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Classificiação de materiais - Estrutura
atómica
Ciências Físico-químicas | 9º ano de
escolaridade
Docente Marília Silva Soares 1
1 – ESTRUTURA ATÓMICA
A origem dos átomos
Estrutura atómica
Número atómico, número de massa e isótopos
Massa das partículas
Distribuição eletrónica
Formação de iões
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas - 9º ano de escolaridade
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares2
OBJETIVOS
• Identificar as partículas constituintes dos átomos;
• Visualizar os átomos em termos de nuvem eletrónica;
• Comparar tamanhos e massas de átomos diferentes;
• Identificar os iões a partir dos átomos correspondentes;
• Distribuição dos eletrões nos átomos e nos iões;
• Relacionar a organização da Tabela Periódica com a estrutura atómica dos
elementos;
• Reconhecer o átomo como unidade estrutural básica de toda a matéria;
• Conhecer a constituição do átomo;
• Identificar propriedades das partículas subatómicas;
• Descrever o modelo da nuvem atómica;
• Estabelecer comparações entre as massas e/ou as dimensões dos átomos e das
partículas subatómicas.
Classificiação de materiais - Estrutura
atómica
Ciências Físico-químicas | 9º ano de
escolaridade
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Ciências Físico-
químicas| 9º ano
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Prof. Marília Silva
Soares
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares4
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: O QUE SÃO ÁTOMOS?
• Os átomos são uma das unidades estruturais da matéria;
• Têm dimensões ínfimas e só detetáveis ao microscópio eletrónico especial que amplia milhões de
vezes.
QUESTÃO: COMO SÃO OS ÁTOMOS?
•Os átomos são partículas microscópicas constituídas por partículas
subatómicas: protões, neutrões e eletrões.
• Os protões são partículas de carga positiva(+);
• Os neutrões não têm carga.
• Os eletrões são partículas de carga negativa (-).
• Os protões e os neutrões formam o núcleo dos átomos.
•Os eletrões movem-se num espaço em volta do núcleo – nuvem
eletrónica.
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atómica
Ciências Físico-químicas | 9º ano de
escolaridade
Docente Marília Silva Soares 3
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares5
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: COMO SÃO OS ÁTOMOS?
• Os átomos são eletricamente neutros, isto é, o número de
protões é igual ao número de eletrões (nº de cargas (+) = nº de
cargas (-).
• Todos os átomos com o mesmo número de protões têm as
mesmas caraterísticas, são átomos do mesmo elemento
químico.
• A cada elemento químico corresponde um nome e um
símbolo químico.
• Todos os átomos do mesmo
elemento têm o mesmo n.º de
protões;
• Átomos de elementos diferentes
têm n.º atómico diferente;
• Os átomos são partículas
globalmente neutra;
Carga total positiva = Carga total negativa
N.º de protões = N.º de electrões
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares6
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: EM QUE DIFEREM OS ÁTOMOS DOS ELEMENTOS?
Nº atómico (Z) = N.º de protões
• Todos os átomos do mesmo elemento têm o mesmo n.º de protões;
• Átomos de elementos diferentes têm n.º atómico diferente;
• Os átomos são partículas globalmente neutra;
Carga total positiva = Carga total negativa
• A partir do n.º atómico é, também, possível saber o n.º de eletrões desse átomo;
N.º de protões = N.º de electrões
• Conhecendo o número atómico de um elemento químico ficamos a saber a sua carga
nuclear;
Carga nuclear: corresponde ao número de protões existente no núcleo desse elemento, pois, apesar
de existirem protões e neutrões, apenas os protões possuem carga elétrica.
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
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Estrutura dos átomos
QUESTÃO: EM QUE DIFEREM OS ÁTOMOS DOS ELEMENTOS?
• Cada átomo de um elemento tem o seu próprio número de massa (A);
• N.º total de nucleões ou n.º total de partículas no seu núcleo (protões/neutrões)
• O n.º atómico e o n.º de massa são números positivos e inteiros.
