DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE  ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312)                  2011 / 2012MÓDUL...
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Módulo q1 química 1 24_10_2011_convertido

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Módulo q1 química 1 24_10_2011_convertido

  1. 1. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012MÓDULO Q1 química
  2. 2. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012Os átomos … uma breve históriaEra uma vez… Bom, talvez não seja necessário começar assim, mas, a história doátomo vem de certeza de à muitos anos.Já na Grécia antiga, havia um conjunto de filósofos gregos que especulava sobre aexistência de átomos. Para eles, tudo era constituído por átomos, partículasminúsculas e indivisíveis.Infelizmente nunca conseguiram provar a sua existência, tendo sido abandonadaesta ideia, faltava-lhes tecnologia… Só a partir do século XIX foi retoma esta ideia.Hoje sabe-se que os átomos existem, e que se agrupam das mais variadas maneirasformando as mais variadas combinações.Mais… sabemos que os átomos são divisíveissendo formados por protões, neutrões eeletrões. Inclusive, os dois primeiros, os protõese os neutrões, são constituídos por conjuntos detrês partículas chamadas quarks.Cada vez mais sabemos mais sobre a matéria. Quando partimos um protão, estedivide-se em partículas mais instáveis e mais misteriosas. Cada vez sabemos maissobre a matéria, mas obviamente, mais perguntas se levantam. Sabemos muitacoisa sobre a força fraca, responsável pela atração gravítica entre planetas, mas nãosabemos nada sobre a força forte, força que é responsável pela coesão daspartículas que formam o protão ou o neutrão. Um mundo novo de descobertas e dedissabores que podem bem ser completados por vocês.Quem sabe se entre vocês não haverá um novo Demócrito ou um novo Einstein?Não sabemos…Mas o que sabemos é que as ideias algo toscas iniciadas por um grupo de filósofosgregos está bem presentes nos dias de hoje e são os pilares de entendimento sobrecomo isto tudo está organizado.
  3. 3. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012Evolução dos modelos atómicosComo vimos, foi só no século XIX que a ideia do átomo como constituinte da matéria,tomou força. Tal ficou a dever-se a um conjunto de cientistas que ao longo de muitosanos e apoiando-se nas descobertas uns dos outros elaboraram modelos atómicoscada vez mais rigorosos.O primeiro cientista a teorizar sobre a existência destes átomos foi John Dalton, queé considerado o fundador da teoria atómica moderna. Modelo Atómico de John Dalton (1808)As características do modelo atómico de Dalton são:  A matéria é formada por partículas extremamente pequenas chamadas átomos;  Os átomos são esferas maciças, indestrutíveis e intransformáveis;  Átomos que apresentam mesmas propriedades (tamanho, massa e forma) constituem um elemento químico;  Átomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes;  Os átomos podem unir-se entre si formando "átomos compostos";  Uma reação química nada mais é do que a união e separação de átomos.Este modelo apresentava uma série de falhas. Uma delas era não prever a existênciados eletrões, descobertos em 1897 por Joseph Thomson.
  4. 4. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 Modelo Atómico de Joseph Thomson (1897) Também chamado de Modelo do Pudim de Passas.Baseando-se no trabalho elaborado por vários cientistas da altura, como porexemplo William Crookes, que através de tubos de descarga descobriam uns raiosmisteriosos chamados de raios catódicos, e cuja carga era negativa, Thomson, mediua razão entre a carga e a massa (q/m). Ampola utilizada por Thomson para estudar esses raios catódicos. E … deu-lhes um nome!A partir daí, foi possível perceber que os átomos,eletricamente neutros, apresentavam dois tipos de cargaselétricas opostas, (positiva e os eletrões, com carganegativa).Por conseguinte, J. Thomson propôs um novo modeloatómico, que veria ser conhecido como o modelo do pudimde passas. Tal modelo, considerava o átomo como uma esfera carregada
  5. 5. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012positivamente, na qual, encontravam-se dispersas partículas negativas (eletrões)distribuídas aleatoriamente, em número suficiente para a carga global ser nula.Este modelo explicava muita coisa… mas infelizmente estava errado!Para começar, Thomson não utilizou os resultados obtidos por Eugen Goldstein, queusando uma ampola de Crookes modificada, detetou um feixe de raios, aos quaischamou raios canais, que vinham de uma direção oposta aos raios catódicos. Partiuapenas do principio que teriam que ser positivos. Só 12 anos após esta descobertapor Goldstein, é que um outro cientista, wilhelm wien, chegou á conclusão que estesraios canais eram átomos de hidrogénio ionizado.Por volta de 1912 , Ernest Rutherford, concluiu através de estudos sobre adesintegração nuclear de que os raios canais eram partículas carregadaspositivamente a que chamou protões.Mas restava uma dúvida, onde colocar essas partículas? Será que elas formariam aesfera atómica proposta por Thonson?Estas dúvidas assolavam a mente do jovem Rutherford, que numa experiencia comalguns dos seus alunos, bombardeou uma fina folha de ouro com partículas alfa(núcleos de átomos de hélio) esperando não observar nada.Tal não foi o espanto, quando viu que a maior parte das partículas atravessava afolha de ouro, havendo ainda algumas partículas que sofreram desvios acentuados. Tais resultados impunham uma nova abordagem. E com uma mente aberta, Rutherford, procurou um modelo atómico que procurasse explicar as observações. Propôs então, um modelo análogo ao sistema solar, no qual os protões
