Química geral

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Química geral

  1. 1. FABIANO DE CARVALHO QUÍMICA GERAL Pág. 1 IFES
  2. 2. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 2 IINNSSTTIITTUUTTOO FFEEDDEERRAALL DDOO EESSPPÍÍRRIITTOO SSAANNTTOO """EEEuuu vvveeejjjooo......... eeeuuu pppeeerrrccceeebbbooo;;; eeeuuu eeessscccuuutttooo......... eeeuuu cccooommmppprrreeeeeennndddooo;;; eeeuuu fffaaaçççooo......... eeeuuu aaappprrreeennndddooo...""" Química Inorgânica FABIANO DE CARVALHO SANTA TERESA 2010
  3. 3. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 3 Í N D I C E PPáággiinnaa UUNNIIDDAADDEE II:: EESSTTEEQQUUIIOOMMEETTRRIIAA EE AA BBAASSEE DDAA TTEEOORRIIAA AATTÔÔMMIICCAA II.. AA OORRIIGGEEMM DDAA TTEEOORRIIAA AATTÔÔMMIICCAA 44 11..11 AA TTeeoorriiaa AAttôômmiiccaa ddee DDaallttoonn 55 11..22 CCaarraacctteerrííssttiiccaa ddaa MMaattéérriiaa 1100 11..33 AA EEssttrruuttuurraa ddoo ÁÁttoommoo 1100 11..44 OO mmooddeelloo ddee TThhoommssoonn 1111 11..55 MMooddeelloo AAttôômmiiccoo ddee RRuutthheerrffoorrdd 1111 11.. 66 AA CCoonnttrriibbuuiiççããoo DDee MMaaxx PPllaanncckk EE EEiinnsstteeiinn 1122 11..77 OO mmooddeelloo ddee NNiieellss BBööhhrr 1144 11..88 EElleettrroossffeerraa 1155 11..99 DDeessccoobbeerrttaa ddoo nnêêuuttrroonn 1155 11..1100 OO mmooddeelloo ddee SSoommmmeerrffeelldd 1177 11..1111 MMooddeelloo ddee SScchhrrööddiinnggeerr:: mmooddeelloo aattuuaall 1188 UUNNIIDDAADDEE IIII.. PPEERRIIOODDIICCIIDDAADDEE QQUUÍÍMMIICCAA 2277 22..11 OO pprriinnccííppiioo ddee eexxcclluussããoo ddee PPaauullii 2277 22..22 PPrriinnccííppiiooss ddee AAuuffbbaauu oouu RReeggrraa ddee KKlleecchhkkoowwsskkii 2288 22..33.. CCoonnffiigguurraaççããoo eelleettrrôônniiccaa 2288 22..44.. PPrroopprriieeddaaddeess ddooss ííoonnss mmoonnooaattôômmiiccooss 3322 22..55.. PPrroopprriieeddaaddeess ppeerriióóddiiccaass ddooss eelleemmeennttooss 3333 UUNNIIDDAADDEE IIIIII.. EESSTTRRUUTTUURRAASS DDEE ÁÁTTOOMMOOSS EE MMOOLLÉÉCCUULLAASS 4411 33..11 LLiiggaaççõõeess eennttrree ooss ááttoommooss 4411 33..22 RReeggrraa ddoo oocctteettoo 4411 33..33 SSóólliiddooss iiôônniiccooss 4455 33..44 LLiiggaaççããoo ccoovvaalleennttee 4477 33..55 LLiiggaaççõõeess MMeettáálliiccaass 5544 33..66 LLiiggaaççõõeess SSeeccuunnddáárriiaass 5566 UUNNIIDDAADDEE IIVV.. LLEEIISS DDAASS RREEAAÇÇÕÕEESS QQUUÍÍMMIICCAASS ((LLEEIISS PPOONNDDEERRAAIISS)) 5577 44..11 LLeeii ddaass pprrooppoorrççõõeess ddeeffiinniiddaass 5577 44..22 AA tteeoorriiaa ddee DDaallttoonn 5577 44..33 LLeeii ddee LLaavvooiissiieerr ((LLeeii ddaa ccoonnsseerrvvaaççããoo ddaa mmaassssaa)) 5588 44..44 LLeeii ddee PPrroouusstt ((LLeeii ddaass pprrooppoorrççõõeess ccoonnssttaanntteess,, ddeeffiinniiddaass oouu ffiixxaass)) 5599 44..55 LLeeii ddee GGaayy LLuussssaacc 6600 44..66.. ――QQUUAANNTTIIDDAADDEE DDEE SSUUBBSSTTÂÂNNCCIIAA‖‖.. –– DDEEFFIINNIIÇÇÃÃOO DDEE MMOOLLEE 6611 44..77 OO nnúúmmeerroo ddee AAvvooggaaddrroo ((NNAA)) 6611 44..88 MMaassssaa mmoolleeccuullaarr 6622 44..99 RReessoolluuççããoo ddee pprroobblleemmaass nnuumméérriiccooss 6633 44..1100 RReellaaççõõeess MMoollaarreess
  4. 4. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 4 44..1111 DDeennssiiddaaddee ee MMaassssaa MMoollaarr 44..1122 LLeeii ddee AAvvooggaaddrroo 44..1133 OO EEqquuiivvaalleennttee--GGrraammaa.. –– DDeeffiinniiççããoo 6666 44..1144 EExxeerrccíícciiooss rreessoollvviiddooss 6666 44..1155 EExxeerrccíícciiooss ddee FFiixxaaççããoo 6699 UUNNIIDDAADDEE VV.. AANNÁÁLLIISSEE EELLEEMMEENNTTAARR QQUUAANNTTIITTAATTIIVVAA EE EEQQUUAAÇÇÕÕEESS QQUUÍÍMMIICCAASS 5577 55..11 CCáállccuullooss ddee FFóórrmmuullaass 7711 55..22 CCoommppoossiiççõõeess ppeerrcceennttuuaaiiss ee ffóórrmmuullaass qquuíímmiiccaass 7711 55..33 AA ffóórrmmuullaa qquuíímmiiccaa ddee uumm ccoommppoossttoo aattrraavvééss ddee ssuuaa ccoommppoossiiççããoo cceenntteessiimmaall ((ppeerrcceennttuuaall)) 7722 55..44 OO vvoolluummee mmoollaarr 7744 55..55 AAnnáálliisseess ddee CCoommbbuussttããoo 55..66 EExxeerrccíícciiooss rreessoollvviiddooss 7766 UUNNIIDDAADDEE VVII.. CCÁÁLLCCUULLOOSS EESSTTEEQQUUIIOOMMÉÉTTRRIICCOOSS 66..11 BBaallaanncceeaammeennttoo ddee EEqquuaaççõõeess QQuuíímmiiccaass 111122 66..22 BBaallaanncceeaammeennttoo ddee rreeaaççõõeess ddee óóxxiiddoo--rreedduuççããoo 111166 66..33 AAcceerrttoo ddee ccooeeffiicciieenntteess ddaass rreeaaççõõeess ddee rreeddooxx 111177 66..44 EEssttaaddoo ddee ooxxiiddaaççããoo 111177 66..55 EExxeerrccíícciiooss RReessoollvviiddooss 111188 66..22 IInnffoorrmmaaççõõeess qquuaannttiittaattiivvaass aa ppaarrttiirr ddee eeqquuaaççõõeess bbaallaanncceeaaddaass 112266 66..33 FFaattoorreess qquuíímmiiccooss ddee ccoonnvveerrssããoo 112277 66..44 EElleemmeennttooss QQuuíímmiiccooss LLiimmiittaannttee 112288 66..55 DDeetteerrmmiinnaaççããoo ddoo rreeaaggeennttee lliimmiittaannttee 112299 66..66 EExxeerrccíícciiooss RReessoollvviiddooss 113333 66..1133 EExxeerrccíícciiooss PPrrooppoossttooss 137 UUNNIIDDAADDEE VVIIII.. SSOOLLUUÇÇÕÕEESS -- DDOOSSAAGGEENNSS 146 77..11 DDeeffiinniiççããoo ddee SSoolluuççããoo 146 77..22 SSoolluuttoo ee SSoollvveennttee 114466 77..33 CCoonncceennttrraaççããoo eemm UUnniiddaaddeess FFííssiiccaass 114455 77..33..11 MMaassssaa ddee ssoolluuttoo ppoorr uunniiddaaddee ddee vvoolluummee ddee ssoolluuççããoo 77..33..22 CCoommppoossiiççããoo ppeerrcceennttuuaall 77..44 CCoonncceennttrraaççããoo eemm UUnniiddaaddeess QQuuíímmiiccaass 77..55..11 CCoonncceennttrraaççããoo ccoommuumm oouu ccoonncceennttrraaççããoo eemm gg//ll.. 115577 7.5.2 Molaridade ou concentração molar 115588 77..55..33 CCoonncceennttrraaççããoo nnoorrmmaall oouu nnoorrmmaalliiddaaddee 115599 77..44..55 CCoonncceennttrraaççããoo mmoollaall oouu mmoollaalliiddaaddee 116600 77..44..66 FFrraaççããoo mmoollaarr oouu ppeerrcceennttaaggeemm eemm mmoolleess 116611 77..55 RReellaaççããoo ddee mmaassssaa ccoomm mmaassssaa 116633 77..55..11 TTííttuulloo 116622 77..55..22 PPoorrcceennttaaggeemm eemm ppeessoo 116622 55..55..77 DDeennssiiddaaddee 116633 55..55..88 MMaassssaa eessppeeccííffiiccaa ((µµ)) 116633 55..66 PPaarrttee ppoorr mmiillhhããoo 116655
