1 ESTRUTURA ATÓMICA - … · Classificiação de materiais - Estrutura atómica Ciências Físico-químicas | 9º ano de escolaridade Docente Marília Silva Soares 2 Ciências Físico-

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


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.


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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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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




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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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




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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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 massa = 2


=2 - 1 = 1



n.º de massa = 3


=3 - 1 = 2


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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)




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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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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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





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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• 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





• 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


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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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• 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




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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• 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 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




Mas, o último nível não pode conter mais do que 8

eletrões o último eletrão deve passar para o nível

seguinte!!!

1882:19 K




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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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.




• 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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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.


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QUESTÃO: COMO SE FORMAM OS IÕES?




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


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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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