ALEXANDRE COSTA • ANA MARIA COSTAANA MARGARIDA FERREIRA

QUÍMICA11.ª CLASSE

QU

ÍM

IC

A1

1.ª

CL

AS

SE

11.ª Classe Reforma Educativa

• Educação Física

• Teoria e Prática do Design

• Física

• Química

• Desenho

• Economia

• Técnicas de Expressão Artística

K-Quimica 11-ok 6/4/07 4:09 PM Page 1

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ÍNDICE

Tema A: Estrutura dos átomosA1. Espectro de emissão do hidrogénio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

A2. Energia de ionização . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29A2.1. Energia de ionização do átomo de hidrogénio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29A2.2. Energia de ionização e energia dos electrões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

A3. Distribuição electrónica de alguns átomos e dos respectivos iões . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

A4. Energia de ionização e Tabela Periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40A4.1. Semelhança dos elementos do mesmo grupo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40A4.2. Configuração electrónica dos iões positivos e negativos (até Z=20) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50A4.3. Variação da energia de ionização na Tabela Periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52A4.4. O tamanho dos átomos e dos iões: o raio atómico como propriedade periódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Tema B: Estrutura das moléculasB1. Ligações químicas em moléculas diatómicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84B1.1 Dos átomos às moléculas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84B1.2. Os electrões nas moléculas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86B1.2.1. Ligação covalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86B1.2.2. Ionização nas moléculas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87B1.2.3. Níveis energéticos nas moléculas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87B1.3. Os electrões ligantes, não ligantes e antiligantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88B1.4. A energia de ligação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89B1.5. Ligações múltiplas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90B1.6. Fórmulas de estrutura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92B1.7. Outras representações moleculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92B1.8. Ligações polarizadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92B1.8.1. Ligação covalente apolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92B1.8.2. Ligação covalente polar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92B1.8.3. Electronegatividade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94B1.9. Ligação iónica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98B1.10 Ligação metálica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

B2. Ligações químicas em moléculas poliatómicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105B2.1. As moléculas poliatómicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105B2.2. Energia de ligação em moléculas poliatómicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105B.2.3. Geometria molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106B.2.3.1. Comprimento das ligações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106B2.3.2. Ângulo de ligação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107B2.3.3. Previsão da geometria molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108B2.4. Polaridade e geometria molecular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111B2.5. As ligações de hidrogénio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

Tema C: Electroquímica C1. Reacções de oxidação-redução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138C1.1. Números de oxidação, sua determinação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139C1.2. Identificação de reacções redox através da variação dos números de oxidação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141C1.3. Pares redox conjugados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142C1.4. Dismutação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142C1.5. Acerto de equações redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

C2. Pilhas electroquímicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147C2.1 A ponte salina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149C2.2 Nomenclatura convencional das pilhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149C2.3. Pilhas electroquímicas com eléctrodos inertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151C2.4. A reactividade dos metais e o potencial padrão de eléctrodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

C3. A espontaneidade das reacções redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156C3.1. O potencial normal de redução e o sentido espontâneo das reacções . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

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C3.2. Cálculo da força electromotriz de células electroquímicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157C3.3. Pilhas comerciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160C3.4. As pilhas do futuro: pilhas de combustível ou combustão à distância . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

C4. A electrólise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166C4.1. O que é a electrólise? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166C4.2. A electrólise de sais fundidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169C4.3. A electrólise de dissoluções aquosas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Tema D: Compostos de coordenaçãoD1. Diferença entre sais e complexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

D2. Teoria de Coordenação de Werner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186D2.1 Definição de ião central, ligando, esfera interna e externa, número de coordenação

e carga do ião complexo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186D2.2. Geometria de complexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188D2.3. Ligandos polidentados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189D2.4. Nomenclatura dos compostos de coordenação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

D3. Dissociação e constante de formação ou estabilidade dos iões complexos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

D4. Importância e aplicações dos compostos de coordenação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

Tema E: Estudo do Grupo 14 (IVA) da Tabela PeriódicaE1. Grupo 14: A família do carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204E2. Os elementos do Grupo 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204E3. Obtenção do carbono. Propriedades físicas e químicas. Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206E4. Compostos oxigenados de carbono (óxidos e ácidos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213E5. Ciclo do carbono na Natureza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217E6. Obtenção do silício. Propriedades físicas e químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219E7. Compostos oxigenados de silício (óxidos e silicatos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221E8. Indústria do vidro e do cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223E8.1. O fabrico do vidro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223E8.1.1. Alguns tipos de vidros comercializados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226E8.1.2. História da indústria vidreira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227E8.2. O fabrico do cimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Tema F: O que é a química orgânicaF1. Os hidrocarbonetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238F1.1. Os alcanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244F1.2. Os cicloalcanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247F1.3. Os alcenos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248F1.4. Os alcinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249F1.5. O benzeno e outros hidrocarbonetos aromáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250F1.6. Nomenclatura de hidrocarbonetos aromáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251F.1.7. Distinção dos hidrocarbonetos saturados e insaturados por via experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