  5. 5. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 5 55..66..11 EEmm mmaassssaa 116655 55..66..22 EEmm vvoolluummee 116655 55..77 PPrroobblleemmaass ddee ddiilluuiiççããoo 116666 55..88 EExxeerrccíícciiooss RReessoollvviiddooss 116677 UUNNIIDDAADDEE VVIIIIII.. NNOOÇÇÕÕEESS GGEERRAAIISS DDEE EEQQUUIILLÍÍBBRRIIOO EEMM RREELLAAÇÇÕÕEESS QQUUÍÍMMIICCAASS 117755 1.1. O que é equilíbrio? 117755 1.2. Estado de Equilíbrio 117755 1.3. Velocidade de uma Reação 117766 1.4. Generalidades Sobre Cinética Química 118822 1.5. Característica do Equilíbrio Químico 118833 1.6. Deslocamento do Equilíbrio 118855 8.6.1 Alteração na concentração 118855 88..66..22 AAlltteerraaççããoo nnaa pprreessssããoo 118855 88..44..33 AAlltteerraaççããoo nnaa tteemmppeerraattuurraa 118866 11..77.. LLeeii ddee AAççããoo ddaass MMaassssaass 118877 1.8. Equilíbrio Químico 119922 1.9. Constante de Equilíbrio em função das pressões parciais 119944 1.10. Relação Matemática entre Ke e Kp 119944 1.11.Equilíbrio químico envolvendo precipitados e equilíbrio de solubilidade 119955 1.12.Equilíbrio Químico entre a água e seus íons (Kw) 220011 1.13.Equilíbrio Químico envolvendo ácidos e bases 220033 1.14.Constante de dissociação dos ácidos (Ka) 220066 1.15. Substâncias Básicas − Constante de dissociação (Kb) 220077 1.16. Balanço de Carga 220099 1.17. A caracterização de soluções ácidas ou básicas (pH e pOH) 220099 1.18. Acidez Atual, potencial e Total 221100 1.19.Resumo dos principais tipos de equilíbrio e constantes de equilíbrios 221111 1.20. Exercícios Resolvidos 221122 AAPPÊÊNNDDIICCEESS 223377 EEssttaaddooss ddee OOxxiiddaaççããoo 223377 NNoommeennccllaattuurraa qquuíímmiiccaa ddooss ccoommppoossttooss iinnoorrggâânniiccooss 224455 AAllgguummaass ccoonnssttaanntteess ee ccoonnvveerrssõõeess úútteeiiss
  6. 6. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 6 UUNNIIDDAADDEE II II.. AA OORRIIGGEEMM DDAA TTEEOORRIIAA AATTÔÔMMIICCAA.. MMuuiittaass aabboorrddaaggeennss ddoo ccoonncceeiittoo ddee ááttoommoo aappaarreecceerraamm aaoo lloonnggoo ddoo tteemmppoo.. TTooddaass ffoorraamm ddeelliinneeaaddaass ccoomm uumm ccaarráátteerr pprriimmeeiirraammeennttee ffiilloossóóffiiccoo.. FFiillóóssooffooss ggrreeggooss,, nnoo ssééccuulloo VV aanntteess ddee CCrriissttoo,, aaddmmiittiiaamm,, iinnttuuiittiivvaammeennttee,, qquuee aa mmaattéérriiaa sseerriiaa ccoonnssttiittuuííddaa ddee ppaarrttííccuullaass iinnddiivviissíívveeiiss,, aa qquuee cchhaammaarraamm ddee ááttoommoo.. AA iiddeeiiaa ddoo ááttoommoo ffooii eessttaabbeelleecciiddaa ppeellaa pprriimmeeiirraa vveezz ppoorr DDeemmóóccrriittoo eemm 553300 aa..CC..,, mmaass,, ffooii aa ppaarrttiirr ddaa tteeoorriiaa aattôômmiiccaa ddoo ffííssiiccoo ee qquuíímmiiccoo bbrriittâânniiccoo JJoohhnn DDaallttoonn ((uumm ddooss mmaarrccooss ddaa QQuuíímmiiccaa ddoo ssééccuulloo XXIIXX)),, qquuee ssuurrggiiuu uummaa ffoorrmmaa ooppeerraacciioonnaall,, ccaappaazz ddee sseerr uussaaddaa eemm ddeetteerrmmiinnaaççõõeess eexxppeerriimmeennttaaiiss.. Fig. 1: Frontispício de A New System of Chemical Philosophy, de 1808.
  7. 7. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 7 11..11 AA TTeeoorriiaa AAttôômmiiccaa ddee DDaallttoonn.. AA tteeoorriiaa DDaallttoonniiaannaa,, qquuee ddeeuu uumm ccaarráátteerr cciieennttííffiiccoo àà iiddééiiaa ddoo ááttoommoo,, ssuuggeerree:: PPoossttuullaaddooss:: 11.. OOss eelleemmeennttooss eessttããoo ffoorrmmaaddooss ppoorr ppaarrttííccuullaass ddiissccrreettaass,, ddiimmiinnuuttaass ee iinnddiivviissíívveeiiss cchhaammaaddaass ááttoommooss,, qquuee ppeerrmmaanneecceemm iinnaalltteerráávveeiiss eemm qquuaallqquueerr pprroocceessssoo qquuíímmiiccoo.. 22.. OOss ááttoommooss ddee uumm mmeessmmoo eelleemmeennttoo ssããoo ttooddooss iigguuaaiiss eennttrree ssii ((eemm mmaassssaa,, ttaammaannhhooss ee eemm qquuaallqquueerr oouuttrraa pprroopprriieeddaaddee ffííssiiccaa oouu qquuíímmiiccaa)).. 33.. NNaass rreeaaççõõeess qquuíímmiiccaass,, ooss ááttoommooss nnããoo ssee ccrriiaamm nneemm ssee ddeessttrrooeemm,, ssóó ccoommbbiinnaamm ssuuaass ddiissttrriibbuuiiççõõeess.. 44.. CCoommppoossttooss qquuíímmiiccooss ssããoo ffoorrmmaaddooss ppoorr ""ááttoommooss ccoommppoossttooss‖‖ ((mmoollééccuullaass)),, ttooddooss iigguuaaiiss uunnss aaooss oouuttrrooss,, oouu sseejjaa,, qquuaannddoo ddooiiss oouu mmaaiiss ááttoommooss ddee ddiiffeerreenntteess eelleemmeennttooss ssee ccoommbbiinnaamm ppaarraa ffoorrmmaarr uumm úúnniiccoo ccoommppoossttoo,, sseemmpprree oo ffaazzeemm eemm pprrooppoorrççõõeess ddee mmaassssaa ddeeffiinniiddaass ee ccoonnssttaannttee.. 55.. SSee eexxiissttiirr mmaaiiss ddee uumm ccoommppoossttoo ffoorrmmaaddoo ppoorr ddooiiss eelleemmeennttooss ddiiffeerreenntteess,, ooss nnúúmmeerrooss ddooss ááttoommooss ddee ccaaddaa eelleemmeennttoo nnooss ccoommppoossttooss gguuaarrddaamm eennttrree ssii uummaa rraazzããoo ddee nnúúmmeerrooss iinntteeiirrooss ((LLeeii ddaass PPrrooppoorrççõõeess MMúúllttiippllaass -- DDaallttoonn)) -- ppooddeemmooss aapplliiccaarr eessttee pprriinnccííppiioo eemm mmuuiittooss eexxeemmppllooss,, ccoommoo nnooss óóxxiiddooss ddee ffeerrrroo,, FFeeOO,, FFee22OO33,, FFee33OO44.. 66.. OO ppeessoo ddoo ááttoommoo ddee uumm eelleemmeennttoo éé ccoonnssttaannttee eemm sseeuuss ccoommppoossttooss.. −− SSee aa rreeaaggiirr ccoomm bb ppaarraa ffoorrmmaarr aabb ee cc rreeaaggiirr ccoomm dd ppaarraa ffoorrmmaarr ccdd,, eennttããoo ssee aabb rreeaaggiirr ccoomm ccdd ooss pprroodduuttooss sseerrããoo aadd ee ccbb ((LLeeii ddaass PPrrooppoorrççõõeess RReeccíípprrooccaass -- RRiicchhtteerr)).. CCoommoo eexxeemmpplloo,, ppooddeemmooss ccoonnssiiddeerraarr aass sseegguuiinntteess rreeaaççõõeess,, ddaaddaass,, eemm nnoottaaççããoo mmooddeerrnnaa,, ppoorr:: 22KK++II22 ⟶⟶ 22KKII PPbb++CCll22 ⟶⟶ PPbbCCll22 22KKII ++ PPbbCCll22 ⟶⟶ 22KKCCll ++ PPbbII22 DDaa tteeoorriiaa aattôômmiiccaa ddee DDaallttoonn ddeessttaaccaamm--ssee aass sseegguuiinntteess ddeeffiinniiççõõeess:: aa)) UUmm ááttoommoo éé aa mmeennoorr ppaarrttííccuullaa ddee uumm eelleemmeennttoo qquuee mmaannttéémm ssuuaass pprroopprriieeddaaddeess.. bb)) UUmm eelleemmeennttoo éé uummaa ssuubbssttâânncciiaa qquuee éé ccoonnssttiittuuííddaa ppoorr ááttoommooss iigguuaaiiss..
