estrutura atômica o modelo de thomson foi abandonado por
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Estrutura atômica
A idéia de átomo surgiu com o filósofo grego Leucipo (500-430
a.C) que propôs que tudo é feito de partículas indivisíveis denominadas
átomos e espaços vazios. A palavra deriva do grego ,“a-tomo” que significa “o que não pode ser dividido”.A visão atomista de Leucipo também foi aceita
por um de seus discípulos,Demócrito (460-370 a.C), que o ajudou na
disseminação de sua teoria. No entanto, a concepção atomista da matéria apesar de correta, foi contestada e menosprezada por Aristóteles que criou a
teoria dos quatro elementos fundamentais concedendo a eles propriedades
particulares:
As inúmeras combinações e separações desses elementos seriam
responsáveis por tudo que está a nossa volta, da Lua para baixo.
Modelo atômico de J. Dalton (1803)
Baseado nos aspectos quantitativos das Leis Ponderais, Dalton
postulou que o átomo seria uma esfera maciça e indivisível.
A hipótese atômica de Dalton foi publicada em 1808 no livro A
New System of Chemical Philosophy, e era baseada nos seguintes
postulados:
1)Todo elemento é constituído por partículas extremamente pequenas
chamadas átomos.
2)Os átomos são indestrutíveis e imutáveis,ou seja, não podem ser criados
ou destruídos.
2)Os átomos de um mesmo elemento são todos idênticos; os átomos de
diferentes elementos são diferentes e têm diferentes propriedades.
3)Os átomos se combinam em proporções fixas em massa para formarem
compostos.
4)Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos,
durante a reação ocorre apenas um rearranjo de átomos.
O modelo de Dalton foi abandonado por não conseguir explicar
a natureza elétrica da matéria.
Modelo de Sir J. J. Thomson (1897)
O modelo de Thomson foi baseado no estudo dos tubos de raios
catódicos, um experimento descoberto por Geissler e Crookes em 1856, que
consiste em aplicar descargas elétricas em um gás à baixa pressão contido em um tubo de vidro. No experimento são formados raios constituídos por
partículas que possuem as seguintes características: propagação retilínea,
massa e carga elétrica negativa. Thomson foi o primeiro a medir a razão carga/massa da partícula
do raio catódico que, posteriormente, foi denominada elétron. Após a
descoberta do elétron, Thomson propôs um novo modelo atômico - uma esfera maciça positivamente carregada, de material gelatinoso ou pastoso,
com elétrons incrustados homogeneamente por toda estrutura, tornando-a
neutra. Esse modelo ficou conhecido como pudim de ameixas ou passas.
O modelo de Thomson foi abandonado por não conseguir
explicar os desvios observados no experimento de Rutherford, que será
discutido a seguir.
Modelo atômico de Ernest Rutherford (1913)
Em 1910, Rutherford com a ajuda de dois colaboradores, Hans
Geiger (1882-1945) e Ernest Marsden (1889-1970), realizou um experimento que procurava comprovar que o modelo atômico de Thomson
estava correto. O experimento consistia em bombardear uma fina folha de
ouro com poucos milhares de camadas de átomos de espessura (0, 0001 cm), com partículas alfa (α2+) emitidas pelo elemento radioativo Polônio.
Considerando que o modelo de Thomson era correto, Rutherford concluiu
que em nenhum lugar durante a passagem da folha de ouro as partículas alfa encontrariam uma concentração alta de carga, sendo assim, em nenhum
momento seriam exercidas grandes forças de atração ou repulsão sobre as
partículas. Portanto, a maioria das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer desvios e um pequeno número sofreria desvios muito pequenos
,ocasionais, na ordem de um grau.
Resultado esperado em relação
ao modelo de Thomson
No entanto, durante o experimento foi verificado que um
pequeno número de partículas sofria grandes desvios e que, cerca de 1 em
20.000 era defletida para trás. A figura a seguir mostra os resultados obtidos no experimento, observe:
Após refletir por quase dois anos a respeito dos desvios
observados, Rutherford postulou que o átomo era constituído por duas
regiões bem distintas,as quais ele denominou núcleo e eletrosfera.
Núcleo = região extremamente pequena contendo a maior parte
da massa do átomo, e a totalidade da carga positiva. Eletrosfera = região extremamente grande em relação ao
diâmetro do núcleo, constituída principalmente por espaços
vazios com elétrons girando em órbitas circulares em torno do núcleo.
Modelo planetário
A figura a seguir mostra a interpretação de Rutherford para os desvios observados,veja:
2
Atenção!
Em 1919, Rutherford identifica a partícula responsável pela
carga positiva do átomo, o próton, e levanta a hipótese de que no
interior do núcleo deveria haver outra partícula, eletricamente
neutra, mas com massa semelhante à do próton.
Em 1932, James Chadwick descobriu uma partícula sem carga
elétrica com massa praticamente idêntica a do próton, que ele denominou nêutrons.
Exercícios propostos
01 - (ENEM) Em 1808, Dalton publicou o seu famoso livro intitulado Um
novo sistema de filosofia química (do original A New System of Chemical
Philosophy), no qual continha os cinco postulados que serviam como
alicerce da primeira teoria atômica da matéria fundamentada no método científico. Esses postulados são numerados a seguir:
1. A matéria é constituída de átomos indivisíveis. 2. Todos os átomos de um dado elemento químico são idênticos
em massa e em todas as outras propriedades.
3. Diferentes elementos químicos têm diferentes tipos de átomos; em particular, seus átomos têm diferentes massas.
4. Os átomos são indestrutíveis e nas reações químicas mantêm
suas identidades. 5. Átomos de elementos combinam com átomos de outros
elementos em proporções de números inteiros pequenos para
formar compostos.
Após o modelo de Dalton, outros modelos baseados em outros dados
experimentais evidenciaram, entre outras coisas, a natureza elétrica da matéria, a composição e organização do átomo e a quantização da energia no
modelo atômico.