F2. Isomeria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254F2.1. Isomeria de cadeia e de posição nos alcanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255F2.1.1. Isomeria de cadeia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255F2.1.2. Isomeria de posição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256F2.2. Isomeria geométrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256F2.2.1. Em alcenos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256F2.2.2. Em cicloalcanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

F3. Outros compostos orgânicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259F3.1. Grupos característicos ou funcionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259F3.1.1. Os álcoois . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .259F3.1.2. Os aldeídos e as cetonas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

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Quem não se maravilhou já com um espectáculo de fogo-de-artifício?Ou com um belo arco-íris após uma chuvada num dia de sol? Ou com osnéons multicolores que iluminam a noite das grandes cidades?

Todos estes fenómenos estão relacionados com a radiação electro-magnética e a sua interacção com a matéria.

Neste tema iremos aprender sobre a estrutura do átomo: as evi-dências experimentais que levaram à proposta dos modelos atómicosmais recentes provêm do estudo da radiação emitida por átomos noestado excitado.

A1. Espectro de emissão do hidrogénio

Quando se encerram átomos de um elemento no estado gasoso, a baixa pressão, numa ampola de vidro, ese aplica uma diferença de potencial, verifica-se a emissão de luz. Contudo, quando se faz passar esta por umprisma ou se observa com um espectroscópio, vêem-se apenas algumas riscas coloridas, ao contrário do queacontece com a luz branca, que produz um espectro contínuo. Os espectros produzidos por gases a baixa pres-são, por acção de uma descarga eléctrica, são designados espectros de riscas e são característicos de cada ele-mento. Por essa razão, as linhas características do espectro de emissão de um elemento podem ser usadas emanálise química, quer para o identificar quer para o quantificar.

Figura 1.1. Espectro da luz branca, produzido por um prisma de difracção. A luz branca de uma fonte luminosa, como o Sol ou uma lâm-pada de incandescência, é passada por uma ou mais fendas para produzir um feixe fino que é posteriormente passado porum prisma que a separa nas diferentes cores que a compõem1.

8

Fendas

PrismaLuz branca

Espectrocontínuo

1 A decomposição da luz solar num conjunto de cores, tal como se observa no arco-íris, foi efectuada pela primeira vez por Sir Isaac Newton(matemático, físico e astrónomo Inglês, 1642-1727), em 1666. A baixa resolução obtida por este método faz com que o espectro solar pare-ça ser contínuo, por não serem observáveis as riscas de absorção.

TEM

A A

-ES

TRU

TURA

DO

S Á

TOM

OS

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O tempo que decorre entre a passagem de duas "cristas" no mesmo ponto do espaço designa-se por perío-do (T) da onda e exprime-se em segundos (s) no SI.

Estas duas grandezas são inversas, isto é,

Uma das técnicas experimentais mais utilizadas na determinação da estrutura dos átomos e moléculas é,como veremos, a espectroscopia, que consiste na detecção e análise da radiação electromagnética absorvidaou emitida por essas espécies. Nessa análise utiliza-se muitas vezes a grandeza número de onda, , que éinversa do comprimento de onda:

A radiação electromagnética propaga-se a diferentes velocidades em diferentes meios materiais, depen-dendo essa velocidade do seu comprimento de onda e da composição do meio. É por esta razão que a luz bran-ca, ao passar por um prisma ou por gotas de chuva, se decompõe, dando origem a um espectro contínuo ou"arco-íris".

No entanto, no vácuo, todas as radiações electromagnéticas se propagam com a mesma velocidade(c = 2,998 × 108 m.s–1 ou 1,079 × 109 km.h–1).

ν

ν = 1

T

νλ

= 1

104 m

103 m

102 m

101 m

102 c

m =

1 m

101 c

m10

0 cm

10–1

cm

10–2

cm

10–3

cm

103 c

m10

2 cm

101 c

m10

0 cm

10–1

nm

10–2

nm

10–3

nm

λν10

kH

zFr

equê

ncia

Com

prim

ento

de o

nda

100

kHz

100

MH

z10

9 Hz

=1.