  8. 8. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 8 cc)) UUmm ccoommppoossttoo éé uummaa ssuubbssttâânncciiaa qquuee éé ffoorrmmaaddaa ppeellaa ffiixxaaççããoo ddee ááttoommooss ddiiffeerreenntteess ccoommbbiinnaaddooss eemm pprrooppoorrççõõeess ffiixxaass.. DDaallttoonn ddeessccrreevviiaa uummaa ppaarrttííccuullaa ggaassoossaa sseennddoo ccoonnssttiittuuííddaa ppoorr uumm ááttoommoo cceennttrraall,, ddee mmaattéérriiaa ssóólliiddaa,, eexxttrreemmaammeennttee ppeeqquueennaa,, cceerrccaaddaa ppoorr uummaa aattmmoossffeerraa ddee ccaalloorr,, aallttaammeennttee ddeennssaa nnaass pprrooxxiimmiiddaaddeess ddoo ááttoommoo,, qquuee vvaaii rraarreeffaazzeennddoo--ssee ggrraadduuaallmmeennttee ((ddee aaccoorrddoo ccoomm aallgguummaa ppoottêênncciiaa ddaa ddiissttâânncciiaa)).. NNaass ssuuaass pprrooppoossiiççõõeess DDaallttoonn ddiizziiaa:: QQuuaannddoo ddooiiss fflluuiiddooss eelláássttiiccooss,, nnoommeeaaddooss AA ee BB,, ssããoo mmiissttuurraaddooss,, nnããoo hháá qquuaallqquueerr rreeppuullssããoo mmúúttuuaa eennttrree ssuuaass ppaarrttííccuullaass,, iissttoo éé,, aass ppaarrttííccuullaass ddee AA nnããoo rreeppeelleemm aass ddee BB,, ccoommoo eellaass ssee rreeppeelleemm uummaass ààss oouuttrraass ((iissttoo éé,, ssóó AA rreeppeellee AA,, oouu ssóó BB rreeppeellee BB)).. CCoonnsseeqqüüeenntteemmeennttee,, aa pprreessssããoo oouu ppeessoo ttoottaall ssoobbrree qquuaallqquueerr ppaarrttííccuullaa ddeevvee--ssee aappeennaass ààqquueellaass ddee ssuuaa pprróópprriiaa eessppéécciiee.. JJáá qquuee aass ppaarrttííccuullaass ddee ddiiffeerreenntteess ggaasseess nnããoo iinntteerraaggiiaamm qquuiimmiiccaammeennttee,, uummaa ppoossssíívveell ccoonnsseeqqüüêênncciiaa sseerriiaa vviisslluummbbrraarr aa lleeii ddaass pprreessssõõeess ppaarrcciiaaiiss:: ""EEmm uummaa mmiissttuurraa ggaassoossaa,, aa pprreessssããoo ddee ccaaddaa ccoommppoonneennttee éé iinnddeeppeennddeennttee ddaa pprreessssããoo ddooss ddeemmaaiiss,, aa pprreessssããoo ttoottaall ((PP)) éé iigguuaall àà ssoommaa ddaass pprreessssõõeess ppaarrcciiaaiiss ddooss ccoommppoonneenntteess"".. ?? ???? ??== ?? ??11 ++ ?? ??22 ++ .. .. .. ++ ?? ???? ?? AA eexxpprreessssããoo mmaatteemmááttiiccaa ddaa lleeii ddee DDaallttoonn éé:: ?? ???? ?? == ?? ???? ??×× ?? ???? ?? sseennddoo ?? ???? ?? aa pprreessssããoo ppaarrcciiaall ddee AA,, ?? ???? ??aa pprreessssããoo ttoottaall ddaa mmiissttuurraa ee ?? ???? ?? aa ffrraaççããoo mmoollaarr ddee AA.. AAss pprrooppoossiiççõõeess ddee DDaallttoonn ffoorraamm bbaasseeaaddaass nnaass lleeiiss ppoonnddeerraaiiss ddaass rreeaaççõõeess qquuíímmiiccaass,, oobbsseerrvvaaddaass ee ccoonnssttaattaaddaass ccoommoo vváálliiddaass eemm qquuaaiissqquueerr rreeaaççõõeess.. AAss lleeiiss ppoonnddeerraaiiss éé uumm ccoonnjjuunnttoo ddee ppoossttuullaaddooss,, qquuee rreellaacciioonnaamm aa mmaassssaass ddooss rreeaaggeenntteess ee pprroodduuttooss.. DDaallttoonn ccoorrrreellaacciioonnoouu ooss ppeessooss rreellaattiivvooss ddaass uunniiddaaddeess ffuunnddaammeennttaaiiss ddooss eelleemmeennttooss qquuíímmiiccooss ccoomm aass ccoommbbiinnaaççõõeess qquuee eesstteess aapprreesseennttaavvaamm eemm sseeuuss ccoommppoossttooss,, ccoonnssiiddeerraannddoo qquuee ttooddaass aass ppaarrttííccuullaass ddee hhiiddrrooggêênniioo,, ddee ooxxiiggêênniioo eettcc..,, eexxiisstteenntteess eemm qquuaallqquueerr ccoommppoossttoo ddeesssseess eelleemmeennttooss sseerriiaamm iigguuaaiiss eemm ppeessoo,, ttaammaannhhoo oouu ffoorrmmaa;; ddaa mmeessmmaa mmaanneeiirraa,, qquuaallqquueerr ppaarrttííccuullaa ddee áágguuaa sseerriiaa iigguuaall aa qquuaallqquueerr oouuttrraa ppaarrttííccuullaa ddee áágguuaa..
  9. 9. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 9 AAss ppaarrttííccuullaass ccoonnssttiittuuiinntteess ddaass ssuubbssttâânncciiaass ssiimmpplleess,, ccoonntteennddoo aappeennaass uumm ttiippoo ddee eelleemmeennttoo,, ffoorraamm cchhaammaaddaass ddee ――ppaarrttííccuullaass úúllttiimmaass‖‖,, qquuee ssããoo ooss nnoossssooss ááttoommooss.. Fig. 2 NNoo lliivvrroo ――NNoovvoo SSiisstteemmaa‖‖,, eellee ddeemmoonnssttrroouu qquuee ggaasseess ddiiffeerreenntteess nnããoo ppooddeemm tteerr ppaarrttííccuullaass ddee mmeessmmoo ttaammaannhhoo.. AA aaffiirrmmaaççããoo ffiinnaall ddee DDaallttoonn,, ccoonnttuuddoo,, nnããoo éé vveerrddaaddeeiirraa,, uummaa vveezz qquuee eellaa ssee cchhooccaa ccoomm aa hhiippóótteessee ddee AAvvooggaaddrroo ((eemm 11881111)),, aa qquuaall aaffiirrmmaa qquuee:: ――VVoolluummeess iigguuaaiiss ddee ggaasseess ddiiffeerreenntteess ccoonnttêêmm oo mmeessmmoo nnúúmmeerroo ddee mmoollééccuullaass‖‖.. SSuuaa pprriimmeeiirraa ――ttaabbeellaa ddee ppeessooss rreellaattiivvooss ddaass ppaarrttííccuullaass úúllttiimmaass ddooss ccoorrppooss ggaassoossooss ee oouuttrrooss‖‖,, ddee 11880033,, eessttáá rreepprroodduuzziiddaa nnaa TTaabbeellaa 11..