OXTOBY, D. W.; GILLIS, H. P.; BUTLER, L. J. Principles of Modern Chemistry. Boston: Cengage Learning, 2012
(adaptado).
Com base no modelo atual que descreve o átomo, qual dos postulados de
Dalton ainda é considerado correto?
a)1
b)2
c)3 d)4
e)5
02 - (UCBA) Uma semelhança entre os modelos atômicos de Dalton e de
Thonson está no fato de ambos considerarem que o átomo:
a)é maciço
b)é constituído por prótons, nêtrons e elétrons.
c)apresenta elétrons em camadas. d)é semelhante ao sistema solar.
e)possui núcleo e eletrosfera.
03 - (UFMG) Na experiência de espalhamento de partículas alfa, conhecida
como “experiência de Rutherford”, um feixe de partículas alfa foi dirigido
contra uma lâmina finíssima de ouro, e os experimetadores (Geiger e Marsden) observaram que um grande número dessas partículas atravessava
a lâmina sem sofrer desvios, mas que um pequeno número sofria desvios
muitos acentuados.Esse resultado levou Rutherford a modificar o modelo atômico de Thomson, propondo a existência de um núcleo de carga
positiva, de tamanho reduzido e com, praticamente, toda a massa do átomo.Assinale a alternativa quer apresenta o resultado que era previsto
para o experimento de acordo com o modelo de Thomson.
a)A maioria das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer desvios
e um pequeno número sofreria desvios muito pequenos.
b)a maioria das partículas sofreria grandes desvios ao atravessar a lâmina.
c)A totalidade das partículas atravessaria a lâmina de ouro sem sofrer
nenhum desvio. d)A totalidade das partículas ricochetearia ao se chocar contra a lâmina de
ouro, sem conseguir atravessa-la.
04 - (Unimontes MG) A figura abaixo mostra o experimento de Rutherford
com o uso de uma lâmina de ouro e partículas .
Supondo que esse experimento fosse realizado com átomos que tivessem a estrutura proposta pelo modelo de Thomson, pode-se afirmar que
a)as partículas atravessariam a lâmina de ouro, sendo observados poucos desvios.
b)o anteparo apresentaria manchas luminosas dispersas de forma
homogênea. c)os átomos da folha de ouro impediriam totalmente a passagem das
partículas .
d)os núcleos e elétrons dos átomos da lâmina de ouro absorveriam as partículas.
05 - (UNIFOR CE) A charge abaixo apresenta o pensamento filosófico usado na inspiração para a ideia de átomo.Observe-a atentamente, reflita e
assinale a alternativa que corresponde ao conceito mais próximo de átomo
que a charge ilustra.
a)a charge ilustra a ideia de que os átomos são arredondados.
b)a charge ilustra a ideia de que a matéria é formada por partículas divisíveis.
c)a charge ilustra a ideia de que a matéria é formada por partículas indivisíveis.
d)a charge ilustra a ideia de que átomos não existem.
e)a charge ilustra que é fácil quebrar o átomo usando o mesmo princípio dos quadros apresentados.
06 - (Unimontes MG) A busca da simplicidade dentro da complexidade da
natureza levou John Dalton a propor o seu modelo de átomo, tendo como
base as razões das massas dos elementos que se combinaram para formar
compostos.A hipótese atômica que CONTRARIA o modelo proposto por Dalton é:
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a)uma transformação resulta em novos átomos.
b)os átomos de um mesmo elemento são idênticos.
c)átomos diferentes apresentam massas diferentes.
d)um composto resulta da combinação de átomos.
07 - (FFFCMPA RS) De acordo com a teoria atômica de Dalton (1766–
1844) assinale a alternativa correta.
a)O átomo possui partículas de carga negativa que estão em órbita de um
núcleo de carga positiva.
b)No núcleo atômico existem partículas de carga nula, denominadas nêutrons.
c)Átomos de elementos diferentes possuíam diferentes massas e
propriedades. d)O átomo era uma esfera sólida que possuía partículas de carga negativa em
sua superfície, semelhante a um “pudim de passas”.
e)Dois elétrons de mesmo spin não podem ser encontrados dentro de um mesmo orbital.
08 - (IME RJ) Os trabalhos de Joseph John Thomson e Ernest Rutherford
resultaram em importantes contribuições na história da evolução dos
modelos atômicos e no estudo de fenômenos relacionados à matéria. Das
alternativas abaixo, aquela que apresenta corretamente o autor e uma de suas contribuições é:
a)Thomson - Concluiu que o átomo e suas partículas formam um modelo semelhante ao sistema solar.
b)Thomson - Constatou a indivisibilidade do átomo.
c)Rutherford - Pela primeira vez, constatou a natureza elétrica da matéria. d)Thomson - A partir de experimentos com raios catódicos, comprovou a
existência de partículas subatômicas.
e)Rutherford - Reconheceu a existência das partículas nucleares sem carga elétrica, denominadas nêutrons.
09 -(UFG GO) Em um determinado momento histórico, o modelo atômico vigente e que explicava parte da constituição da matéria
considerava que o átomo era composto de um núcleo com carga positiva.
Ao redor deste, haviam partículas negativas uniformemente distribuídas. A experiência investigativa que levou à proposição desse modelo foi aquela
na qual
a)realizou-se uma série de descargas elétricas em tubos de gases rarefeitos.
b)determinou-se as leis ponderais das combinações químicas.
c)analisou-se espectros atômicos com emissão de luz com cores características para cada elemento.
d)caracterizou-se estudos sobre radioatividade e dispersão e reflexão de
partículas alfa. e)providenciou-se a resolução de uma equação para determinação dos níveis
de energia da camada eletrônica.
