1 1

QUÍMICA I – 1QUÍMICA I – 100 SEMESTRE 2011 SEMESTRE 2011

AULA 6AULA 6

Profa. Dra. Luciana FariasProfa. Dra. Luciana Farias

1 2

Aula anterior:Aula anterior:

Idéias e Modelos atômicos: de Idéias e Modelos atômicos: de Demócrito até Rutherford.Demócrito até Rutherford.

1 3

Tópicos da aula:Tópicos da aula:

•O átomo: estrutura, símbolo, O átomo: estrutura, símbolo, fórmulas e equações. fórmulas e equações.

1 4

1.1. O pequeno núcleo, compreendendo toda a carga O pequeno núcleo, compreendendo toda a carga positiva e praticamente toda a massa do átomo.positiva e praticamente toda a massa do átomo.

2.2. A região extranuclear (o restante), composta de A região extranuclear (o restante), composta de elétrons.elétrons.

O modelo atual do átomo é um O modelo atual do átomo é um descendente direto do átomo de descendente direto do átomo de Rutherford:Rutherford:

1 5

Apesar do sucesso de Rutherford, na tentativa de explicar a Apesar do sucesso de Rutherford, na tentativa de explicar a estrutura do átomo, continuavam muitos aspectos por esclarecer. estrutura do átomo, continuavam muitos aspectos por esclarecer. Por exemplo, sabia-se que o hidrogênio continha um próton e o Por exemplo, sabia-se que o hidrogênio continha um próton e o hélio 2 prótons, mas a relação de massas não era de 2:1 mas sim hélio 2 prótons, mas a relação de massas não era de 2:1 mas sim de 4:1 (despreza-se a massa dos elétrons que é muito pequena de 4:1 (despreza-se a massa dos elétrons que é muito pequena comparada com a dos prótons).comparada com a dos prótons).

1 6

Atualmente, sabemos que o nêutron é uma das partículas Atualmente, sabemos que o nêutron é uma das partículas fundamentais que, juntamente aos prótons, formam o núcleo dos fundamentais que, juntamente aos prótons, formam o núcleo dos átomos. Ao redor destes últimos existem as nuvens de elétrons, as átomos. Ao redor destes últimos existem as nuvens de elétrons, as quais são responsáveis pela condução de corrente elétrica nos quais são responsáveis pela condução de corrente elétrica nos materiais condutores, por exemplo.materiais condutores, por exemplo.

James ChadwickJames Chadwick (1891 – 1974)(1891 – 1974)

prótonsprótons

elétronselétrons PrótonsPrótonsElétronsElétronsNêutronsNêutrons

núcleonsnúcleons

1 7

PROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS SUBATÔMICASPROPRIEDADES DAS PARTÍCULAS SUBATÔMICAS

PartículaPartícula SímboloSímbolo Unidade Unidade de Cargade Carga

CargaCarga MassaMassa

Elétron ee-- -1-1 -1,602x10-1,602x10-19-19 C C 9,109x109,109x10-31-31

Próton pp +1+1 +1,602x10+1,602x10-19-19 C C 1,673x101,673x10-27-27

Nêutron nn 00 00 1,675x101,675x10-27-27

1 8

•ELEMENTO QUÍMICOELEMENTO QUÍMICO

Hoje são conhecidos mais 100 elementos químicos, ou Hoje são conhecidos mais 100 elementos químicos, ou seja, mais de 100 átomos diferentes. Cada elemento tem seja, mais de 100 átomos diferentes. Cada elemento tem um nome e um símbolo. um nome e um símbolo.

1 9

•NÚMERO ATÔMICONÚMERO ATÔMICO

É representado por (Z), é usado para indicar o número de É representado por (Z), é usado para indicar o número de prótons contidos dentro do núcleo, esse número atômico prótons contidos dentro do núcleo, esse número atômico caracteriza o átomo, ou seja, não é possível a existência de dois caracteriza o átomo, ou seja, não é possível a existência de dois átomos diferentes com o mesmo número atômico.  átomos diferentes com o mesmo número atômico. 

Átomo de cloro: Z=17 Átomo de cloro: Z=17 Átomo de sódio: Z=11 Átomo de sódio: Z=11

1 10

•REPRESENTAÇÃO DO ÁTOMOREPRESENTAÇÃO DO ÁTOMO

A = massa do átomo.A = massa do átomo.Z = número atômico.Z = número atômico.