  10. 10. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 10 Tabela 1: Os pesos atômicos segundo Dalton: primeira tabela de pesos atômicos, apresentada oralmente por Dalton em 1803 e publicada como artigo nas Memoirs of the Philosophical Society of Manchester (2nd series v. 1, p. 271-287, 1805). O padrão é o átomo de hidrogênio. PPeessooss aattôômmiiccooss ((ssiicc)) EESSPPÉÉCCIIEE QQUUÍÍMMIICCAA 11880055 11880088 HHiiddrrooggêênniioo 11 11 AAzzoottoo 44..22 55 CCaarrbboonnoo 44..33 55 AAmmôônniiaa 55..22 66 OOxxiiggêênniioo 55..55 77 ÁÁgguuaa 66..55 88 FFóóssffoorroo 77,,22 99 HHiiddrrooggêênniioo ffoossffoorreettaaddoo ((PPHH33)) 88..22 -- GGááss nniittrroossoo ((NNOO)) 99..33 1122 ÉÉtteerr 99..66 -- ÓÓxxiiddoo ggaassoossoo ddee ccaarrbboonnoo ((CCOO)) 99..88 1122 ÓÓxxiiddoo nniittrroossoo ((NN2200)) 1133..77 1177 EEnnxxooffrree 1144..44 1133 AAcciiddoo nnííttrriiccoo ((NNOO22)) 1155..22 1199 HHiiddrrooggêênniioo ssuullffuurreettaaddoo ((HH22SS)) 1155..44 1166 ÁÁcciiddoo ccaarrbbôônniiccoo ((CCOO22)) 1155..33 1199 ÁÁllccooooll 1155..11 1166 ÁÁcciiddoo ssuullffuurroossoo ((SSOO22)) 1199..99 44 ÁÁcciiddoo ssuullffúúrriiccoo ((SSOO33)) 2255..44 3344 HHiiddrrooggêênniioo ccaarrbbuurreettaaddoo ddaa áágguuaa eessttaaggnnaaddaa ((CCHH44)) 66..33 77 GGááss oolleeffiiaannttee ((CC22HH44)) 55..33 66 11.. 22 OO ááttoommoo.. –– AA uunniiddaaddee ffuunnddaammeennttaall ddaa mmaattéérriiaa.. CCoomm oo aaddvveennttoo ddaa cciiêênncciiaa eexxppeerriimmeennttaall nnooss ssééccuullooss XXVVII ee XXVVIIII,, ooss aavvaannççooss nnaa tteeoorriiaa aattôômmiiccaa ttoorrnnaarraamm--ssee mmaaiiss rrááppiiddoo.. OOss qquuíímmiiccooss ppeerrcceebbeerraamm qquuee ttooddooss ooss llííqquuiiddooss,, ggaasseess ee ssóólliiddooss ppooddeemm sseerr ddeeccoommppoossttooss eemm sseeuuss ccoonnssttiittuuiinntteess ffuunnddaammeennttaaiiss,, oouu eelleemmeennttooss.. PPoorr eexxeemmpplloo,, ddeessccoobbrriiuu--ssee qquuee oo ssaall éé ccoommppoossttoo ddee ddooiiss eelleemmeennttooss ddiiffeerreenntteess,, ssóóddiioo ee cclloorroo,, ccoonneeccttaaddooss eemm uummaa uunniiããoo íínnttiimmaa ccoonnhheecciiddaa
  11. 11. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 11 ccoommoo lliiggaaççããoo qquuíímmiiccaa.. OO aarr,, nnoo eennttaannttoo,, pprroovvoouu sseerr uummaa mmiissttuurraa ddee ggaasseess nniittrrooggêênniioo ee ooxxiiggêênniioo.. 11..22 CCaarraacctteerrííssttiiccaa ddaa MMaattéérriiaa.. OO tteerrmmoo eessttaaddoo ddaa mmaattéérriiaa rreeffeerree àà ffoorrmmaa ffííssiiccaa eemm qquuee aa mmaattéérriiaa eexxiissttee:: ssóólliiddoo,, llííqquuiiddoo ee ggááss.. OOss ssóólliiddooss ssããoo ccaarraacctteerriizzaaddooss ccoomm tteennddoo ttaannttoo uummaa ffoorrmmaa ccoommoo vvoolluummee ddeeffiinniiddoo.. EEmm uumm ssóólliiddoo aass ffoorrççaass qquuee mmaannttéémm aass mmoollééccuullaass,, oouu ááttoommooss,, ssããoo ffoorrtteess.. NNããoo rreeqquueerreemm,, ppoorrttaannttoo,, aappooiioo eexxtteerrnnoo ppaarraa mmaanntteerreemm aa ccoonnffiigguurraaççããoo.. SSuuaass ppaarrttííccuullaass eessttããoo oorrddeennaaddaass ee vviibbrraamm rroottaacciioonnaallmmeennttee,, aappeennaass.. OOss llííqquuiiddooss ttêêmm oo vvoolluummee ddeeffiinniiddoo,, mmaass ffoorrmmaa iinnddeetteerrmmiinnaaddaa ((ttoommaamm aa ffoorrmmaa ddee sseeuuss rreecciippiieenntteess)) ee ssããoo lliiggeeiirraammeennttee ccoommpprreessssíívveell.. AAss ffoorrççaass qquuee mmaannttêêmm aass mmoollééccuullaass oouu ááttoommooss ddee uumm llííqquuiiddoo ssããoo mmaaiiss ffrraaccaass ddoo qquuee nnooss ssóólliiddooss.. SSuuaass ppaarrttííccuullaass eessttããoo ddiissppoossttaass aalleeaattoorriiaammeennttee,, mmaass pprróóxxiimmaass.. OOss ggaasseess ssããoo ffaacciillmmeennttee ccoommpprreessssíívveeiiss ee ccaappaazzeess ddee eexxppaannssããoo iinnffiinniittaa.. SSuuaa ffoorrmmaa éé iinnddeeffiinniiddaa ee oo sseeuu vvoolluummee éé iinnddeetteerrmmiinnaaddoo.. AAss ffoorrççaass aattrraattiivvaass ssããoo qquuaassee iinneexxiisstteenntteess.. AA ddiissttâânncciiaa eennttrree eellaass éé mmuuiittoo ggrraannddee ee vvaarriiáávveell ee ssuuaass ppaarrttííccuullaass ssee mmoovveemm ddeessoorrddeennaaddaammeennttee aaoo iimmpprreevviissíívveell.. CCoonnttuuddoo,, ooss ddiiffeerreenntteess eessttaaddooss ddaa mmaattéérriiaa ttêêmm uummaa ccooiissaa eemm ccoommuumm:: ttooddooss eelleess ppooddeemm sseerr ddiivviiddiiddooss eemm uunniiddaaddeess ffuunnddaammeennttaaiiss cchhaammaaddaass ááttoommooss.. O estado sólido. Forças de coesão são maiores do que as de repulsão; apresenta retículo cristalino - forma geométrica definida; o movimento das partículas ocorre somente no retículo cristalino; são muito pouco compressíveis. Fig. 3
  12. 12. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 12 O estado Líquido. As forças de coesão e repulsão se igualam; não apresenta retículo cristalino; apresenta tensão superficial; podem ser comprimidos. Fig. 4 O Estado Gasoso. As forças de repulsão são maiores do que as de coesão; há grande expansibilidade; grande compressibilidade e as partículas movimentam-se com grande velocidade. Fig. 5 11.. 33 AA EEssttrruuttuurraa ddoo ÁÁttoommoo UUmm ggrraannddee nnúúmmeerroo ddee eessttuuddooss,, iinniicciiaaddooss ppoorr vvoollttaa ddee 11885500,, ddeemmoonnssttrroouu aa eexxiissttêênncciiaa ddee uummaa eessttrruuttuurraa iinntteerrnnaa nnoo ááttoommoo ccoonnssttiittuuííddoo ppoorr ppaarrttííccuullaass mmeennoorreess,, qquuee ssee ddeessiiggnnoouu ppoorr ppaarrttííccuullaass ssuubbaattôômmiiccaass.. OO cciieennttiissttaa TThhoommssoonn rreeaalliizzoouu,, nnoo ffiinnaall ddoo ssééccuulloo XXIIXX,, uummaa sséérriiee ddee eexxppeerriiêênncciiaass qquuee llhhee ppeerrmmiittiirraamm ccoonncclluuiirr qquuee oo ááttoommoo nnããoo eerraa aappeennaass uummaa eessffeerraa iinnddiivviissíívveell ccoommoo ttiinnhhaa ddiittoo DDaallttoonn.. EEssttaa eessffeerraa ttiinnhhaa ccaarrggaa ppoossiittiivvaa ee nnoo sseeuu iinntteerriioorr,, ppaarrttííccuullaass ccoomm ccaarrggaa eellééttrriiccaa nneeggaattiivvaa,, aa qquuee ssee ddeeuu oo nnoommee ddee eellééttrroonnss..
