenômeno químicos por meio de símbolos químicos e equações matemáticas;

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História do Modelo Atômico

Modelo Atômico de Dalton: foi baseado na proposição de que os átomos são indivisíveis, imutáveis, e aparentemente sem estrutura (neutralidade), e este foi sucesso na explicação de muitas das características de transformações químicas.

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História do Modelo Atômico

Modelo Atômico de J. J. Thomson: é proposto, no século XIX, que o átomo é constituído de uma esfera positiva grande e difusa, no qual os elétrons estão distribuídos homogeneamente. Esta conclusão foi originada de experimentos com tubos de Crookes que mostraram partes positivas e negativas dos átomos, sendo esta última denominada elétrons.

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História do Modelo Atômico

Modelo Atômico de Rutherford: é proposto, entre 1890 e 1904, que o átomo consiste em um minúsculo núcleo, que contém toda a carga positiva e quase toda a massa do átomo, rodeado pelos elétrons. Este modelo é ainda considerado essencialmente correto. O experimento que levou a esta conclusão foi realizado por três cientistas e, o resultado evidenciou o átomo nuclear.

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História do Modelo Atômico

Modelo Atômico de Bohr: o modelo de Rutherford aumentou a dúvida sobre a localização e movimento dos elétrons no átomo. De acordo com a física clássica, seria de esperar que os átomos entrassem em colapso e, assim deixassem de existir. No entanto este modelo aponta que a física clássica falha ao descrever o movimento e outras propriedades de partículas muito pequenas e, atribuindo conceitos da física quântica, Bohr postulou a existência de níveis de energia eletrônica quantizada. O conceito de quantização de energia eletrônica é ainda considerado essencialmente correto, embora suas ideias sobre órbitas não o sejam.

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História do Modelo Atômico

Modelo de Chadwick: embora, no modelo de Rutherford, os prótons contivessem toda a carga do núcleo, eles sozinhos não podem compor sua massa. O problema da massa extra foi resolvido quando, em 1932, o físico inglês J. Chadwick, descobriu uma partícula que tinha aproximadamente a mesma massa de um próton, mas não era carregada eletricamente. Por ser a partícula eletricamente neutra, denominou-se nêutron. A exceção é o núcleo de muitos isótopos comuns de hidrogênio que contém um próton e nenhum nêutron.

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O Átomo Moderno Para o modelo atual do átomo acredita-se que o átomo seja composto de duas regiões: (1) o núcleo minúsculo compreendendo toda a carga positiva e os nêutrons, contendo praticamente toda a massa do átomo, e (2) uma região extranuclear, a eletrosfera, que é principalmente um espaço vazio, onde estão distribuídos os elétrons.Com o surgimento da física quântica,

e a incerteza de localizar o elétron em seu orbital, um novo modelo se baseia em dois princípios:1) Princípio da Incerteza de Heisenberg: é impossível determinar com precisão a posição e a velocidade de um elétron num mesmo instante;2) Princípio da Dualidade da Matéria de Louis de Broglie: o elétron apresenta característica DUAL, ou seja, comporta-se como matéria e energia sendo uma partícula-onda.

Estrutura Atômica

O Átomo Moderno

Hoje  é sabido que o átomo é constituído por um núcleo rodeado por elétrons que se movem em uma alta velocidade de formas circulares que correspondem ao seu valor energético (orbitais). A nuvem atômica é uma estrutura tridimensional que resulta da fusão das formas próprias das orbitais ocupadas e das suas interações. Corresponde a uma porção do espaço, à volta do núcleo, onde os elétrons se movem.

Direção de movimento dos elétrons

Material Complementa

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Sobre o modelo atual ainda há várias lacunas que ainda devem ser explicadas como o surgimento dos Bósons, Leptons, Quarks, etc..., recomendo para as pessoas que estão interessada em  aprofundar o conhecimento sobre este universo complexo a leitura sobre Química e Física Quântica.

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Estrutura Atômica

Representação Eletrônica

 

Nível Camada Nº máximo de elétrons

Subníveis conhecidos

1º K 2 1s2

2º L 8 2s2  2p6

3º M 18 3s2 3p6 3d10

4º N 32 4s2 4p6 4d10 4f14

5º O 32 5s2 5p6 5d10 5f14

6º P 18 6s2 6p6 6d10

7º Q 8 7s2 7p6

A quantização de energias eletrônicas pode ser descrita em termos de orbitais, discretos e que são níveis de energia (as camadas do átomo).

Estrutura Atômica

Representação Eletrônica

Estrutura Atômica

Representação Eletrônica Os orbitais são agrupados em subcamadas (s, p, d, f, ....) que

são por sua vez agrupados em camadas (K, L, M, N, O, P, Q).

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Representação Eletrônica

Cada orbital pode conter no máximo dois elétrons, com spins antiparalelos e, a atribuição detalhada dos elétrons num átomo para estes orbitais, subcamadas e camadas é chamada configuração eletrônica do átomo.

As configurações no estado fundamental são aquelas em que cada elétron tem a mais baixa energia possível, e podem ser previstas com considerável exatidão para muitos elementos seguindo modelo de distribuição.

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Representação EletrônicaDiagrama de Energia ou Diagrama

de Linus Pauling

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Números QuânticosA cada elétron num átomo podem ser atribuídos os valores dos quatro números quânticos: n, l, m e s. Ao especificar estes valores para um elétron, determinamos a camada, a subcamada, o orbital e o spin do elétron. De acordo com o princípio da exclusão de Pauli, não podem existir num átomo dois elétrons que tenham o mesmo conjunto de números quânticos.

Exemplo: consideremos o átomo de escândio que possui 21 elétrons, vejamos qual será o conjunto de números quânticos que irá representar o seu elétron mais energético.

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Referências Bibliográficas

•RUSSEL, J.B. Química Geral. São Paulo: Makron Books, 1994. V. 1 e 2 (540 R964q – 25ex)•ATKINS, P.; JONES, L. Princípios da Química. São Paulo: Bookman, 2001. (540 A874p- 10ex)•MAHAN, B.M. Química: um curso universitário. São Paulo: Edgard Blucher, 4 ed., 2002. (540 M214q – 15ex)