• Se quisermos determinar o número de neutrões (N), sabendo o número atómico (Z) e o número de
massa (A):
N.º de massa (A) = n.º atómico (Z) + n.º de neutrões (N)
A = Z + N
Ou
N.º de massa (A) = N.º protões + N.º neutrões
n.º de neutrões (N) = N.º de massa (A) - n.º atómico (Z)
N = A - Z
Ou
N.º neutrões (N) = N.º de massa (A) - N.º protões
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Estrutura dos átomos
QUESTÃO: COMO SE REPRESENTAM OS ELEMENTOS QUÍMICOS?
XA
Z
Por convenção, os químicos representam os átomos, indicando:
•X – símbolo químico do elemento
•Z - N.º atómico, em índice à esquerda do símbolo químico do elemento químico;
• A - N.º de massa, em expoente à esquerda do símbolo químico do elemento químico.
Esta representação (nuclido) permite-nos conhecer o número de protões, de neutrões e de eletrões
que constituem um determinado átomo.
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares10
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: O QUE SÃO ISÓTOPOS?
Isótopos: O mesmo elemento pode apresentar átomos diferentes (n.º de massa) pois podem ter número de
neutrões diferentes. Isto é, os isótopos são átomos do mesmo elemento químico que têm o
mesmo número atómico (Z) mas diferente número de massa (A), por possuírem diferente
número de neutrões (N).
• Mesmo Z;
• Mesmo X;
• Diferente A;Hidrogénio-1 ou Prótio Hidrogénio-2 ou Deutério Hidrogénio-3 ou Trítio
n.º de protões = 1
n.º de eletrões = 1
n.º de massa = 1
n.º de neutrões = A – Z
=1 -1 = 0
H1
1H2
1 H3
1
n.º de protões = 1
n.º de eletrões = 1
n.º de massa = 2
n.º de neutrões = A – Z
=2 - 1 = 1
n.º de protões = 1
n.º de eletrões = 1
n.º de massa = 3
n.º de neutrões = A – Z
=3 - 1 = 2
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atómica
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares11
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: O QUE SÃO ISÓTOPOS?
• Como as características químicas dos elementos dependem quase exclusivamente do seu
número de protões e electrões, e não do número de neutrões, os isótopos de um mesmo
elemento têm propriedades químicas muito semelhantes
• A massa dos isótopos é diferente, pois o número de neutrões é diferente.
• A abundância relativa dos isótopos de Hidrogénio não é a mesma. O mais abundante é o Prótio e
o menos abundante é o Trítio.
• O Trítio é o mais instável, devido ao elevado número de neutrões, em relação ao número de
protões, o que provoca emissão de radiação nuclear (átomos tendem a transforma-se
espontaneamente em elementos mais estáveis)
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares12
Estrutura dos átomos
PRATICA: Copia, para o teu caderno, a seguinte tabela.
Representação
simbólica
N.º atómico
(Z)
n.º de
massa
(A)
n.º de
protões (P)
n.º de
eletrões (e)
n.º de
neutrões (N)
Carga
nuclear
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
B 8 15 (g) (h) (i) (j)
C (l) (m) (n) (o) 11 +10
D (p) 13 (q) 6 (r) (s)
E (t) (u) 10 (v) 12 (x)
A20
10
1.1. Completa a tabela.
1.2. Indica, justificando:
1.2.1. quais destes átomos podem ser isótopos
1.2.2. qual o isótopo com menor massa.
1.2.3. qual ´poderá ser um isótopo radioativo.
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares13
Estrutura dos átomos
PRATICA: (Resolução)
Representação
simbólica
N.º
atómico (Z)
n.º de
massa (A)
n.º de
protões (P)
n.º de
eletrões (e)
n.º de neutrões
(N)
Carga
nuclear
10 20 10 10 20-10=10 +10
B 8 15 8 8 15-8=7 +8
C 10 10+11=21 10 10 11 +10
D 6 13 6 6 13-6=7 +6
E 10 10+12=22 10 10 12 +10
A20
10
1.2. Indica, justificando:
1.2.1. A e E, têm o mesmo número atómico mas diferente n.º de massa.
1.2.2. é o A
1.2.3. é o E, devido ao elevado número e neutrões no seu núcleo.
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Classificiação de materiais - Estrutura
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares15
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: OS ÁTOMOS TERÃO MASSA? E TAMANHO?