10 - (UECE) Há cerca de dois mil e quinhentos anos, o filósofo grego
Demócrito disse que se dividirmos a matéria em pedacinhos, cada vez menores, chegaremos a grãozinhos indivisíveis, que são os átomos (a = não
e tomo = parte). Em 1897, o físico inglês Joseph Thompson (1856-1940)
descobriu que os átomos eram divisíveis: lá dentro havia o elétron, partícula com carga elétrica negativa. Em 1911, o neozelandês Ernest Rutherford
(1871-1937) mostrou que os átomos tinham uma região central compacta
chamada núcleo e que lá dentro encontravam-se os prótons, partículas com carga positiva. Atente à figura a seguir, que representa o núcleo e a eletrosfera
do átomo.
Com relação à figura acima, é correto afirmar que
a)o núcleo é muito pequeno, por isso, tem pouca massa se comparado à massa
do átomo.
b)mais de 90% de toda a massa do átomo está na eletrosfera.
c)considerando as reais grandezas do núcleo e da eletrosfera do átomo, se
comparadas às suas representações na figura, o tamanho da eletrosfera está desproporcional ao tamanho do núcleo.
d)a massa do núcleo é bem maior do que a massa da eletrosfera, cuja relação
fica em torno de 100 vezes.
GABARITO:
01) Gab: E
02) Gab: A
03) Gab: A
04) Gab: A
05) Gab: C
06) Gab: A
07) Gab: C
08) Gab: D
09) Gab: D
10) Gab: C
Problemas do modelo atômico de Rutherford
O modelo de Rutherford conseguiu explicar satisfatoriamente, os resultados obtidos no experimento de bombardeamento de uma folha de ouro
com partículas alfa. No entanto, a sua proposta de modelo entrou em choque
com os conceitos da Física Clássica. Rutherford postulou que os elétrons
giravam em torno do núcleo em órbitas circulares.Só que essa proposta não
está de acordo com as Leis da Eletrodinâmica.De acordo com a
eletrodinâmica,todo corpo carregado em movimento libera energia na forma de ondas eletromagnéticas.Sendo assim, os elétrons deveriam perder energia
e acabariam colidindo com o núcleo,aniquilando o átomo.
Evidentemente, isso não ocorre, pois o átomo é estável.
Entretanto, o modelo de Rutherford não conseguia explicar o motivo disso.
O modelo de Rutherford também não conseguia explicar a luz e suas cores emitidas pelos tubos de raios catódicos e testes de chama. Esse último
consiste em colocar uma solução de uma substância química em uma chama
bem quente.Os átomos, quando aquecidos emitem luzes de cores diferentes,ou seja, de diferentes frequências.A seguir são mostrados alguns
elementos e as respectivas cores nos testes de chama,veja:
Cobre(luz verde)
lítio(vermelho carmim)
Sódio(amarelo)
Potássio(violeta)
Como a coloração emitida é característica de cada átomo, esse
teste permite identificar o tipo de átomo presente na solução. Como explicar
essa emissão de luz como o modelo de Rutherford?Outro grande problema para o modelo de Rutherford eram os espectros atômicos. Espectro é a
denominação dada à imagem que se forma quando um feixe de radiações
eletromagnéticas, decomposto por dispersão, se projeta-se sobre um anteparo. Usando um feixe de luz branca de uma lâmpada incandescente e
um prisma, obtemos um espectro contínuo semelhante ao arco-íris. Veja:
Substituindo-se a luz branca por uma luz emitida por um teste de chama ou lâmpada de gás, obtemos um espectro diferente, descontínuo,
formado por uma ou mais linhas coloridas separadas por espaços escuros.
Esse tipo de espectro, contendo apenas radiações de comprimentos de onda específico, é denominado espectro atômico ou de linhas ou raiado.
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Cada linha do espectro possui um valor definido de λ e f,
concluindo-se, portanto, que os átomos podem emitir apenas certas
frequências. Da mesma forma que cada pessoa possui uma digital, cada átomo possui o seu espectro atômico descontínuo.
Os espectros atômicos evidenciavam que deveria existir uma
relação entre as linhas encontradas e a estrutura interna do átomo. No entanto, o modelo de Rutherford era muito simples e não permitia a explicação desse
experimento. Todos esses problemas foram, em parte, explicados pelo
próximo modelo atômico, o modelo de Niels Bohr. Mas antes de estudarmos o modelo de Bohr, temos que ver dois conceitos que revolucionaram a Física
da época e que foram utilizados por Bohr.
Nascimento da física quântica (moderna)
Max Planck -Teoria dos quanta (1900)
Os átomos não podem absorver ou emitir energia
eletromagnética de forma contínua. A energia só pode ser emitida ou absorvida em "blocos" ou “pacotes”. Cada bloco unitário de energia
denomina-se quantum.
“A absorção e a emissão de energia eletromagnética
pela matéria são quantizadas"
Energia (quantum) = h.f
h (constante de Planck) = 6,62.10-34J/Hz
f = frequência
A idéia de Planck mostrou que as trocas de energia entre a
matéria e a radiação eletromagnética ocorriam de forma semelhante a
subida ou descida de uma escada, que ocorre de degrau em degrau.
Atenção!
Quantum quantidade mínima de energia que o átomo pode
absorver ou emitir.
Os valores permitidos de energia que os átomos emitem e absorvem devem ser múltiplos de um quantum.
Quantização significa restrição de valores.
Albert Einstein - Teoria do fóton
Em 1905, Einstein postulou que a luz, considerada até então como uma onda, seria formada por partículas, denominadas fótons. De
acordo com a proposta de Einstein para a radiação eletromagnética,
podemos visualizar um feixe de luz como um feixe de fótons (pacotes de energia) com uma energia particular diretamente proporcional a frequência
da luz. Por exemplo, um feixe de luz ultravioleta, f = 1016, possui fótons de
maior energia do que um feixe de luz amarela, f = 1014.
Energia (fóton) = h.f
Resumo
Fóton nome dado as partículas que constituem as ondas
eletromagnéticas (luz).