N – número de Nêutrons.N – número de Nêutrons.

Número de massa (A) é a Número de massa (A) é a soma de soma de prótons e nêutrons

do núcleo de um átomo, medida em

unidade de massa atômica, representado por u.m.a ou

simplesmente u.

1 11

•MASSA ATÔMICAMASSA ATÔMICA

* Para determinar a massa atômica, os * Para determinar a massa atômica, os cientistas precisavam de algo que pudesse ser cientistas precisavam de algo que pudesse ser usado como padrão, e foi assim, que em 1961, usado como padrão, e foi assim, que em 1961, eles adotaram como átomo-padrão o átomo do eles adotaram como átomo-padrão o átomo do carbono com o número atômico igual a seis e o carbono com o número atômico igual a seis e o número da massa igual a 12.número da massa igual a 12.

1 unidade atômica1 unidade atômica

Historicamente, o carbono-12 foi escolhido como substância de Historicamente, o carbono-12 foi escolhido como substância de referência porque é o mais abundante dos isótopos do elemento referência porque é o mais abundante dos isótopos do elemento carbono e porque sua massa atômica podia ser medida de maneira carbono e porque sua massa atômica podia ser medida de maneira bastante precisa.bastante precisa.

1 12

•MASSA ATÔMICAMASSA ATÔMICA

* A massa atômica (MA) representa o quanto * A massa atômica (MA) representa o quanto mais pesado que 1/12 de um átomo de mais pesado que 1/12 de um átomo de carbono-12 um átomo de elemento químico carbono-12 um átomo de elemento químico qualquer é.qualquer é.

* Por exemplo, o Oxigênio tem massa atômica * Por exemplo, o Oxigênio tem massa atômica de 16u , pois é mais pesado 16 vezes em de 16u , pois é mais pesado 16 vezes em relação à 1 parte de 12 de um átomo de relação à 1 parte de 12 de um átomo de carbono-12.carbono-12.

1 unidade atômica1 unidade atômica

1 13

•MASSA ATÔMICAMASSA ATÔMICA

O valor de 1 u é de 1,66 · 10O valor de 1 u é de 1,66 · 10–24–24 g, o que corresponde g, o que corresponde aproximadamente à massa de um próton ou de um nêutron. aproximadamente à massa de um próton ou de um nêutron.

1 14

ÁTOMOS DE UM MESMO ELEMENTO ÁTOMOS DE UM MESMO ELEMENTO QUÍMICO PODEM DE ALGUMA MANEIRA QUÍMICO PODEM DE ALGUMA MANEIRA

SE DIFERENCIAR SE DIFERENCIAR ENTRE SI?ENTRE SI?

1 15

Os elementos químicos podem possuir vários isótopos  (mesmo Os elementos químicos podem possuir vários isótopos  (mesmo número atômico porém massa diferente), mas não seria viável atômico porém massa diferente), mas não seria viável

representá-los todos na representá-los todos na tabela periódica. .

Por isso, as massas atômicas que vemos nessas tabelas, são Por isso, as massas atômicas que vemos nessas tabelas, são médias ponderadas das massas dos diversos isótopos estáveis das massas dos diversos isótopos estáveis

existentes no universo que esse elemento químico possui. existentes no universo que esse elemento químico possui.

Por exemplo, o oxigênio possui três isótopos estáveis:Por exemplo, o oxigênio possui três isótopos estáveis:

- - 1616O – MA = 16u , equivale à 99,7% de todos os átomos de oxigênio.O – MA = 16u , equivale à 99,7% de todos os átomos de oxigênio.- - 1717O – MA = 17u , são apenas 0,03% dos átomos de OO – MA = 17u , são apenas 0,03% dos átomos de O- - 1818O – MA = 18u , abundância de 0,2%O – MA = 18u , abundância de 0,2%

Número Atômico do (Z) do O = 8Número Atômico do (Z) do O = 8

1 16

Exemplo: Exemplo: O cobre ocorre na natureza como uma mistura O cobre ocorre na natureza como uma mistura isotópica de 69,09% de Cu-63 (massa = 62,93 u) e 30,91 % de isotópica de 69,09% de Cu-63 (massa = 62,93 u) e 30,91 % de Cu-65 (massa = 64,93 u). Qual é a massa atômica do cobre?Cu-65 (massa = 64,93 u). Qual é a massa atômica do cobre?