  6. 6. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012ocupavam uma zona central bastante pequena, chamada núcleo e os eletrõescirculavam em orbitas circulares e fechadas à volta desse núcleo.Desde sempre, este modelo esbarrou com uma teoria… Anos antes, um cientistatrabalhando noutra vertente, tinha obtido um dos mais belos trabalhos teóricos emtoda a física.James Maxwell, escreveu um conjunto de equações que descrevem toda a teoriaeletromagnética.De acordo com esta teoria, qualquer carga elétrica, quando acelerada, perdeenergia. Ora, usando o modelo atómico de Rutherford, isto significava que oseletrões em orbita, iriam continuamente perdendo energia até chocarem com onúcleo. Isto esbarrava no facto dos átomos serem estáveis e pelo facto de haverriscas dos espectro de emissão e de absorção. Neils Bohr, tentando eliminar as falhas deste modelo, em 1913 completou o modelo aplicando algumas restrições. Modelo Atómico de Niels Bohr (1913) & Os eletrões movem-se à volta do núcleo em órbitas circulares; & A cada orbital corresponde um valor de energia; &Os eletrões, quando inseridos nas suas orbitas naturais, não perdem energia; &Para os eletrões poderem saltar de nível terá que haver alterações energéticas. eletrão núcleo órbita
  7. 7. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 Modelo da Nuvem Eletrónica – ou Modelo Atual (Erwin Shrödinger – 1926) Atualmente está posta de parte a ideia de órbitas circulares para os eletrões. Os eletrões movem-se de um modo desconhecido com uma velocidade muito elevada formando uma espécie de nuvem que não é uniforme: nuvem eletrónica. O átomo consiste num denso núcleo composto por protões (carga positiva) e neutrões (carga neutra) e circundado por eletrões (carga negativa) numa nuvem eletrónica. Onde for mais provável encontrar o eletrão a nuvem é mais densa, onde é menos provável o eletrão a nuvem é menos densa. Núcleo (com protões e neutrões)Nuvem eletrónica
  8. 8. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 Ou seja, ao longo da história, o modelo atómico foi sendo atualizado devidoaos avanços que eram feitos pela ciência. Quanto mais se avança, melhor será omodelo e por conseguinte novas perguntas serão feitas. Constituição do Átomo Protões Núcleo Neutrões Átomo Nuvem eletrónica – eletrões Representação: Protões (p+) – partículas de carga positiva Neutrões (n0) – partículas com carga neutra Eletrões (e-) – partículas com carga negativa O átomo é uma partícula globalmente neutra (carga total positiva igual à carga totalnegativa). Assim o número de protões (carga positiva) é igual ao número de eletrões(carga negativa). Num átomo: Número de protões = Número de eletrões Num átomo: número de p+ = número de e-
  9. 9. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 A cada uma das espécies de átomos corresponde um elemento químico. Atualmente existem 116 elementos químicos, dos quais 26 são fabricadosartificialmente. Ao se observar alguns elementos químicos na Tabela Periódica verifica-se queexistem alguns no estado sólido (exemplo: cobre), no estado líquido (exemplo:mercúrio) e no estado gasoso (exemplo: hidrogénio). Átomos e Moléculas Os corpúsculos constituintes das substâncias podem ser os átomos e as moléculas. As moléculas são formadas por agregados de átomos. Por exemplo:  Os corpúsculos constituintes do gás hélio são os átomos.  Os corpúsculos constituintes da água são as moléculas, por sua vez, formadas por átomos de hidrogénio e de oxigénio. Átomos Moléculas Zinco (Zn) Água (H2O) Ferro (Fe) Amoníaco (NH3) Exemplos Cobre (Cu) Metano (CH4) Mercúrio (Hg) Dióxido de Carbono (CO2) Sódio (Na) Álcool Etílico (C2H6O) Cloro (Cl) Cloreto de Hidrogénio (HCl)
  10. 10. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 Fórmulas químicas de moléculas A fórmula química de qualquer substância molecular tem um significadoqualitativo e um significado quantitativo: - qualitativamente, indica os elementos que constituem essa substância; - quantitativamente, informa acerca do número de átomos de cada elemento que constituem a molécula. Apresentam-se na tabela seguinte alguns exemplos: Nome da Substância Fórmula Química Significado qualitativo e quantitativo Molécula formada por 2 átomos de Di-hidrogénio H2 hidrogénio Molécula formada por 1 átomo de carbono e Dióxido de carbono CO2 2 átomos de oxigénio Molécula formada por 1 átomo de carbono e Metano CH4 4 átomos de hidrogénio Molécula formada por 1 átomo de azoto e 3 Amoníaco NH3 átomos de hidrogénio Diazoto N2 Molécula formada por 2 átomos de azoto Entre os exemplos apresentados verificas que as substâncias podem serformadas por átomos iguais ou por átomos diferentes. Substâncias elementares: Substâncias formadas por átomos do mesmo elemento químico. Exemplos: H2; O2; Cl2; Br2.