  13. 13. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 13 11..44 OO mmooddeelloo ddee TThhoommssoonn.. OO mmooddeelloo ddee TThhoommssoonn,, ttaammbbéémm ccoonnhheecciiddoo ppoorr ppuuddiimm ddee ppaassssaass,, rreepprreesseennttaa oo ááttoommoo ccoommoo uummaa eessffeerraa mmaacciiççaa ddee ccaarrggaa ppoossiittiivvaa,, uunniiffoorrmmeemmeennttee ddiissttrriibbuuííddaa,, oonnddee ssee eennccoonnttrraarriiaamm iinnccrruussttaaddaass ppeeqquueenniinnaass eessffeerraass ddee ccaarrggaa nneeggaattiivvaa qquuee ttoommaarraamm oo nnoommee ddee eellééttrroonnss.. O modelo de Thomson, também conhecido por pudim de passas. Fig. 6 11..55 MMooddeelloo AAttôômmiiccoo ddee RRuutthheerrffoorrdd EEmm 11991100,, uumm aannttiiggoo aalluunnoo ddee TThhoommssoonn,, EErrnneesstt RRuutthheerrffoorrdd ((11887711--11993377)) ccoonncceebbeeuu,, ccoomm bbaassee eemm eessttuuddooss ddee ffeennôômmeennooss rraaddiiooaattiivvooss,, uumm nnoovvoo mmooddeelloo aattôômmiiccoo.. SSeegguunnddoo oo mmooddeelloo ddee RRuutthheerrffoorrdd,, ttooddaa aa ccaarrggaa ppoossiittiivvaa ddoo ááttoommoo eessttáá ccoonncceennttrraaddaa nnuummaa ppeeqquueennaa zzoonnaa ddeennssaa ee cceennttrraall aa qquuee cchhaammoouu nnúúcclleeoo,, ee aass ppaarrttííccuullaass ddee ccaarrggaa nneeggaattiivvaa,, ooss eellééttrroonnss,, eennccoonnttrraamm--ssee eemm mmoovviimmeennttoo eemm ttoorrnnoo ddoo rreeffeerriiddoo nnúúcclleeoo.. RRuutthheerrffoorrdd,, aappóóss ddiivveerrssaass eexxppeerriiêênncciiaass,, ccoonncclluuiiuu qquuee:: 11.. AA mmaaiioorr ppaarrttee ddoo ááttoommoo eerraa eessppaaççoo vvaazziioo;; 22.. NNaa rreeggiiããoo cceennttrraall ddoo ááttoommoo ccoonncceennttrraa--ssee ttooddaa aa mmaassssaa ddoo ááttoommoo;; 33.. OO nnúúcclleeoo tteemm ccaarrggaa ppoossiittiivvaa;; 44.. OOss eellééttrroonnss ggiirraamm eemm ttoorrnnoo ddoo nnúúcclleeoo,, ttaall ccoommoo ooss ppllaanneettaass eemm ttoorrnnoo ddoo SSooll..
  14. 14. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 14 EEssttee mmooddeelloo,, aappeessaarr ddee eexxttrreemmaammeennttee úúttiill nnããoo ccoonnsseegguuiiaa eexxpplliiccaarr oo ffaattoo ddee aa mmaattéérriiaa sseerr eessttáávveell uummaa vveezz qquuee aa aattrraaççããoo eelleettrroossttááttiiccaa eennttrree ooss eellééttrroonnss ee oo nnúúcclleeoo ppoossiittiivvoo iimmpplliiccaavvaa nneecceessssaarriiaammeennttee qquuee aass ccaarrggaass nneeggaattiivvaass ccoolliiddiisssseemm ccoomm aa rreeggiiããoo ppoossiittiivvaa oorriiggiinnaannddoo ppaarrttííccuullaass mmaatteerriiaaiiss iinnssttáávveeiiss –– oo qquuee nnããoo ssee oobbsseerrvvaavvaa.. EEsssseess eellééttrroonnss nnããoo ppooddeerriiaamm eessttaarr ppaarraaddooss,, ppooiiss eelleess ccaaiirriiaamm eemm ddiirreeççããoo aaoo nnúúcclleeoo ddeevviiddoo àà aattrraaççããoo ccoouulloommbbiiaannaa,, eennttããoo RRuutthheerrffoorrdd pprrooppôôss qquuee ooss eellééttrroonnss eessttaarriiaamm ggiirraannddoo eemm ttoorrnnoo ddoo nnúúcclleeoo eemm óórrbbiittaass cciirrccuullaarreess.. NNoo eennttaannttoo,, iissssoo nnããoo rreessoollvviiaa oo pprroobblleemmaa ddaa eessttaabbiilliiddaaddee ddoo nnúúcclleeoo,, ppooiiss ccaarrggaass eellééttrriiccaass aacceelleerraaddaass eemmiitteemm eenneerrggiiaa,, ee aa ppeerrddaa ddee eenneerrggiiaa ffaarriiaa ooss eellééttrroonnss eessppiirraallaarreemm rraappiiddaammeennttee eemm ddiirreeççããoo aaoo nnúúcclleeoo,, eemmiittiinnddoo rraaddiiaaççããoo eemm ttooddooss ooss ccoommpprriimmeennttooss ddee oonnddaa ee ttoorrnnaannddoo ooss ááttoommooss iinnssttáávveeiiss.. EEssssee mmooddeelloo aattôômmiiccoo nnããoo eerraa ssaattiissffaattóórriioo,, ppooiiss ooss ááttoommooss oobbvviiaammeennttee ssããoo eessttáávveeiiss.. Átomo de Bohr–Rutherford com um núcleo central, formado por prótons, nêutrons e os elétrons circunscritos a órbitas circulares. Fig. 7 1.6 A Contribuição De Max Planck E Einstein Em 1900, Max Planck, físico alemão, descobriu que átomos ou moléculas absorviam ou emitiam energia apenas em quantidades discretas, ou seja, em parcelas pequenas e muito bem definidas. Definiu o conceito de quantum como sendo a quantidade de energia que pode ser emitida ou absorvida na forma de radiação eletromagnética. Acabara de conceber a idéia de energia descontínua, ou quantizada. Albert Einstein, em 1905, chamou os quanta de Planck de photons (fótons) e estabeleceu, ainda, que energia tem massa. Cada átomo é capaz de emitir ou absorver radiações eletromagnéticas, mas apenas em algumas freqüências que são características de cada um dos elementos químicos diferentes.
  15. 15. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 15 Com o espectro, tanto de emissão e absorção, é característica de cada elemento, que é usado para identificar cada um dos elementos da tabela periódica pelo simples visualização e análise da posição de absorção ou emissão em suas linhas de espectro. Fig. 8. O espectrógrafo rudimentar. Fig. 9. Espectroscopia de emissão.
  16. 16. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 16 11..77 OO mmooddeelloo ddee NNiieellss BBööhhrr.. EEmm 11991111,, EErrnneesstt RRuutthheerrffoorrdd,, rreeaalliizzoouu uumm eexxppeerriimmeennttoo,, ppaarraa ccoommpprroovvaarr oo mmooddeelloo pprrooppoossttoo aattôômmiiccoo ppoorr TThhoommssoonn,, qquuee ccoonnssiissttiiuu eemm bboommbbaarrddeeaarr uummaa ffiinnaa ffoollhhaa ddee oouurroo ((00,,00000011 ?? ?? ?? ??)) ccoomm ppaarrttííccuullaass ppoossiittiivvaass ee ppeessaaddaass,, ddeennoommiinnaaddaass ppaarrttííccuullaass aallffaa ((αα)),, eemmiittiiddaass ppoorr uumm eelleemmeennttoo rraaddiiooaattiivvoo cchhaammaaddoo ppoollôônniioo.. NNiieellss BBoohhrr ccoommpplleettoouu,, qquuee ccoommpplleettoouu oo mmooddeelloo pprrooppoossttoo ppoorr RRuutthheerrffoorrdd,, ssuuggeerriiuu qquuee:: II.. OOss eellééttrroonnss ssee mmoovveemm eemm ttoorrnnoo ddoo nnúúcclleeoo ccoomm óórrbbiittaass cciirrccuullaarreess;; IIII.. AA ccaaddaa óórrbbiittaa ccoorrrreessppoonnddee uummaa ddeetteerrmmiinnaaddaa eenneerrggiiaa;; IIIIII.. OOss eellééttrroonnss ccoomm mmaaiiss eenneerrggiiaa mmoovveemm--ssee eemm óórrbbiittaass mmaaiiss aaffaassttaaddaass ddoo nnúúcclleeoo.. DDuurraannttee aa rreeaalliizzaaççããoo ddaa eexxppeerriiêênncciiaa,, RRuutthheerrffoorrdd oobbsseerrvvoouu qquuee:: aa)) aa mmaaiioorriiaa ddaass ppaarrttííccuullaass αα aattrraavveessssaarraamm aa ffoollhhaa ddee oouurroo sseemm ssooffrreerr ddeessvviiooss ee sseemm aalltteerraarr aa ssuuppeerrffíícciiee ddaa ffoollhhaa ddee oouurroo;; bb)) aallgguummaass ppaarrttííccuullaass αα ssooffrreerraamm ddeessvviiooss aaoo aattrraavveessssaarr aa ffoollhhaa ddee oouurroo;; cc)) mmuuiittoo ppoouuccaass ppaarrttííccuullaass αα nnããoo aattrraavveessssaarraamm aa ffoollhhaa ddee oouurroo ee vvoollttaarraamm ((ffiigg..88)).. Fig. 10: O experimento de Ernest Rutherford
  17. 17. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 17 Fig. 11. O experimento de Niels Böhr 1.8 Eletrosfera. As idéias estabelecidas por Böhr colaboraram para estabelecer que no moderno modelo atômico, os elétrons devem se distribuir na eletrosfera do átomo em determinados níveis de energia (n). Tabela 2.: Níveis com o número máximo de elétrons permitidos. Camada Nível de energia (n) Número máximo de elétrons K 1 2 L 2 8 M 3 18 N 4 32 O 5 32 P 6 18 Q 7 8 1.9 A Mecânica Quântica e o estudo da estrutura eletrônica dos átomos. Com a Mecânica Quântica surgem três números quânticos para descrever a distribuição dos elétrons no átomo, ou seja, para descrever as orbitais atômicas. Estes números quânticos, que resultam da equação de Schrödinger, são: número quântico principal, n, número quântico de momento angular, L, e número quântico magnético, m.