NÚMERO DE MASSA É IGUAL À MASSA ATÔMICA?NÚMERO DE MASSA É IGUAL À MASSA ATÔMICA?

1 17

IsótoIsótoppos os são átomos de um mesmo elemento que apresentam o são átomos de um mesmo elemento que apresentam o mesmo numero atômico e diferentes números de massa. mesmo numero atômico e diferentes números de massa. Ex: Ex:

88OO16 16

88OO17 17

88OO1818

IsóbarosIsóbaros são átomos de elementos distintos que apresentam o são átomos de elementos distintos que apresentam o mesmo numero de massa e diferentes números atômicosmesmo numero de massa e diferentes números atômicosEx: Ex: Argônio (Ar):Argônio (Ar):

1818ArAr4040

A = 40A = 40Z = 18Z = 18n = 22n = 22

Cálcio (C):Cálcio (C):

2020CaCa4040

A = 40A = 40Z = 20Z = 20n = 20n = 20

1 18

IsótoIsótonnosos são átomos de elementos químicos distintos que são átomos de elementos químicos distintos que apresentam diferentes números atômicos, diferentes números de apresentam diferentes números atômicos, diferentes números de massa e mesmo numero de nêutrons.massa e mesmo numero de nêutrons.Ex:Ex: Boro:Boro:

55BB1111

A = 11A = 11p = 5p = 5n = 6n = 6Carbono:Carbono:

66CC1212

A = 12A = 12p = 6p = 6n = 6n = 6

1 19

IsoeletrônicoIsoeletrônicos: átomos que apresentam o mesmo número de s: átomos que apresentam o mesmo número de elétrons.elétrons.Ex:Ex:

22MgMg2+2+ = 10 elétrons (MG = Magnésio) = 10 elétrons (MG = Magnésio)

99FF1-1- = 10 elétrons (F = Flúor) = 10 elétrons (F = Flúor)

11NN3-3- = 10 elétrons (N = Nitrogênio) = 10 elétrons (N = Nitrogênio)

1 20

ÍONSÍONSÍons são variações dos átomos (neutros) com carga positiva (+) ou Íons são variações dos átomos (neutros) com carga positiva (+) ou negativa (-). Íons com carga positiva são chamados de negativa (-). Íons com carga positiva são chamados de cátionscátions e e íons com carga negativa são chamados de íons com carga negativa são chamados de ânionsânions..

Formação de ÍonsFormação de ÍonsOs elétrons da eletrosfera são mais facilmente retirados que os Os elétrons da eletrosfera são mais facilmente retirados que os prótons no núcleo. O número de prótons definem o elemento. prótons no núcleo. O número de prótons definem o elemento. Cargas positivas são formadas a partir da retirada de elétrons e Cargas positivas são formadas a partir da retirada de elétrons e cargas negativas são formadas a partir do fornecimento de cargas negativas são formadas a partir do fornecimento de elétrons a um átomo do elemento.elétrons a um átomo do elemento.

EX: cátion - HEX: cátion - H++ ânion - Clânion - Cl--. .

1 21

MOLÉCULAS E COMPOSTOSMOLÉCULAS E COMPOSTOSAssim como os átomos são elementos e têm símbolos, as Assim como os átomos são elementos e têm símbolos, as moléculas formam substâncias. Para representar as moléculas formam substâncias. Para representar as moléculas, usam-se as moléculas, usam-se as fórmulas químicas. fórmulas químicas. As fórmulas As fórmulas indicam quantos átomos de cada elemento compõe as indicam quantos átomos de cada elemento compõe as moléculas de uma substância. moléculas de uma substância.

Ela nos mostra que cada molécula de água tem 2 átomos de Hidrogênio e 1 átomo de Oxigênio. O número que vem abaixo, no canto direito inferior de um elemento é chamado de índice, e indica a quantidade daquele elemento na molécula.