  11. 11. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012Substâncias compostas: Substâncias formadas por átomos de elementos químicos diferentes. Exemplos: H2O; CO2; NH3; CH4.Características dos átomos Cada elemento tem o seu próprio número atómico que fornece a informação do número de protões. Todos os átomos do mesmo elemento têm o mesmo número de protões. Átomos de elementos diferentes têm número atómico diferente. A partir do número atómico é possível conhecer o número de eletrões desse átomo. Cada átomo tem o seu próprio número de massa, que indica o número de protões mais o número de neutrões.Resumindo…Para o caso do átomo de Alumínio: Número de massa = 27 Número atómico = 1327 Número de protões = 1313 Al Número de eletrões = 13 Número de neutrões = 14
  12. 12. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 Sendo assim pode-se generalizar para um elemento qualquer. Por exemplo umelemento X: A Legenda:  Número de massa Número atómico X Z X X: elemento químico A: número de massa Z: número atómico Num átomo: Z: número atómico Número atómico (Z) = Número de Protões (p+) = Número de eletrões (e-) Número de massa (A) = Número de neutrões (n0) + número atómico (Z) $Analisando… Carga nuclear = número de protões (p+) [que por sua vez é igual ao número atómico (Z) Símbolo Elemento e- p+ A Z n0 Carga nuclear químico 235 A-Z = 235- Urânio U 92 92 92 235 92 + 92 92=143 Isótopos Como já reparaste, todos os átomos de um elemento têm o mesmo númeroatómico (Z), isto é, têm igual número de protões (p+). No entanto podem não sertodos iguais. Há átomos do mesmo elemento com diferente número de neutrões(n0) e, por isso, com número de massa (A) diferente. Os isótopos de um elemento têm:
  13. 13. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 O mesmo número atómico (Z) Diferente número de massa (A), pois o número de neutrões é diferente. ISÓTOPOS: Número atómico (Z) – igual$Analisando… Número de massa (A) – diferenteNota: O Hidrogénio-1 e o Cloro-35 são os mais abundantes na Natureza.
  14. 14. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 Iões Há substâncias cujos corpúsculos constituintesnão são átomos nem moléculas. São outro tipo decorpúsculos portadores de cargas elétricas, que sedesignam de iões. Muitos dos fenómenos que ocorrem na nossavida só se explicam admitindo a existência decargas elétricas. Se friccionarmos um balão de borracha com um pano de lã verificamos queeste atrai pedacinhos de papel. Para explicar este fenómeno, diz-se que os materiais ficam eletrizados. Istoquer dizer que os materiais ao serem friccionados adquirem cargas elétricas. Os nomes atribuídos às cargas elétricas são: carga elétrica negativa e cargaelétrica positiva. Como já viste os átomos são corpúsculos eletricamente neutros, isto é, onúmero de cargas negativas (eletrões) é igual ao número de cargas positivas(protões). No entanto, os átomos (ou grupo de átomos) também podem “ganhar” ou“perder” eletrões.  Quando “ganham” eletrões, originam novos corpúsculos com carga elétrica negativa. Chamam-se iões negativos ou aniões.  Quando “perdem” eletrões, originam novos corpúsculos com carga elétrica positiva. Chamam-se iões positivos ou catiões.