O fóton é indivisível. Quanto maior a frequência, maior é a energia do fóton e menor é
o comprimento de onda (λ) da radiação eletromagnética.
Quantum = quantidade mínima de energia que um átomo pode absorver ou emitir. Corresponde a energia de um fóton.
Fóton = partícula que constitui as ondas eletromagnéticas.
Modelo atômico de Niels Bohr (modelo do átomo de hidrogênio)
Em 1913 Bohr propôs um modelo atômico para o átomo de
hidrogênio baseado em postulados. O modelo de Bohr foi baseado no estudo
do espectro atômico do átomo de hidrogênio (espectro descontínuo). Bohr foi o primeiro a considerar conceitos da física moderna (energia quantizada
e fóton) para explicar a estrutura do átomo. Bohr conclui que o fato do
espectro do hidrogênio ser constituído por raias, indicava que os átomos
desse elemento podiam emitir somente algumas frequências, portanto, só
certas mudanças de energia eram possíveis dentro do átomo.Suas hipótese
podem ser resumidas pelos seguintes postulados:
1)O elétron gira ao redor do núcleo em órbitas(níveis de energia)
circulares de raios definidos denominadas órbitas estacionárias.
2)Cada órbita estacionária possui um valor determinado de energia.
Nessas órbitas o elétron pode se mover sem perder ou ganhar
energia.Bohr demonstrou que a energia total do elétron em cada órbita,
era quantizada é aumentava ao se afastar do núcleo.
3)O elétron pode passar de uma órbita para outra, mediante absorção ou
emissão de energia. A energia emitida ou absorvida é igual à diferença de
energia entre os níveis envolvidos na transição (salto quântico ou
eletrônico).
De acordo com Bohr, cada linha ou raia do espectro atômico
correspondia a uma transição eletrônica espectral.No entanto, o modelo de
Bohr só foi capaz de explicar, de modo satisfatório, o espectro do hidrogênio e dos íons hidrogenóides (possuem apenas um elétron). Por isso, seu modelo
ficou conhecido como o modelo do átomo de hidrogênio.
Atenção !
A energia é sempre emitida na forma de luz (fóton).
Quando se afasta do núcleo a energia dos níveis (órbitas) aumenta e a diferença de energia entre os níveis diminui.
O salto quântico(transição eletrônica) explica a emissão de luz
nos fogos de artifícios, lâmpadas fluorescentes, lasers, aparelhos de raios-X, substâncias fosforescentes e fluorescentes,
quimioluminescência e bioluminescência.
Fluorescência: a emissão de luz ocorre imediatamente após a absorção de energia. Tempo de relaxamento muito pequeno.
Fosforescência: a emissão de luz dura um longo período de
tempo após a absorção de energia. Tempo de relaxamento mais longo.
O modelo de Bohr não é o modelo atômico atual, mas é o mais
complexo cobrado pelo ENEM.
Eercícios propostos
01 - (UFRN) O Diodo Emissor de Luz (LED) é um dispositivo eletrônico
capaz de emitir luz visível e tem sido utilizado nas mais variadas aplicações. A mais recente é sua utilização na iluminação de ambientes
devido ao seu baixo consumo de energia e à sua grande durabilidade.
Atualmente, dispomos de tecnologia capaz de produzir tais dispositivos
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para emissão de luz em diversas cores, como, por exemplo, a cor vermelha
de comprimento de onda, V, igual a 629 nm, e a cor azul, de comprimento
de onda, A, igual a 469 nm. A energia, E, dos fótons emitidos por cada um dos LEDs é determinada a partir da equação de Einstein E = hf onde h é a
constante de Planck, e f é a frequência do fóton emitido. Sabendo ainda que
c = f, onde c é a velocidade da luz no vácuo e , o comprimento de onda
do fóton, é correto afirmar que
a)o fóton correspondente à cor vermelha tem menos energia que o fóton
correspondente à cor azul, pois sua frequência é menor que a do fóton de cor
azul. b)o fóton correspondente à cor vermelha tem mais energia que o fóton
correspondente à cor azul, pois sua frequência é maior que a do fóton de cor
azul. c)o fóton correspondente à cor azul tem menos energia que o fóton
correspondente à cor vermelha, pois seu comprimento de onda é maior que o
do fóton de cor vermelha. d)o fóton correspondente à cor vermelha tem mais energia que o fóton
correspondente à cor azul, pois seu comprimento de onda é menor que a do
fóton de cor azul.
02 - (UFTM MG) Fogos de artifício utilizam sais de diferentes íons
metálicos misturados com um material explosivo. Quando incendiados, emitem diferentes colorações. Por exemplo: sais de sódio emitem cor
amarela, de bário, cor verde e de cobre, cor azul. Essas cores são
produzidas quando os elétrons excitados dos íons metálicos retornam para níveis de menor energia. O modelo atômico mais adequado para explicar
esse fenômeno é o modelo de:
a)Rutherford. b)Bohr. c)Thomson. d)Dalton. e)Millikan.