HH22OO

1 22

Quando queremos representar mais que uma molécula ou átomo de Quando queremos representar mais que uma molécula ou átomo de determinada substância, colocamos o número que desejamos na frente do determinada substância, colocamos o número que desejamos na frente do símbolo ou fórmula. Esse número é chamado de símbolo ou fórmula. Esse número é chamado de coeficientecoeficiente. . Por Exemplo:Por Exemplo:

3 O3 O22 = 3 moléculas de Gás Oxigênio = 3 moléculas de Gás Oxigênio

2 He = 2 átomos de Gás Hélio2 He = 2 átomos de Gás Hélio

7 CH7 CH33O = 7 moléculas de álcool etílicoO = 7 moléculas de álcool etílico

1 23

EQUAÇÃO QUÍMICAEQUAÇÃO QUÍMICA

Uma equação química é a representação Uma equação química é a representação gráfica de uma de uma reação química. É representada com os . É representada com os reagentes à esquerda e os à esquerda e os produtos à à direita, separados por uma flecha. , separados por uma flecha.

HH22 + O + O22 HH22OO

É preciso tomar cuidado, entretanto, para que a equação esteja balanceada, ou seja, para que a quantidade de átomos

de cada elemento seja igual dos dois lados da equação.

1 24

SEGUNDO O SEGUNDO O CIENTISTACIENTISTA FRANCÊS, FRANCÊS, ANTOINE LAURENT LAVOISIERANTOINE LAURENT LAVOISIER, EM UMA , EM UMA REAÇÃO QUÍMICA:REAÇÃO QUÍMICA:

““A SOMA DAS MASSAS DAS SUBSTÂNCIAS REAGENTES É IGUAL À A SOMA DAS MASSAS DAS SUBSTÂNCIAS REAGENTES É IGUAL À SOMA DAS MASSAS DOS SOMA DAS MASSAS DOS PRODUTOSPRODUTOS DA REAÇÃO.” DA REAÇÃO.”

Para que uma reação química esteja de acordo com a Lei de Para que uma reação química esteja de acordo com a Lei de Lavoisier, os números de átomos dos elementos devem ser iguais nos Lavoisier, os números de átomos dos elementos devem ser iguais nos dois membros da equação, ou seja, a equação deve estar dois membros da equação, ou seja, a equação deve estar corretamente balanceada.corretamente balanceada.

ESSE ENUNCIADO É CONHECIDO COMO LEI DE ESSE ENUNCIADO É CONHECIDO COMO LEI DE LAVOISIER OU LEI DA CONSERVAÇÃO DAS MASSASLAVOISIER OU LEI DA CONSERVAÇÃO DAS MASSAS

1 25

Exemplo de um balanceamento - Equação da Fotossíntese:

A fotossíntese é o processo através do qual as plantas, e alguns outros organismos transformam energia luminosa em energia química

processando o dióxido de carbono (CO2), água (H2O) e minerais em

compostos orgânicos e produzindo oxigênio gasoso (O2). A equação

geral do processo:

12 H12 H220 + 6 CO0 + 6 CO22 -----> C -----> C66HH1212OO66 + 6 H + 6 H220 +6 O0 +6 O22

Quando um vegetal clorofilado realiza fotossíntese, para cada 6 moléculas de gás carbônico que reagem, são necessárias 6 moléculas

de água para produzirem 1 molécula de glicose e 6 de oxigênio.

Se um dos coeficientes da equação for multiplicado por um número, todos os coeficientes dessa equação deverão ser multiplicados pelo

mesmo número.

1 26

Verifique o número de átomos, de cada elemento no 1º e 2º membros da equação acima:

C: 6 átomos no 1º membro e 6 átomos no 2º membro.

O: 24 átomos no 1º membro e 24 átomos no 2º membro.

H: 24 átomos no 1º membro e 24 átomos no 2º membro.

Isto significa que a equação acima está corretamente balanceada, ou seja, os seus coeficientes estão ajustados.

12 H12 H220 + 6 CO0 + 6 CO22 -----> C -----> C66HH1212OO66 + 6 H + 6 H220 +6 O0 +6 O22

1 27

Exemplo: Faça o Balanceamento da Equação abaixo.Exemplo: Faça o Balanceamento da Equação abaixo.

CHCH44 + O + O22 COCO22 + H + H22OO

CHCH44 + 2O + 2O22 COCO22 + 2H + 2H22OO

Devemos lembrar que para ajustar uma equação química Devemos lembrar que para ajustar uma equação química usamos unicamente os coeficientes. Em nenhum caso usamos unicamente os coeficientes. Em nenhum caso

trocamos os índices das fórmulas. Se fizermos isso vamos trocamos os índices das fórmulas. Se fizermos isso vamos alterar a identidade da substância.alterar a identidade da substância.

1 28

PARA REFLETIRPARA REFLETIR