• A massa é uma propriedade específica de um corpo, por isso, os átomos que constituem a matéria
possuem massa.
• A massa de um átomo está praticamente toda centrada no núcleo, uma vez que a massa dos
electrões é desprezível quando comparada com a massa dos protões e dos neutrões.
MAS…
… massa do protão, massa de neutrão e massa do átomo são muito pequenas, pelo que não é
possível calculá-los diretamente.
• Como um átomo é extremamente pequeno, a sua massa também o é.
• O cálculo do valor relativo das massas dos vários elementos, toma a massa de um deles como
termo de comparação.
• Por convenção…
termo de comparação: massa do átomo de isótopos Carbono-12.
É a partir desta massa que se define a unidade de massa atómica (u.m.a.)
1 u.m.a. = 1/12 massa do átomo de Carbono-12
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares16
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: OS ÁTOMOS TERÃO MASSA? E TAMANHO?
A comparação da massa dos átomos com 1/12 da massa do átomo de Carbono-12, corresponde à
massa atómica relativa (Ar) que é uma grandeza adimensional (sem unidades)
Átomo de Carbono-12 : 6 protões e 6 neutrões
Massa de um átomo de Carbono-12 = 12 u.m.a.
Logo,
As medidas experimentais mostram que, em média, um átomo de hidrogénio tem apenas 8,400% da
massa do Carbono -12.
Isto é…
Massa atómica /massa do átomo de carbono em unidades de massa atómica do hidrogénio é:
0,08400 x12 = 1,008 u.m.a.
(valor tabelado, o que encontramos na Tabela Periódica)
12
12-Carbono de átomo um de massa 1u.m.a.
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares17
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: OS ÁTOMOS TERÃO MASSA? E TAMANHO?
• A massa atómica relativa é uma média das massas atómicas relativas dos vários isótopos que ocorrem
naturalmente para cada elemento químico.
• A massa atómica de um elemento depende da abundância relativa de cada um dos seus isótopos
existentes na natureza, pois cada isótopo tem uma massa característica.
Exemplo: o cobre apresenta dois exemplos naturais, o cobre-63 e o cobre-65.
A massa atómica relativa do elemento cobre, é obtida a partir da média da multiplicação dos valores das
massas relativas dos isótopos pelas respetivas abundâncias:
Ar (Cu) = 62,93 x 0,6909 + 64,93 x 0,3091
Ar (Cu) = 63,55
Isótopo Massa atómica (u. m. a.) Abundância relativa (%)
63Cu 62,93 69,09
65Cu 64,93 30,91
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares18
Estrutura dos átomos
QUESTÃO: OS ÁTOMOS TERÃO MASSA? E TAMANHO?
• Os átomos têm dimensões extraordinariamente pequenas, tal que a ordem de grandeza do seu
raio é de 10-10m (0,000 000 000 1m).
• Os átomos não são todos do mesmo tamanho, pois se se são constituídos por protões, neutrões e
eletrões, é de esperar que os átomos de elementos diferentes tenham tamanhos diferentes.
• Se considerarmos que têm forma esférica, podemos comparar os seus tamanhos através dos
valores dos raios atómicos.
Exemplo:
O raio atómico dos átomos de hidrogénio é 0,000 000 000 037 m (3,7x10-11m);
O raio atómico dos átomos de sódio é 0,000 000 000 186 m (1,86x10-10m);
O raio atómico dos átomos de potássio é 0,000 000 000 227m (2,27x10-10m);
Ver fig. 19
página 188
• Os raios atómicos exprimem-se, habitualmente, em picómetros, pm, sendo:
1 pm = 0,000 000 000 001 m 1 pm = 1x10-12m
Classificiação de materiais - Estrutura
atómica
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Distribuição eletrónica
QUESTÃO: COMO SE DISTRIBUEM OS ELETRÕES NOS ÁTOMOS E NOS IÕES?
• Os eletrões de um átomo não têm todos a mesma energia; distribuem-se por níveis de energia
diferentes.
• Os níveis de energia são caraterizados por um numero, n, que pode tomar valores inteiros de 1 a 7.
• A energia dos eletrões que se encontram mais próximos do núcleo é menor do que a energia dos
eletrões que se encontram mais afastados, visto estes estarem menos atraídos pelo núcleo.