03 - (PUC MG) Os interruptores brilham no escuro graças a uma substância chamada sulfeto de zinco (ZnS), que tem a propriedade de emitir
um brilho amarelo esverdeado depois de exposta à luz. O sulfeto de zinco é
um composto fosforescente. Ao absorverem partículas luminosas, os elétrons são estimulados e afastados para longe do núcleo. Quando você
desliga o interruptor, o estímulo acaba e os elétrons retornam, aos poucos,
para seus lugares de origem, liberando o seu excesso de energia na forma de fótons. Daí a luminescência.A partir das informações do texto, pode-se
concluir que o melhor modelo atômico que representa o funcionamento dos
interruptores no escuro é o de:
a)Rutherford b)Böhr c)Thomson d)Heisenberg
04 - (ESCS DF) Algumas substâncias, quando sujeitas a radiações
ultravioletas, emitem luz visível. Os átomos dessas substâncias
fluorescentes absorvem a radiação ultravioleta, invisível para o olho humano, e irradiam radiação visível para o ser humano. Esse fenômeno
físico é chamado de fluorescência.Outras substâncias, chamadas
fosforescentes, demoram de minutos a algumas horas para que ocorra a emissão de luz. Devido a essas propriedades - de fluorescência e
fosforescência -, essas substâncias são utilizadas, por exemplo, para fazer
com que ponteiros de relógios sejam visíveis à noite, para detectar falsificações em notas ou bilhetes, e nos uniformes dos garis.Esse fenômeno
deve-se ao fato de que, após absorverem a radiação ultravioleta, os elétrons:
a)passam a uma nova órbita, liberando o seu excesso de energia na forma de
fótons; b)se mantêm em sua órbita, liberando energia na forma de fótons;
c)relaxam e voltam à sua órbita inicial, liberando o seu excesso de energia na
forma de fótons; d)se mantêm em sua órbita, absorvendo energia na forma de ondas
eletromagnéticas;
e)escapam de sua órbita, liberando energia térmica.
05 - (UPE PE) Um laboratório brasileiro desenvolveu uma técnica
destinada à identificação da origem de “balas perdidas”, comuns nos confrontos entre policiais e bandidos. Trata-se de uma munição especial,
fabricada com a adição de corantes fluorescentes, visíveis apenas sob luz
ultravioleta. Ao se disparar a arma carregada com essa munição, são liberados os pigmentos no atirador, no alvo e em tudo o que atravessar,
permitindo rastrear a trajetória do tiro.Qual dos modelos atômicos a seguir
oferece melhores fundamentos para a escolha de um equipamento a ser utilizado na busca por evidências dos vestígios desse tipo de bala?
a)Modelo de Dalton. b)Modelo de Thompson.
c)Modelo de Bohr.
d)Modelo de Dalton-Thompson. e)Modelo de Rutherford- Thompson.
06 - (UNICAMP SP) Glow sticks ou light sticks são pequenos tubos
plásticos utilizados em festas por causa da luz que eles emitem. Ao serem
pressionados, ocorre uma mistura de peróxido de hidrogênio com um éster
orgânico e um corante. Com o tempo, o peróxido e o éster vão reagindo,
liberando energia que excita o corante, que está em excesso. O corante excitado, ao voltar para a condição não excitada, emite luz. Quanto maior a
quantidade de moléculas excitadas, mais intensa é a luz emitida. Esse
processo é contínuo, enquanto o dispositivo funciona. Com base no conhecimento químico, é possível afirmar que o funcionamento do
dispositivo, numa temperatura mais baixa, mostrará uma luz
a)mais intensa e de menor duração que numa temperatura mais alta.
b)mais intensa e de maior duração que numa temperatura mais alta.
c)menos intensa e de maior duração que numa temperatura mais alta. d)menos intensa e de menor duração que numa temperatura mais alta.
07 - (PUC RS) A aceitação histórica da ideia de que a matéria é composta de átomos foi lenta e gradual. Na Grécia antiga, Leucipo e Demócrito são
lembrados por terem introduzido o conceito de átomo, mas suas propostas
foram rejeitadas por outros filósofos e caíram no esquecimento. No final do
século XVIII e início do século XIX, quando as ideias de Lavoisier
ganhavam aceitação generalizada, surgiu a primeira teoria atômica
moderna, proposta por _______. Essa teoria postulava que os elementos eram constituídos de um único tipo de átomo, enquanto que as substâncias
compostas eram combinações de diferentes átomos segundo proporções
determinadas. Quase cem anos depois, estudos com raios catódicos levaram J. J. Thomson à descoberta do _______, uma partícula de massa muito
pequena e carga elétrica _______, presente em todos os materiais
conhecidos. Alguns anos depois, por meio de experimentos em que uma fina folha de ouro foi bombardeada com partículas alfa, Rutherford chegou
à conclusão de que o átomo possui em seu centro um _______ pequeno,
porém de massa considerável.As palavras que preenchem as lacunas correta e respectivamente estão reunidas em
a)Dalton – elétron – negativa – núcleo
b)Bohr – cátion – positiva – elétron
c)Dalton – nêutron – neutra – próton
d)Bohr – fóton – negativa – ânion
e)Dalton – próton – positiva – núcleo
08 - (UFPB) A polícia científica utiliza o luminol para auxiliar nas
investigações, pois esse composto permite detectar a presença de sangue. O luminol é misturado ao peróxido de hidrogênio em meio básico e borrifado
na cena do crime. Se houver vestígios de sangue, ocorrerá a luminescência
(emissão de luz), pois o ferro presente na hemoglobina atua como catalisador dessa reação. Esse fenômeno ocorre porque o produto dessa
reação se encontra em um estado de energia mais elevado, em função de os
elétrons sofrerem transições para níveis mais energéticos. Ao retornarem para níveis menos energéticos, há liberação de energia na forma de luz.De
acordo com o exposto sobre a ação do luminol e com base nos
conhecimentos sobre modelos atômicos, é correto afirmar que a luminescência está de acordo com a descrição do modelo atômico proposto
por:
a)Dalton b)Thomson c)Pauling d)Rutherford e)Bohr
09 - (UEFS BA)
O cientista dinamarquês Niels Böhr aprimorou, em 1913, o modelo atômico de E.Rutherford, usando a teoria de Max Planck. Em 1900, Planck já havia
admitido a hipótese de que a energia não seria emitida de modo contínuo,
mas em quantum, isto é pacote ou porção de energia. Surgiram, assim, os postulados de Böhr e as explicações sobre os aspectos atômicos dos
elementos químicos.Considerando-se os postulados de N. Böhr, as
explicações sobre os espectros atômicos e em relação à emissão de cor vermelha no teste de chama pelo cloreto de estrôncio, SrCl2(s), é correto
afirmar:
a)A luz vermelha emitida pelo cloreto de estrôncio está relacionada à cor
branca do sal que reúne todas as cores dos espectros atômicos.
b)Ao absorverem quanta de energia da chama, os elétrons do íon Sr2+(g)
retornam a um nível de energia mais interno.
c)Os elétrons do cátion Sr2+(g), ao retornarem de um nível de energia mais
externo para outro mais interno, emitem energia, sob forma de radiação eletromagnética.