000

MH

z1

MH

z =

1.00

0 M

Hz

1010

Hz

1011

Hz

1012

Hz

1013

Hz

1014

Hz

1015

Hz

1016

Hz

1017

Hz

1018

Hz

1019

Hz

1020

Hz

1021

Hz

Navegação aérea

Onda média

O Banda da polícia

Onda curta

Rádio FMTV-VHF

TV-UHFRadar

Rad

io

Microondas

Longínquo

Infravermelho

Próximo

visível

Ultravioleta

Longínquo

Raios X

Raios γ

Telemóveis

baix

a en

ergi

aal

ta e

nerg

ia

Rád

ioR

adar

Visí

vel

UV

XG

ama

IR

400 nm Violeta Anil

500 nm

Verde

Amarelo

600 nm

Laranja

Vermelho

700 nm

Azul

Figura 1.6. O espectro da radiação electromagnética.

11

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Podemos verificar através da análise do gráfico da figura 4.3.1. que a energia de ionização varia com oaumento do número atómico, da seguinte forma:

Geralmente:

- Aumenta ao longo do período.- Diminui ao longo do grupo.

Todos os átomos do mesmo período têm os seus electrões de valência distribuídos no mesmo nível deenergia, verificando-se um aumento da carga nuclear efectiva da esquerda para a direita.

Devido ao aumento da carga nuclear efectiva, os electrões de valência vão sendo mais atraídos pelo núcleo,sendo mais difícil a sua remoção do átomo.

Ao longo do grupo, devido ao aumento do número de níveis de energia com electrões, os electrões devalência estão em média mais afastados do núcleo, sendo, por isso, menos atraídos pelo mesmo e mais fáceisde remover do átomo.

A4.4. O tamanho dos átomos e dos iões: o raio atómico como propriedade periódica

Existem variadas técnicas que permitem estimar o tamanho de átomos e de iões.

Define-se:

• Raio atómico como sendo metade da distância entre os núcleos de dois átomos adjacentes ou,para elementos que existam como moléculas diatómicas simples, como sendo metade da distânciaentre os núcleos dos dois átomos numa determinada molécula.

• Raio iónico, é o raio de um catião ou de um anião.

Aumento

Energia de 1.ª ionização

Aum

ento

198 pm

228 pm

214 pm

Cl

Br

Figura 4.4.1. Os raios atómicos do cloro e do bromo são metade da distância entre osnúcleos nas moléculas diatómicas homonucleares. Estes valores podemser usados para prever a distância entre os núcleos em BrCl.

53

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O raio atómico dos elementos é uma propriedade periódica, pois os seus valores variam periodicamente,isto é, aumentam ou diminuem com o aumento do número atómico, como podemos constatar pelo gráficorepresentado na figura 4.4.2.

Verifica-se que o raio atómico aumenta ao longo do grupo e diminui ao longo do período, com oaumento do número atómico.

Por exemplo, para os elementos do grupo 1, com um só electrão de valência, verifica-se que o tamanho doátomo aumenta com o aumento do número de níveis de energia com electrões, logo, o raio dos seus átomosmetálicos aumenta do Lítio (Li) para o Césio (Cs).

Ao longo do período verificamos que o número atómico aumenta e consequentemente a carga nuclear e onúmero de electrões de valência. No exemplo dos elementos do 2.º período, verificamos que o primeiro nívelde energia permanece igual em todos os átomos. O facto de aumentar de átomo para átomo o número deelectrões poderia fazer prever um aumento do raio atómico, no entanto, o aumento da carga nuclear efectivavai superar esse efeito provocando uma maior atracção do núcleo sobre a nuvem electrónica, diminuindo oraio atómico do Lítio (Li) para o Flúor (F).

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TEM

A A

-ES

TRU

TURA

DO

S Á

TOM

OS

00

100

200

10 20 30

Raio

ató

mic

o/pm

40 50 60Número atómico, Z

HNe

LiNa

K

Ar Kr

Rb

Xe

Cs

Aumento

Raio atómicoAu

men

to

Figura 4.4.2. Representação dos raios atómicos dos elementos em função dos seus números atómicos.

1H 1s1 32

3Li 1s2 2s1 152

11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 186

19K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 227

Elemento Configuração electrónica Raio atómico (pm)

Tabela 4.4.1. Raios atómicos de alguns elementos do grupo 1.

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14. Considere os primeiros níveis de energia do átomo de H.