  18. 18. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 18 19.1 O número quântico principal. Está relacionado com a distância média de um elétron ao núcleo. Para os átomos conhecidos atualmente, os elétrons ocupam 7 níveis de energia (camadas de elétrons), representados por letras maiúsculas: K, L, M, N, O, P e Q , e identificados através de ―números quânticos‖, denominados ―principais‖ ou ―primários‖, que são, respectivamente: 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7. Fig. 12. Número quântico principal. 1.9.2 O número quântico de momento angular (l). Está relacionado com a forma da orbital. Os valores possíveis dependem do número quântico principal e são todos os inteiros de 0 até n – 1. Fig. 13: Formas de orbitais. O valor de l define o momento angular do elétron, sendo que o aumento do seu valor implica o aumento correspondente do valor do momento angular. Deste modo a energia cinética do elétron é associada ao movimento angular e está
  19. 19. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 19 dependente da energia total do elétron e naturalmente esses valores permitidos de l estão associados ao número quântico principal. Para um dado valor de n, l pode ter como valores possíveis os números inteiros de 0 a (n - 1). Por exemplo: Se n = 1, existe apenas um único valor de número quântico de momento angular possível (l = n - 1 = 1 - 1 = 0). Se n = 2, existem dois valores de l possíveis, 0 e 1. Se n = 3, há três valores de l, nomeadamente 0, 1 e 2. Tabela 3. Números Quânticos de Momento Angular. Número quântico principal Número quântico orbital Estado atômico n = 1 l = 0 1s n = 2 l = 0 l = 1 2s 2p n = 3 l = 0 l = 1 l = 2 3s 3p 3d Fig. 14. Órbita era circular (s), elípticas (p, d, f). 1.9.3 O número quântico magnético. Está relacionado com a orientação da orbital no espaço. Este toma todos os valores de – L até + L, passando pelo 0.
  20. 20. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 20 Fig. 15. Número quântico magnético. Fig. 16. Os vetores momentos angulares. Tabela 4. Números Quânticos. l 0 1 2 3 orbital s p d f l 0 -1, 0, +1 -2, -1, 0, +1, +2 -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 Orientações 1 3 5 7
  21. 21. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 21 1.9.4 Número quântico de spin eletrônico. O elétron, além de gerar um momento magnético devido ao seu movimento angular, possui por si só um momento angular intrínseco. Uma partícula carregada, quando em rotação, comporta-se como um pequeno ímã. Por isso dizemos que o elétron tem um momento angular de spin. Se pensarmos nos elétrons a rodarem sobre o seu próprio eixo (como o planeta Terra), as suas propriedades magnéticas podem ser justificadas. De acordo com a teoria eletromagnética, qualquer carga em rotação gera um campo magnético em seu torno. Como o movimento de rotação do elétron pode ter dois sentidos (sentido horário e anti-horário) pode ter dois valores. Deste modo o número quântico de spin eletrônico (ms) pode tomar os valores –1/2 e +1/2. Uma demonstração inquestionável da existência do spin eletrônico foi conseguido por Otto Stern e Walter Gerlach, ambos físicos alemães, em 1924. O seu dispositivo experimental consistia num feixe de átomos, produzidos num forno quente, que era injetado através de um campo magnético não homogêneo. A interação entre um elétron e o campo magnético provoca um desvio do seu trajeto linear. Como os movimentos de spin são completamente aleatórios, metade dos átomos são desviados numa direção e a outra metade noutra. No anteparo detector conseguem-se determinar duas regiões de igual intensidade. Fig. 17
  22. 22. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 22 Fig. 18 1.10 Descoberta do nêutron. Em 1932, o físico inglês James Chadwick constatou que os núcleos dos átomos, assim como as próprias partículas alfa, continham em sua estrutura, além dos prótons que lhes conferiam carga positiva, outras partículas, de carga elétrica neutra e massa aproximadamente igual à do próton, que evitam a repulsão dos prótons, denominadas de nêutrons. A descoberta da existência dessa partícula foi possível graças ao grande sucesso da aplicação do Princípio da Conservação da Quantidade de Movimento. Segundo este, a conservação da quantidade de movimento total de um sistema ocorre se a resultante das forças externas que atuam sobre o sistema for nula. Este princípio ganhou enorme importância, de forma que ficou conhecido como uma das leis fundamentais da natureza, sendo aplicada em todos os campos da ciência Física. A experiência que J. Chadwick realizou consistiu, basicamente, em fazer com que feixes de partículas alfa se colidissem com uma amostra de berílio. Dessa colisão apareceu um tipo de radiação que levaram muitos cientistas a acreditar que se tratava de raios gama. Após realizar vários cálculos, James concluiu que não se tratava de raios gama, a radiação invisível era formada por nêutrons. Fig. 19
  23. 23. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 23 O nêutron eliminado, ao atravessar um campo elétrico, não sofre desvio, permitindo concluir que o nêutron é uma partícula que não possui carga elétrica, mas que possui massa praticamente igual a do próton. Para comprovar que realmente se tratava de nêutrons, Chadwick mediu a massa dessas partículas, pois segundo Rutherford elas tinham massa igual à do próton. 1.11 Modelo De Sommerfeld. Em 1916, o físico alemão Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld, baseado na mecânica quântica, apresentou um novo modelo atômico sobre o qual afirmava que os elétrons descreviam órbitas circulas e elípticas ao redor do núcleo. Considerou, ainda, que a energia liberada como fóton era pelo fato de as camadas eletrônicas possuírem certas subdivisões (subníveis energéticos - s, p, d, f). Para ele, uma órbita era circular (s) e as demais, elípticas (p, d, f). Fig. 20. O modelo de Sommerfeld. 1.12 Modelo de Schrödinger: modelo atual. As experiências do modelo de Bohr foram muito úteis, mas a ciência, em evolução, abandonou a idéia de órbitas estacionárias regidos pelas leis da mecânica clássica. Evoluiu para uma nova mecânica: a mecânica quântica. Seus pais eram: Werner Karl Heisenberg (1901-1976), Erwin Schrödinger (1887-1961) e Paul Dirac (1902- 1984). Eles abandonaram o conceito de órbita estacionária, principalmente porque não se pode localizar a posição exata de um elétron em um dado instante. No modelo de Schrödinger abandona o conceito de elétrons como minúsculas esferas carregadas que giram em torno do núcleo, que é uma extrapolação a partir da experiência nível macroscópica para o pequeno tamanho do átomo. Em vez disso, a trajetória dos elétrons de Schrödinger é a de uma onda. Neste caso, o
  24. 24. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 24 elétron não é considerado como uma partícula; ele é considerado como um conjunto das ondas que vibram em redor do núcleo, com uma provável presença em uma região definida do espaço. Esta área é conhecida como probabilidade orbital. Portanto, os cientistas abandonaram a ideia de que o elétron descrevia uma trajetória definida em torno do núcleo e passaram a admitir que existam zonas onde há maior probabilidade de encontrar os elétrons, designadas por orbitais. Fig. 21. Diferença entre orbitais. Vejamos alguns exemplos: Fig. 22: Orbitais s.
  25. 25. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 25 Fig. 23. Orbitais p. Fig. 24. Orbitais d. Fig. 25. Orbitais f.
  26. 26. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 26 A EVOLUÇÃO DO MODELO DO ÁTOMO RESUMO TEORIA DE DALTON A) Cada elemento é composto de minúsculas partículas indestrutíveis chamadas átomos. Átomos não podem ser criados nem destruídos durante uma reação química. B) Todos os átomos de um elemento são semelhantes em massa (peso) e outras propriedades, mas os átomos de um elemento são diferentes do resto dos elementos. C) Em cada um dos seus compostos, os diferentes elementos se combinam em proporções numéricas simples: assim, um átomo de um com um átomo de B (AB), ou um átomo A com dois átomos de B (AB2). Teoria atômica de Dalton levou à "Lei das proporções múltiplas, que afirma: ―Se dois elementos formam mais do que um único composto simples, as massas de um elemento se combina com uma massa fixa de um segundo elemento numa simples razão inteira‖. Exemplo: o hidrogênio e o oxigênio se combinar formando 2 compostos diferentes: a água e a água oxigenada. No primeiro, 11,11 g de H2O combinam-se a 89,99 g de O, formando 100 g de água. No segundo, 100 g de H2O2 são formadas por 5,88 g de H e 94,11 g de O. Como se vê: 5,88 é praticamente metade de 11,11, donde se verifica a veracidade da lei. MODELO ATÔMICO DE THOMSON Neste modelo, concebido em 1904, o átomo é constituído por uma esfera de carga elétrica positiva, na qual estão imersos os elétrons com carga elétrica negativa.