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d)A emissão de luz vermelha é propriedade dos cátions de metais alcalinos
terrosos.
e)O número de raias espectrais diminui com o crescimento do número
atômico dos elementos químicos porque, com o aumento da temperatura da
chama, cresce o número de transições eletrônicas.
10 - (FEPECS DF) A bioluminescência é o processo de emissão de luz fria e visível por organismos vivos com função de comunicação biológica. Ela
ocorre principalmente no ambiente marinho, embora também ocorra no
ambiente terrestre em organismos como vagalumes e fungos. A luminescência é produzida pela reação de oxidação de uma molécula
orgânica genericamente chamada de luciferina. Essa reação, altamente
exotérmica, é catalisada por enzimas genericamente chamadas de luciferases.De acordo com o texto, no processo de bioluminescência
descrito, ocorre:
a)absorção de calor;
b)produção de gás oxigênio na oxidação da luciferina;
c)diminuição dos estados de oxidação dos átomos de carbono;
d)transições eletrônicas durante a reação de oxidação provocada pelas
luciferases;
e)aumento da energia de ativação da reação provocado pelas luciferases.
11 - (ENEM) Pesquisadores conseguiram estimular a absorção de energia
luminosa em plantas graças ao uso de nanotubos de carbono. Para isso, nanotubos de carbono “se inseriram” no interior dos cloroplastos por uma
montagem espontânea, através das membranas dos cloroplastos. Pigmentos
da planta absorvem as radiações luminosas, os elétrons são “excitados” e se deslocam no interior de membranas dos cloroplastos, e a planta utiliza em
seguida essa energia elétrica para a fabricação de açúcares. Os nanotubos de
carbono podem absorver comprimentos de onda habitualmente não utilizados pelos cloroplastos, e os pesquisadores tiveram a ideia de utilizá-
los como “antenas”, estimulando a conversão de energia solar pelos
cloroplastos, com o aumento do transporte de elétrons. Nanotubos de carbono incrementam a fotossíntese de plantas.
Disponível em: http://lqes.iqm.unicamp.br. Acesso em: 14 nov. 2014
(adaptado).
O aumento da eficiência fotossintética ocorreu pelo fato de os nanotubos de
carbono promoverem diretamente a
a)utilização de água.
b)absorção de fótons. c)formação de gás oxigênio.
d)proliferação dos cloroplastos.
e)captação de dióxido de carbono.
12- (ENEM) Um fato corriqueiro ao se cozinhar arroz é o derramamento
de parte da água de cozimento sobre a chama azul do fogo, mudando-a para uma chama amarela. Essa mudança de cor pode suscitar interpretações
diversas, relacionadas às substâncias presentes na água de cozimento. Além do sal de cozinha (NaCl), nela se encontram carboidratos, proteínas e sais
minerais.Cientificamente, sabe-se que essa mudança de cor da chama
ocorre pela
a)reação do gás de cozinha com o sal, volatilizando gás cloro.
b)emissão de fótons pelo sódio, excitado por causa da chama. c)produção de derivado amarelo, pela reação com o carboidrato.
d)reação do gás de cozinha com a água, formando gás hidrogênio.
e)excitação das moléculas de proteínas, com formação de luz amarela.
13 - (ENEM) Um teste de laboratório permite identificar alguns cátions
metálicos ao introduzir uma pequena quantidade do material de interesse em uma chama de bico de Bunsen para, em seguida, observar a cor da luz
emitida.A cor observada é proveniente da emissão de radiação
eletromagnética ao ocorrer a
a)mudança da fase sólida para a fase líquida do elemento metálico.
b)combustão dos cátions metálicos provocada pelas moléculas de oxigênio da atmosfera.
c)diminuição da energia cinética dos elétrons em uma mesma órbita na
eletrosfera atômica. d)transição eletrônica de um nível mais externo para outro mais interno na
eletrosfera atômica.
e)promoção dos elétrons que se encontram no estado fundamental de energia para níveis mais energéticos.
GABARITO:
01) Gab: A
02) Gab: B
03) Gab: B
04) Gab: C
05) Gab: C
06) Gab: C 07) Gab: A
08) Gab: E
09) Gab: C 10) Gab: D
11) Gab: B
12) Gab: B 13) Gab: D
Conceitos fundamentais
A estrutura básica do átomo atual está fundamentada no modelo de Rutherford. Consideramos que o átomo possui duas regiões muito distintas: o núcleo, extremamente pequeno, contendo toda carga positiva e praticamente toda massa, e a eletrosfera, extremamente grande, onde estão distribuídos os elétrons. Portanto, a distribuição das partículas fundamentais no átomo é a seguinte:
Núcleo => prótons e nêutrons Eletrosfera => elétrons
Número atômico(Z)
O número de prótons contidos no núcleo de um átomo é
denominado número atômico(Z). Foi o físico inglês Henry Moseley (1887-1975) que desenvolveu, em 1913,uma metodologia para se determinar o número de prótons no núcleo de um átomo. Essa descoberta tornou possível responder a uma pergunta que intrigava os cientistas da época: o que determina a identidade de um átomo?A resposta está relacionada com os prótons: todos os átomos de um elemento possuem o mesmo número de prótons no núcleo. Portanto, a grandeza que identifica um elemento químico é o número atômico, ou seja, sua carga nuclear. De acordo com as normas da IUPAC, o número atômico é representado como índice no canto inferior à esquerda do símbolo do elemento.Veja os exemplos:
1H 8O 20Ca 56Ba 79Au 104Rf
Como um átomo é um sistema eletricamente neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons. Por exemplo, o átomo de magnésio possui Z=12.Logo, cada átomo de magnésio possui 12 elétrons.