Energia (J/átomo)

–1,36 × 10–19 ____________ N

–2,42 × 10–19____________ M

–5,45 × 10–19____________ L

–2,18 ×10–18 ____________ K

14.1. Determine o comprimento de onda máximo da radiação capaz de ionizar o átomo de H no estado fundamental.

14.2. Determine a energia do fotão visível de menor frequência, emitido pelo átomo de H, em KJ/mol.

15. Caracterize o efeito fotoeléctrico.

16. O gráfico da Figura 1 foi obtido por via experimental.a) Interprete o efeito fotoeléctrico, utilizando o gráfico.b) Sabendo que a energia do electrão mais energético do

lítio é – 3,83 × 10 –19J, calcule para o lítio o valor de νo.

17. O gráfico da Figura 5 foi obtido por via experimental.a) Interprete o efeito fotoeléctrico, utilizando o gráfico.b) Sabendo que a energia do electrão mais energético do césio é –3,04 × 10–19 J, calcule para o césio o

valor de λo.

18. Uma superfície metálica, quando sobre ela incide uma radiação U.V. de c.d.o. 1,5 × 10–7 m, emite fotoe-lectrões que têm uma energia cinética de 8,0 × 10–19 J. Determine o comprimento de onda máximo daradiação incidente de modo a haver emissão de fotoelectrões.

19. Um feixe de luz monocromática incide sobre uma placaoriginando fotoelectrões. Indique o que sucederá se:a) Diminuir a intensidade do feixe incidente.b) Aumentar a frequência do feixe incidente.

20. A 1.ª energia de ionização (para um átomo) de Cobre é5,55 × 10–20J. Calcule a energia cinética dos fotoelec-trões quando incide sobre a placa de cobre uma radia-ção de 125 nm.

EXERCÍCIOSTE

MA

A -

ESTR

UTU

RA D

OS

ÁTO

MO

S

Energia cinéticados fotoelectrões

frequência daradiação incidente

νν0

Energia cinéticados fotoelectrões

comprimento de ondada radiação incidente

λλ0

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Figura 5

Figura 6

Figura 4

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21. Uma superfície metálica, quando sobre ela incide uma radiação visível de c.d.o. 3,5 × 10–7 m, emite fotoe-lectrões que têm uma energia cinética de 1,3 × 10–19J. Determine a frequência crítica deste metal.

A2. Energia de ionização

22. A 1.ª energia de ionização (para um átomo) do Zinco é 5,81 × 10–19J.a) Calcule o máximo comprimento de onda da radiação incidente capaz de ionizar o Zinco.b) Calcule o máximo c.d.o. para que os electrões sejam ejectados com uma energia cinética de 2,5 × 10–20J.

23. Qual o significado de energia de remoção electrónica?

24. Explique por que razão a energia de remoção electrónica para electrões do cerne é inferior à energia deionização desses mesmos electrões.

25. Explique como é possível a determinação dos subníveis de energia do electrão num átomo polielectróni-co utilizando espectroscopia fotoelectrónica.

A3. Distribuição electrónica de alguns átomos e dos respectivos iões

26.a) Quantos electrões podem existir nos subníveis energéticos s?b) Quantos electrões podem existir nos subníveis energéticos p?c) Quantos electrões podem existir nos subníveis energéticos d?d) Quantos electrões podem existir nos subníveis energéticos f?

27. Construa o diagrama de Pauling.

28. Recorrendo ao diagrama de Pauling, coloque por ordem crescente de energia os subníveis 3p, 6d, 7s e 6s.

29. Considere os elementos representativos 6A, 9B, 12C e 20D (não são símbolos químicos).29.1 Escreva a distribuição electrónica de cada um deles no estado fundamental, de acordo com o mode-

lo de Bohr.29.2 Escreva a configuração electrónica para cada um deles considerando os subníveis de energia.

30. Um elemento X (não é símbolo químico) apresenta para valores das energias de remoção electrónica496 kJ.mol–1, 2938 kJ.mol–1, 6126 kJ.mol–1 e 103 316 kJ.mol–1. Os valores das suas primeiras oito energiasde ionização são, respectivamente, 496 kJ.mol–1, 4560 kJ.mol–1, 6940 kJ.mol–1, 9540 kJ.mol–1,13 400 kJ.mol–1, 16600 kJ.mol–1, 20100 kJ.mol–1 e 25500 kJ.mol–1.a) Escreva a configuração electrónica do elemento em causa, em função dos subníveis de energia.b) Escreva a distribuição electrónica segundo o modelo de Bohr.

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EXERCÍCIOS

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