  15. 15. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 $Analisando… Átomo Átomo Catião Anião Nota: O anião tem sempre um tamanho maior que o catião. Representação de iões Se os iões são positivos, coloca-se no símbolo do elemento, um índice superiordireito indicando o número de cargas positivas. O número de cargas indica onúmero de eletrões que o átomo perdeu. Exemplo: ü A representação simbólica do ião Na+. O sinal +, indicado no índice superiorsignifica que o átomo de sódio perdeu 1 eletrão (omite-se o número 1). ü A representação simbólica do ião Mg2+. O sinal 2+, indicado no índicesuperior significa que o átomo de sódio perdeu 2 eletrões. ü A representação simbólica do ião O2-. O sinal 2-, indicado no índice superiorsignifica que o átomo de oxigénio ganhou 2 eletrões.
  16. 16. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 Resumindo:Nome/Símbolo do Nome/Símbolo do ião Explicação átomo Sódio (Na) Ião sódio (Na+) – catião O átomo de sódio perdeu 1 eletrão Cloro (Cl) Ião cloro (Cl-) – anião O átomo de cloro ganho 1 eletrão Ião Magnésio (Mg2+) – catião O átomo de magnésio perdeu 2 Magnésio (Mg) eletrões Ião oxigénio (O2-) – anião O átomo de oxigénio ganhou 2 Oxigénio (O) eletrões Ião alumínio (Al3+) – catião O átomo de alumínio perdeu 3 Alumínio (Al) eletrões Azoto (N) Ião nitreto (N3-) – anião O átomo de azoto ganhou 3 eletrões $Analisando… Catiões:  Na+ → como perdeu 1 eletrão denomina-se catião monopositivo.  Mg2+ → como perdeu 2 eletrões denomina-se catião dipositivo.  Al3+ → como perdeu 3 eletrões denomina-se catião tripositivo. Aniões:  Cl- → como ganhou 1 eletrão denomina-se anião mononegativo.  O2- → como ganhou 2 eletrões denomina-se anião dinegativo.  N3- → como ganhou 3 eletrões denmina-se anião trinegativo. K? Porque será que o átomo de sódio origina um catião monopositivo (Na+) enão um catião dipositivo (Na2+) ou ainda ou anião (Na-)?
  17. 17. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 K? Que átomos têm tendência para formar iões positivos? E para formar iões negativos? Para responder a estas questões será necessário compreenderes a Distribuição Eletrónica. Os eletrões da nuvem eletrónica dos átomos não têm todos a mesma energia: distribuem-se por níveis de energia. Cada nível só pode ter um determinado número de eletrões. Assim:  O primeiro nível pode ter no máximo 2 eletrões;  No segundo nível pode haver 8 eletrões no máximo;  No terceiro nível, o número máximo de eletrões é 18. Quando se distribuem os eletrões dos átomos por níveis de menor energiapossível diz-se que se faz a sua distribuição eletrónica, como a seguir se exemplifica. Flúor (F) O número atómico do Flúor é 9. O que implica que os átomos de flúor têm 9eletrões por distribuir. 9F: 2–7 Eletrões do 1º Eletrões do 2º nível nível Magnésio (Mg) O número atómico do Magnésio é 12. O que implica que os átomos de magnésio têm 12 eletrões por distribuir.
  18. 18. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012 12Mg: 2–8–2 Eletrões do 1º Eletrões do 3º nível nível Eletrões do 2º nível Cada nível é caracterizado por uma letra, como se verifica pela tabelaseguinte: Nível de energia Camada Número máximo de eletrões (n) 1 K 2 2 L 8 3 M 18 … último 8 Nota: No último nível, qualquer que ele seja, o número máximo de eletrões é 8. Os eletrões de valência são os eletrões do último nível de energia. Há muitos átomos que se transformam em iões para que a sua nuvemeletrónica passe a ficar com o número máximo de eletrões de valência, tornando-semais estáveis.
  19. 19. DIREÇÃO REGIONAL DE EDUCAÇÃO DO ALGARVE ESCOLA SECUNDÁRIA JÚLIO DANTAS – LAGOS (400312) 2011 / 2012  Os átomos com poucos eletrões de valência têm tendência a perdê-los originando iões positivos (ou catiões). Mg “perde” 2 eletrões Mg2+ 2–8–2 2–8 No caso do Mg ele tem tendência a perder os 2 eletrões de valência para ficarmais estável. É mais fácil perder os 2 eletrões do que ganhar 6 eletrões, para ficarcom o último nível com 8 eletrões.  Os átomos com bastantes eletrões de valência têm tendência a captar eletrões originando iões negativos (ou aniões). F “ganha” 1 eletrão F- 2–7 2–8 No caso do Flúor é mais fácil captar 1 eletrão para ficar com o último nívelcom 8 eletrões (mais estável) do que perder os 7 eletrões de valência.

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