Número de massa(A)
A soma do número de prótons com o número de nêutrons do
núcleo de um átomo é denominado número de massa(A).Portanto:
De acordo com as normas da IUPAC, o número de massa é
representado como índice no canto superior à direita do símbolo do elemento.Veja os exemplos:
𝐇𝟏𝟏 𝐂𝟔
𝟏𝟐 𝐎𝟖𝟏𝟔 𝐂𝐚𝟐𝟎
𝟒𝟎
Íons
Um átomo neutro pode ganhar ou perder elétrons nos processos químicos, mas isso nunca ocorre com prótons. Essa variação no número de elétrons transforma o átomo em um íon,espécie química em desequilíbrio elétrico.Ao receber elétrons, um átomo se torna um íon negativo,chamado
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ânion. Ao perder elétrons, um átomo se torna um íon positivo, chamado cátion. Veja os exemplos a seguir:
Como a massa de um elétron é extremamente pequena, a massa dos átomos durante a formação de íons praticamente não se altera, já o tamanho, sim. Quando um átomo ganha elétrons, sua eletrosfera aumenta. Quando um átomo perde elétrons, sua eletrosfera diminui.
Isótopos
Entre os anos de 1911 e 1913,alguns cientistas já haviam percebido a existência de átomos com o mesmo número atômico,porém com números de massas diferentes.Por sugestão de Frederick Soddy(1887-1956),esses átomos foram chamados de isótopos(iso =igual ,topos =lugar).Praticamente todos os elementos químicos naturais são formados por misturas de isótopos.Veja o exemplo do hidrogênio:
𝐇𝟏𝟏 𝐇𝟏
𝟐 𝐇𝟏 𝟑
ou
𝐇𝟏𝟏 𝐃𝟏
𝟐 𝐓𝟏 𝟑
Somente os isótopos do hidrogênio possuem nomenclaturas
distintas,sendo que,nos demais casos, os isótopos são diferenciados apenas pelo número de masssa.Exemplos:
Oxigênio => 16O , 17O , 18O Carbono => 12C , 14C Cloro => 35Cl , 37Cl
Os isótopos possuem propriedades químicas iguais e propriedades físicas relacionadas à massa diferentes.Alguns elementos possuem isótopos radioativos.No caso do hidrogênio, o único isótopo radioativo é o trítio.
Curiosidades •O elemento que apresenta o maior número de isótopos naturais é o estanho (Sn), dez.
•Existem isótopos artificiais de alguns elementos, ou seja, que foram sintetizados pelo homem.
Uma água da pesada
Na natureza existem três isótopos naturais de hidrogênio (1H, 2D, 3T) e três isótopos naturais de oxigênio (16O, 17O, 18O). Portanto, podemos concluir que, a partir da combinação desses isótopos, surgirão 18 tipos diferentes de moléculas de água. A molécula mais comum é a seguinte:
Quando uma molécula de água possui pelo menos um isótopo pesado
de hidrogênio ou oxigênio, ela recebe a denominação de água pesada. De todas as águas pesadas,a que apresenta maior importância prática é a deuterada(D2O) ou óxido de deutério.
Ela é muito utilizada em reatores nucleares para desacelerar os
nêutrons emitidos durante as fissões nucleares que ocorrem no núcleo do reator, gerando energia térmica. A água deuterada possui ponto de fusão de 3,8oC,ponto de ebulição 101,4oC e densidade 1,104g.L1-. A obtenção de 1L de D2O consome 200.000 L de água comum. Atualmente moléculas de águas pesadas são importantes no estudo de reações químicas que envolvem compostos que contêm hidrogênio. As propriedades químicas da água comum e das águas pesadas são praticamente as mesmas.
Isóbaros
Quando átomos de elementos diferentes apresentam o mesmo
número de massa,são denominados isóbaros.Veja os exemplos:
𝒂) 𝑪 (𝒄𝒂𝒓𝒃𝒐𝒏𝒐 − 𝟏𝟒) é 𝒊𝒔ó𝒃𝒂𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝟔𝟏𝟒 𝑵(𝒏𝒊𝒕𝒓𝒐𝒈ê𝒏𝒊𝒐 − 𝟏𝟒)𝟕
𝟏𝟒 𝒃) 𝑲 (𝒑𝒐𝒕á𝒔𝒔𝒊𝒐 − 𝟒𝟎) é 𝒊𝒔ó𝒃𝒂𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝟏𝟗
𝟒𝟎 𝑪𝒂(𝒄á𝒍𝒄𝒊𝒐 − 𝟒𝟎)𝟐𝟎𝟒𝟎
Os isóbaros possuem propriedades físicas e químicas
diferentes.
Isótonos Quando átomos de elementos diferentes apresentam o mesmo
número de nêutrons,são denominados isótonos.Veja os exemplos:
𝒂) 𝑯 (𝒕𝒓í𝒕𝒊𝒐) é 𝒊𝒔ó𝒕𝒐𝒏𝒐 𝒅𝒆 𝟏𝟑 𝑯𝒆(𝒉é𝒍𝒊𝒐 − 𝟒)𝟐
𝟒 𝒃) 𝑭 (𝒇𝒍ú𝒐𝒓 − 𝟏𝟗) é 𝒊𝒔ó𝒕𝒐𝒏𝒐 𝒅𝒆 𝟗
𝟏𝟗 𝑵𝒆(𝒏𝒆ô𝒏𝒊𝒐 − 𝟐𝟎)𝟏𝟎𝟐𝟎
Os isótonos possuem propriedades físicas e químicas
diferentes.