• Cada nível de energia também pode ser designado por camada, K, L, M N…
Nível 1 camada K
Nível 2 camada L
Nível 3 camada M
Nível 4 camada N
Num átomo, os eletrões estão distribuídos por níveis de energia;
há um número máximo de eletrões por nível de energia: 2n2
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Distribuição eletrónica
• Cada nível de energia tem um valor de energia bem definido, ou seja, está quantificado, e só
pode conter um determinado número máximo de eletrões, dado pela expressão 2n2, em que n é o
número do nível energético.
• Os eletrões distribuem-se por ordem crescente de energia, isto é, ocupam primeiro níveis de
energia mais próximos do núcleo.
• No último nível de energia a ser preenchido, o número máximo de eletrões permitido é oito.
QUESTÃO: QUAL O NÚMERO MÁXIMO DE ELETRÕES POR NÍVEL ENERGÉTICO?
O número máximo de
eletrões de um nível
de energia é dado
pela expressão 2n2,
Nível de energia
(n)
Número máximo de
eletrões (2n2)
Camada
1 2 x 12 = 2 x 1 = 2 K
2 2 x 22 = 2 x 4 = 8 L
3 2 x 32 = 2 x 9 = 18 M
4 2 x 42 = 2 x 16 =32 N
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Distribuição eletrónica
QUESTÃO: COMO SE FAZ A DISTRIBUIÇÃO DOS ELETRÕES DE UM ÁTOMO?
• Para se proceder à distribuição electrónica
de um átomo no estado fundamental
(estado de menor energia):
primeiro completa-se o preenchimento
do nível de menor energia, ou seja, o
nível n = 1;
Depois passa-se para o preenchimento
do nível seguinte, ou seja, o nível n = 2;
E assim sucessivamente, até se
proceder à distribuição de todos os
eletrões do átomo, nunca esquecendo
que o último nível de energia não pode
conter mais do que oito eletrões.
En
erg
ia c
rescen
te
(…)
n = 1
n = 3
n = 2
NÚC
LEO
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares23
Distribuição eletrónica
• A distribuição ou configuração eletrónica de um átomo
mostra como estão distribuídos os seus eletrões pelos
vários níveis de energia.
• O último nível de energia preenchido não pode ter
mais de oito eletrões, com exceção do primeiro nível,
que só pode conter dois eletrões.
Principio da energia mínima
Os átomos têm tendência a encontrar-se no
estado mais estável, que é aquele a que
corresponde a menor energia possível, ou
seja, o nível de menor energia é o nível 1.
Exemplo: Sódio
Nível 1 tem (2 x 12) = 2 eletrões
Nível 2 tem (2 x 22) = 8 eletrões
Nível 3 tem 1 eletrão
Esta é a configuração eletrónica para o átomo de
sódio no estado de menor energia possível ou estado
mais estável
182:11 Na Exemplo: Potássio
Nível 1 tem (2 x 12) = 2 eletrões
Nível 2 tem (2 x 22) = 8 eletrões
Nível 3 tem (2 x 32) = 18 eletrões
Mas, o último nível não pode conter mais do que 8
eletrões o último eletrão deve passar para o nível
seguinte!!!
1882:19 K
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Distribuição eletrónica
Exemplo: Bromo
Nível 3 tem (2 x 32) = 18 eletrões, uma vez que não é o
último nível preenchido.
71882:35 Br Exemplo: Estrôncio
281882:
101882:
38
38
Sr
Sr
• Os eletrões do último nível de energia de um átomo (nível mais externo) designam-se por eletrões
de valência;
• Os átomos dos gases nobres, átomos mais estáveis que se conhecem, possuem todos 8 eletrões
de valência exceção do hélio que só tem 2 eletrões.
• O número máximo de eletrões no último nível de energia é oito.
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares25
Distribuição eletrónica
Os eletrões de um átomo podem transitar de um nível de energia para outro.
n = 2
n = 3
n = 4
n = 1
Energia
absorvida
Energia
emitidan = 2
n = 3
n = 4
n = 1
• Para que os eletrões transitem de um nível
de menor energia para outro de maior
energia é necessário que haja absorção de
energia por parte do átomo.