  27. 27. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 27 A) Modelo de Dalton, B) Modelo de Thompson. Fig. 26 MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD Neste modelo, concebido em 1911, o átomo é constituído por um núcleo, portador de carga elétrica positiva, à volta do qual rodam os elétrons, descrevendo órbitas elípticas. MODELO ATÔMICO DE BOHR Neste modelo, concebido em 1913, o átomo é constituído por um núcleo, tal como no modelo de Rutherford, mas em que os elétrons se movem em órbitas circulares em torno do núcleo, correspondendo a cada uma delas um nível de energia. Os elétrons podem passar de uma órbita para outra por absorção ou emissão de energia. Fig. 27. O Modelo de Bohr.
  28. 28. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 28 MODELO ATÔMICO ATUAL — MODELO DA NUVEM ELETRÔNICA. Os cientistas abandonaram a idéia de que o elétron descrevia uma trajetória definida em torno do núcleo e passaram a admitir que existam zonas onde há maior probabilidade de encontrar os elétrons, designadas por orbitais. Fig. 28. O modelo da Nuvem Eletrônica. Fig. 29
  29. 29. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 29 UUNNIIDDAADDEE IIII 22..11.. OO PPRRIINNCCÍÍPPIIOO DDEE EEXXCCLLUUSSÃÃOO DDEE PPAAUULLII.. OO pprriinnccííppiioo ddee eexxcclluussããoo ddee PPaauullii ssuuggeerree qquuee aappeennaass ddooiiss eellééttrroonnss ccoomm ssppiinnss ooppoossttooss ppooddeemm ooccuuppaarr uumm oorrbbiittaall aattôômmiiccoo.. DDiittoo ddee oouuttrraa mmaanneeiirraa,, nnããoo eexxiisstteemm ddooiiss eellééttrroonnss ccoomm ooss mmeessmmooss 44 nnúúmmeerrooss qquuâânnttiiccooss nn,, ll,, mm,, ss.. PPrriinnccííppiioo ddee eexxcclluussããoo ddee PPaauullii ssuuggeerree qquuee uumm oorrbbiittaall aattôômmiiccoo éé uumm eessttaaddoo ddee eenneerrggiiaa qquuee ttêêmm lliimmiittee ddee eessppaaççoo ppaarraa aaccoommooddaarr eellééttrroonnss.. 22..22.. PPRRIINNCCÍÍPPIIOOSS DDEE AAUUFFBBAAUU OOUU RREEGGRRAA DDEE KKLLEECCHHKKOOWWSSKKII.. OOss eellééttrroonnss ssããoo pprreeeenncchhiiddooss ddee aaccoorrddoo ccoomm uumm eessqquueemmaa ccoonnhheecciiddoo ccoommoo oo pprriinnccííppiioo ddee AAuuffbbaauu,, qquuee ccoorrrreessppoonnddee ((nnaa mmaaiioorr ppaarrttee)) ppaarraa aauummeennttaarr aa eenneerrggiiaa ddaass ssuubbccaammaaddaass.. Fig. 30 OOrrddeemm ddee pprreeeenncchhiimmeennttoo:: 11ss >> 22ss >> 22pp >> 33ss >> 33pp >> 44ss >> 33dd >> 44pp >> 55ss >> 44dd >> 55pp >> 66ss >> 44ff >> 55dd >> 66pp >> 77ss >> 55ff >> 66dd >> 77pp..
  30. 30. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 30 22..33.. CCOONNFFIIGGUURRAAÇÇÃÃOO EELLEETTRRÔÔNNIICCAA.. PPoorrqquuee uumm eellééttrroonn ggiirraa ssoobbrree sseeuu eeiixxoo,, eellee ccrriiaa uumm ccaammppoo mmaaggnnééttiiccoo.. PPaarraa ddooiiss eellééttrroonnss nnoo mmeessmmoo oorrbbiittaall,, aass rroottaaççõõeess ddeevveemm sseerr ooppoossttaass eennttrree ssii ((ppaarraa qquuee ooss ccaammppooss mmaaggnnééttiiccooss sseejjaamm oorriieennttaaddooss eemm dduuaass ddiirreeççõõeess ddiissttiinnttaass)).. NNeessttee ccaassoo,, oo ááttoommoo éé nnoommeeaaddoo ddiiaammaaggnnééttiiccoo,, ppooiiss tteemm ooss ddooiiss eellééttrroonnss eemmppaarreellhhaaddooss ((ssppiinnss eemmppaarreellhhaaddooss)).. ÁÁttoommoo ppaarraammaaggnnééttiiccoo tteemm uumm oorrbbiittaall ddeesseemmppaarreellhhaaddoo ((ssoommeennttee 11 eellééttrroonn nnoo oorrbbiittaall)).. OOss eelleemmeennttooss ddiiaammaaggnnééttiiccooss ssee aaggrruuppaamm eemm bbllooccooss sseemm oorriieennttaaççããoo ppoollaarr ddeeffiinniiddaa,, ddee mmooddoo qquuee nnããoo rreeaaggeemm aa ccaammppooss mmaaggnnééttiiccooss.. AAssssiimm,, oo pprriinnccííppiioo ddee eeqquuiillííbbrriioo ooccoorrrree qquuaannddoo ooss eellééttrroonnss eessttããoo eemmppaarreellhhaaddooss.. AA ddiissttrriibbuuiiççããoo ddee eellééttrroonnss eennttrree ooss oorrbbiittaaiiss ddee uumm ááttoommoo éé cchhaammaaddaa ddee ccoonnffiigguurraaççããoo eelleettrrôônniiccaa.. CCoommoo vviimmooss ooss ssuubbnníívveeiiss ssããoo ddeessiiggnnaaddooss ppoorr lleettrraass:: ss ((sshhaarrpp == nnííttiiddoo)),, pp ((pprriinncciippaall)),, dd ((ddiiffffuussee == ddiiffuussoo)),, ff ((ffuunnddaammeennttaall)) ee ooss gg,, hh ee ii,, eexxiisstteenntteess ssoommeennttee nnaa tteeoorriiaa,, ppooiiss nnããoo hháá,, aaiinnddaa,, ááttoommooss ccoomm ttaannttooss eellééttrroonnss −− ssee eexxiissttiirreemm sseerráá nneecceessssáárriioo uuttiilliizzaarrmmooss eesssseess ssuubbnníívveeiiss..  AA ccaammaaddaa KK éé ccoommppoossttaa ppeelloo ssuubbnníívveell ss..  AA ccaammaaddaa LL éé ccoommppoossttaa ppeellooss ssuubbnníívveeiiss ss ee pp..  AA ccaammaaddaa MM éé ccoommppoossttaa ppeellooss ssuubbnníívveeiiss ss,, pp ee dd..  AA ccaammaaddaa NN éé ccoommppoossttaa ppeellooss ssuubbnníívveeiiss ss,, pp,, dd ee ff..  AA ccaammaaddaa OO éé ccoommppoossttaa ppeellooss ssuubbnníívveeiiss ss,, pp,, dd,, ff ee gg..  AA ccaammaaddaa PP éé ccoommppoossttaa ppeellooss ssuubbnníívveeiiss ss,, pp,, dd,, ff,, gg,, ee hh..  AA ccaammaaddaa QQ éé ccoommppoossttaa ppeellooss ssuubbnníívveeiiss ss,, pp,, dd,, ff,, gg,, hh ee ii CCoommoo ooss mmoommeennttooss aanngguullaarreess ssppiinn ee oorrbbiittaall ssee ccoommbbiinnaamm ((iissttoo éé,, ssee aaccooppllaamm)) ddee mmooddoo vveettoorriiaall ee ccoommoo nnããoo eexxiisstteemm ddooiiss eellééttrroonnss ccoomm ooss mmeessmmooss 44 nnúúmmeerrooss qquuâânnttiiccooss ((nn,, ll,, mm,, ss)) tteerreemmooss:: Fig. 31: Configuração eletrônica.
  31. 31. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 31 Tabela 5: Distribuição eletrônica. n l ml Número de orbitais Orbital Elétrons emparelhados Número de elétrons 1 0 0 1 1 s ↑↓ 2 2 0 0 1 2 s ↑↓ 2 1 -1, 0, 1 3 2 p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 6 3 0 0 1 3 s ↑↓ 2 1 -1, 0, 1 3 3 p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 6 2 -2, -1, 0, 1, 2 5 3 d ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 10 4 0 0 1 4 s ↑↓ 2 1 -1, 0, 1 3 4 p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 6 2 -2, -1, 0, 1, 2 5 4 d ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 10 3 -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 7 4 f ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 14 NNúúmmeerroo mmááxxiimmoo ddee eellééttrroonnss eemm ccaaddaa nníívveell ddee eenneerrggiiaa éé ddeetteerrmmiinnaaddoo ppeellaa eeqquuaaççããoo ddee RRyyddbbeerrgg:: xx == 22nn22.. K L M N O P Q 2 8 18 32 50 72 98 OO eelleemmeennttoo ddee nnúúmmeerroo aattôômmiiccoo 111122 aapprreesseennttaa oo sseegguuiinnttee nnúúmmeerroo ddee eellééttrroonnss nnaass ccaammaaddaass eenneerrggééttiiccaass:: K L M N O P Q 2 8 18 32 32 18 2 UUmm eessqquueemmaa ffeeiittoo ppaarraa aauuxxiilliiaarr nnaa ddiissttrriibbuuiiççããoo ddooss eellééttrroonnss ppeellooss ssuubbnníívveeiiss ddaa eelleettrroossffeerraa éé oo ddiiaaggrraammaa ddee LLiinnuuss PPaauulliinngg ((oouu ddiiaaggrraammaa ddee PPaauulliinngg))..