Isoeletrônicos Quando átomos de elementos diferentes apresentam o mesmo
número de elétrons,são denominados isoeletrônicos.Veja os exemplos:
20Ca2+ é isoeletrônico de 17Cl1- => 18 elétrons
11Na1+ é isoeletrônico de 12Mg2+- => 10 elétrons
10Ne é isoeletrônico de 8O-2 => 10 elétrons
Átomos isoeletrônicos possuem propriedades físicas e químicas diferentes. Exercício resolvido
01) Sabendo que A e B são isóbaros e B e C são isótopos, dê os números atômicos e de massa de cada um dos átomos.
𝑨𝐗 +𝟏𝟑𝐲 +𝟓
𝑩𝐱𝟐𝐱 +𝟐 𝑪𝐲 +𝟑
𝟒𝐲
Resolução:
Como A e B são isóbaros podemos afirmar que;
3y +5 = 2x + 2 (1o equação)
OH H1161
16D O D
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Como B e C são isótopos podemos afirmar que:
x= y+ 3
Substituindo-se o valor de X na 1o equação, temos:
3y +5 = 2(y+3) +2 3y +5 = 2y + 6 +2
y = 3
Portanto: x= y+ 3
x = 3+3 =6
Sendo assim, temos:
𝑨𝟕𝟏𝟒 𝑩𝟔
𝟏𝟒 𝑪𝟔 𝟏𝟐
Exercícios propostos
01 - (UNEMAT MT) Assinale abaixo a alternativa que representa, de forma correta, as quantidades de prótons, nêutrons e elétrons,
respectivamente, do íon 2138
56 Ba
a)56, 54 e 82 b)56, 82 e 54 c)54, 82 e 56 d)56, 138 e 56 e)54, 82 e 138 02 - (UDESC SC) Os íons Mg+2 e F–1, originados dos átomos no estado fundamental dos elementos químicos magnésio e flúor, respectivamente, têm em comum o fato de que ambos: a)possuem o mesmo número de elétrons. b)foram produzidos pelo ganho de elétrons, a partir do átomo de cada elemento químico, no estado fundamental. c)foram produzidos pela perda de elétrons, a partir do átomo de cada elemento químico, no estado fundamental. d)possuem o mesmo número de prótons. e)possuem o mesmo número de nêutrons. 03 - (UFAL) Os compostos de sódio são importantes principalmente porque são baratos e solúveis em água. O cloreto de sódio é obtido da água do mar (processo de salinas) ou de minas subterrâneas (salgema).Ao se compararem os íons Na+ e Cl− com os seus respectivos átomos neutros de onde se originaram, é correto afirmar que:
a)o número de elétrons permanece inalterado. b)ambos os íons são provenientes de átomos que perderam elétrons. c)o cátion originou-se do átomo neutro a partir do recebimento de um elétron. d)houve manutenção da carga nuclear de ambos os íons. e)o número de prótons aumentou. 04 - (UFPB) Dois átomos A e B são isóbaros. A tem número de massa 4x + 5 e número atômico 2x + 2, e B tem número de massa 5x - 1. O número atômico, número de massa, número de nêutrons e número de elétrons do átomo A correspondem, respectivamente, a a)14, 29, 14 e 15. b)29, 15, 14 e 14. c)29, 14, 15 e 14. d)14, 29, 15 e 14. e)29, 14, 15 e 15. 05 - (UFRRJ) Os átomos X e T são isótopos, os átomos W e T são isóbaros X e W são isótonos. Sabendo-se que o átomo X tem 25 prótons e número de massa 52 e que o átomo T tem 26 nêutrons, o número de elétrons do átomo W é: a)21 b)22 c)23 d)24 e)25
06 - (UNEB BA) O número de elétrons do cátion X3+ é igual ao número de prótons do átomo Y, que por sua vez é isótopo do átomo W, que apresenta número atômico e número de massa , respectivamente: 36 e 84.O número atômico do elemento X é: a)33 b)36 c)39 d)45 e)51 07 - (UCS RS) No organismo humano, alguns dos elementos químicos existem na forma de íons. Esses íons desempenham um papel fundamental em vários processos vitais, participando de reações químicas. Os íons Na+ e Mg2+, por exemplo, estão, respectivamente, envolvidos no equilíbrio eletrolítico e no funcionamento dos nervos.Em relação aos íons 23Na+ e 24Mg2+, é correto afirmar que são a)isótopos e isoeletrônicos. b)isoeletrônicos e isótonos. c)isótonos e isóbaros. d)isóbaros e isótopos. e)isoeletrônicos e isóbaros. 08 - (UFMA) O átomo 52M apresenta 28 nêutrons. Assim, o íon M+3 é isoeletrônico ao átomo: a)20Ca b)22Ti c)21Sc d)23V e)25Mn Questão 09) Assinale a alternativa correta. Os isótopos são átomos: a)de um mesmo elemento químico, apresentam propriedades químicas praticamente idênticas, mas têm um número diferente de nêutrons no seu núcleo. b)que têm o mesmo número de prótons e um número diferente de nêutrons no seu núcleo, apresentando propriedades químicas totalmente distintas. c)de um mesmo elemento químico, apresentam propriedades químicas idênticas, mas têm um número diferente de prótons no seu núcleo. d)de elementos químicos diferentes, com o mesmo número de nêutrons no seu núcleo e apresentam propriedades químicas semelhantes. e)de elementos químicos diferentes, apresentam propriedades químicas distintas, mas têm o mesmo número de nêutrons no seu núcleo. 10 - (UERJ)
Ao comprarem-se as partículas elementares sugeridas pela Associação de Físicos Nucleares, adquire-se o material necessário para a construção de um átomo isótopo do: a)lítio b)boro c)hélio d)berílio e)hidrogênio Gabarito 01 - Gab: B 02 - Gab: A 03 - Gab: D 04 - Gab: D 05 - Gab: C
06 - Gab: C 07 - Gab: B 08 - Gab: C 09 - Gab: A 10 - Gab: E