• Para que os eletrões transitem de um nível
de maior energia para outro de menor
energia é necessário que haja emissão de
energia por parte do átomo.
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
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Distribuição eletrónica
• A distribuição eletrónica do estado de menor energia de um determinado átomo corresponde ao
estado fundamental desse átomo. Porém, os átomos podem também encontrar-se em estados
excitados quando um ou mais eletrões transitam para níveis de energia superiores, por absorção
de energia por parte dos átomos.
Exemplo: Distribuição
eletrónica de um possível
estado excitado para o
átomo de potássio:
19K : 2 -8-7-2
• Normalmente, os estados excitados dos átomos são transitórios,
isto é, os eletrões rapidamente transitam para níveis de menor
energia, emitindo energia que têm a mais.
Partículas isoeletrónicas: são partículas que apresentam igual distribuição eletrónica (mas
diferente número atómico).
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Estrutura dos átomos
QUESTÃO: O QUE SÃO IÕES?
Os átomos são partículas eletricamente neutras, pois o número de protões que existe no núcleo é igual
ao número de electrões que existe na nuvem eletrónica.
Os átomos podem perder ou captar (ganhar) eletrões, transformando-se em partículas eletricamente
carregadas - os iões.
A alteração ocorre apenas na núvem eletrónica; a carga do núcleo mantém-se.
Num ião, o número e eletrões não é igual ao número de protões.
O raio catiónico é inferior ao raio atómico do respetivo átomo, pois diminui o número de
eletrões da núvem eletrónica, diminuindo, deste modo, a repulsão eletrónica e provocando uma
contração da nuvem eletrónica.
O raio aniónico é superior ao raio atómico do repetivo átomo. Como aumenta o número de
eletrões na nuvem eletrónica, aumenta a repulsão eletrónica, provocando uma expansão na
nuvem eletrónica.
Classificiação de materiais - Estrutura
atómica
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Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares29
Distribuição eletrónica
QUESTÃO: COMO SE FORMAM OS IÕES?
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares30
Distribuição eletrónica
QUESTÃO: COMO SE FORMAM OS IÕES?
Exemplo: magnésio, perde dois eletrões, forma um
ião dipositivo.
Exemplo: Flúor, ganha um eletrão, forma um ião
mononegativo.
Catião ou ião positivo
• Se átomo perde eletrões torna-se uma
partícula positiva;
• Ao perder eletrões, fica com mais
protões do que eletrões
Nº protões > nº eletrões
Anião ou ião negativo
• Se átomo ganha eletrões torna-se uma
partícula negativa;
• Ao ganhar eletrões, fica com menos
protões do que eletrões
Nº protões < nº eletrões
Classificiação de materiais - Estrutura
atómica
Ciências Físico-químicas | 9º ano de
escolaridade
Docente Marília Silva Soares 16
Unidade 3 – CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS
Ciências Físico-químicas| 9º ano de escolaridade Prof. Marília Silva Soares31
Distribuição eletrónica
QUESTÃO: QUE ÁTOMOS TÊM TENDÊNCIA A FORMAR CATIÕES E ANIÕES?
• Num átomo o número de eletrões no último nível de energia é oito (eletrões de valência);
• Todos os átomos com oito eletrões de valência são muito estáveis (gases nobres, exceto hélio.
• Há átomos que têm tendência a transformar-se em iões, cedendo ou recebendo eletrões, logo, a
sua nuvem eletrónica passa a ter 8 eletrões de valência, e tornam-se mais estáveis.
Exemplo:
• O átomo de sódio, 11Na, tem tendência a transformar-se no catião 11Na+, cedendo um eletrão, fica
com 8 eletrões de valência, portanto, mais estáveis.
11Na : 2 – 8 – 1 (1 eletrão de valência) 11Na+: 2 -8 (8 eletrões de valência)
* O átomo de cloro, 17Cl, tem tendência a transformar-se no anião cloreto, 17Cl-, captando um eletrão
ficando com 8 eletrões de valência, e mais estável.
17Cl : 2 – 8 – 7 (7 eletrões de valência) 11Cl- : 2 -8 - 8 (8 eletrões de valência)
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