  32. 32. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 32 Fig. 32: Diagrama de Pauling. OOrrddeemm ddoo ddiiaaggrraammaa éé:: 11ss22,, 22ss22,, 22pp66,, 33ss22,, 33pp66,, 44ss22,, 33dd1100,, 44pp66,, 55ss22,, 44dd1100,, 55pp66,, 66ss22,, 44ff1144,, 55dd1100,, 66pp66,, 77ss22,, 55ff1144,, 66dd1100,, 77pp66.. NNããoo éé nneecceessssáárriioo mmeemmoorriizzaarr oo sseegguuiimmeennttoo ddoo ddiiaaggrraammaa,, ppooiiss aa oorrddeemm nnaa qquuaall ooss eellééttrroonnss ssããoo pprreeeenncchhiiddooss ppooddee sseerr lliiddaa aa ppaarrttiirr ddaa ttaabbeellaa ppeerriióóddiiccaa.. 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A 8A 1 H 1s1 2 He 1s2 3 Li 1s2 2s1 4 Be 1s2 2s2 5 B 1s2 2s22p1 6 C 1s2 2s22p2 7 N 1s2 2s22p3 8 O 1s2 2s22p4 9 F 1s2 2s22p5 10 Ne 1s2 2s22p6 11 Na [Ne] 3s1 12 Mg [Ne] 3s2 13 Al [Ne] 3s23p1 14 Si [Ne] 3s23p2 15 P [Ne] 3s23p3 16 S [Ne] 3s23p4 17 Cl [Ne] 3s23p5 18 Ar [Ne] 3s23p6 88ªª
  33. 33. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 33 11AA 33AA 44AA 55AA 66AA 77AA 11ss 11ss 22AA 11pp 22ss 22pp 33ss 33pp 44ss 33dd 44pp 55ss 44dd 55pp 66ss 55dd 66pp 77ss 66dd 44ff 55ff
  34. 34. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 34 22..44.. PPrroopprriieeddaaddeess ddooss ííoonnss mmoonnooaattôômmiiccooss.. OOss eellééttrroonnss nnaa ccaammaaddaa mmaaiiss eexxtteerrnnaa ((aaqquueellaass ccoomm oo mmaaiioorr vvaalloorr ddee nn)) ssããoo ooss mmaaiiss eennéérrggiiccooss,, ee ssããoo ooss qquuee eessttããoo eexxppoossttooss aa oouuttrrooss ááttoommooss.. EEssttaa ccaammaaddaa éé ccoonnhheecciiddaa ccoommoo aa ccaammaaddaa ddee vvaallêênncciiaa..  EElleemmeennttooss ccoomm pprroopprriieeddaaddeess sseemmeellhhaanntteess,, ggeerraallmmeennttee ttêêmm ccoonnffiigguurraaççõõeess sseemmeellhhaanntteess nnaa ccaammaaddaa eexxtteerriioorr.. PPoorr eexxeemmpplloo,, nnóóss jjáá ssaabbeemmooss qquuee ooss mmeettaaiiss aallccaalliinnooss ((GGrruuppoo 11AA)) sseemmpprree ffoorrmmaamm ííoonnss ccoomm uummaa ccaarrggaa ddee 11 ((oo eellééttrroonn ""eexxttrraa"" ss11 eellééttrroonn éé oo qquuee sseerráá ppeerrddiiddoo)),, oorrddeemm eenneerrggééttiiccaa ((oorrddeemm ddee pprreeeenncchhiimmeennttoo)):: 1A Li 1s 2 2s 1 Li + 1s 2 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Na + 1s 2 2s 2 2p 6 K 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 K + 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6  OOss GGrruuppooss IIII ee IIIIII ((mmeettaaiiss)) ttaammbbéémm tteennddeemm aa ppeerrddeerr ttooddooss ooss sseeuuss eellééttrroonnss ddee vvaallêênncciiaa ppaarraa ffoorrmmaarr ccááttiioonnss.. 2A Be 1s 2 2s 2 Be 2 + 1s 2 Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 Mg 2 + 1s 2 2s 2 2p 6 2A Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Al3+ 1s 2 2s 2 2p 6  OO GGrruuppoo IIVV ee VV ((mmeettaaiiss)) ppooddee ppeerrddeerr ttaannttoo ooss eellééttrroonnss ddoo ssuubbnníívveell pp,, oouu ddee aammbbooss ooss ss ee SSUUBBCCAAMMAADDAASS pp,, ccoonnsseegguuiinnddoo aassssiimm uummaa ppsseeuuddoo-- ccoonnffiigguurraaççããoo ddee ggááss nnoobbrree.. 4A Sn [Kr] 4d 10 5s 2 5p 2 Sn 2 + [Kr] 4d 10 5s 2 Sn 4 + [Kr] 4d 10 Pb [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 2 Pb 2 + [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 Pb 4 + [Xe] 4f 14 5d 10 5A Bi [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 6p 3 Bi 3 + [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 Bi 5 + [Xe] 4f 14 5d 10  OOss GGrruuppoo IIVV -- VVIIII ((nnããoo--mmeettaaiiss)) ggaannhhaamm eellééttrroonnss aattéé ssuuaa ccaammaaddaa ddee vvaallêênncciiaa ssee ccoommpplleettaarr ((88 eellééttrroonnss)).. 4A C 1s 2 2s 2 2p 2 C4 - 1s 2 2s 2 2p 6 5A N 1s 2 2s 2 2p 3 N3 - 1s 2 2s 2 2p 6 6A O 1s 2 2s 2 2p 4 O2 - 1s 2 2s 2 2p 6 7A F 1s 2 2s 2 2p 5 F - 1s 2 2s 2 2p 6
  35. 35. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 35  OOss ggaasseess nnoobbrreess ddoo ggrruuppoo VVIIIIII jjáá ppoossssuueemm uummaa ccaammaaddaa eexxtteerrnnaa ccoommpplleettaa,, ppoorrttaannttoo,, eelleess nnããoo ttêêmm tteennddêênncciiaa ppaarraa ffoorrmmaarr ííoonnss.. 8A Ne 1s 2 2s 2 2p 6 Ar 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6  MMeettaaiiss ddee ttrraannssiiççããoo ((ggrruuppoo BB)) nnoorrmmaallmmeennttee ttêêmm dduuaass ffoorrmmaass ddee ppeerrddeerr ooss eellééttrroonnss ddee vvaallêênncciiaa ((ss)),, mmaass ttaammbbéémm ppooddee ppeerrddeerr eellééttrroonnss ddee aallttoo nníívveell dd.. B Fe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 Fe 2 + 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 Fe 3 + 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 22..55.. PPrroopprriieeddaaddeess ppeerriióóddiiccaass ddooss eelleemmeennttooss.. AA ffoorrççaa ddee qquuaallqquueerr mmooddeelloo qquuee eessttáá nnaa ccaappaacciiddaaddee ddee eexxpplliiccaarr aass oobbsseerrvvaaççõõeess eexxppeerriimmeennttaaiiss.. II.. OO rraaiioo aattôômmiiccoo.. AA pprriimmeeiirraa pprroopprriieeddaaddee aa eexxpplloorraarr éé oo rraaiioo aattôômmiiccoo.. ÉÉ ddiiffíícciill ddeeffiinniirr uummaa ffrroonntteeiirraa nnííttiiddaa eennttrree aa ddiissttâânncciiaa ddooss eellééttrroonnss ddee qquuaallqquueerr ááttoommoo eemm ppaarrttiiccuullaarr ee ddoo nnúúcclleeoo,, ppooiiss oo ááttoommoo nnããoo tteemm ffoorrmmaa ddeelliimmiittaaddaa,, nnããoo aapprreesseennttaa lliimmiittee ppaarraa ssuuaa nnuuvveemm eelleettrrôônniiccaa.. PPoorr iissssoo,, aallgguummaass aapprrooxxiimmaaççõõeess ssããoo ffeeiittaass ppaarraa ddeetteerrmmiinnaarr eessttee ppaarrââmmeettrroo.. PPoorr eexxeemmpplloo,, aa ddiissttâânncciiaa eennttrree ooss ddooiiss ááttoommooss ddee cclloorroo nnoo CCll22 éé 11,,998888ÅÅ.. PPaarraa oobbtteerr oo rraaiioo aattôômmiiccoo ttoommaa--ssee aa ddiissttâânncciiaa eennttrree ooss ddooiiss nnúúcclleeooss,, qquuee éé aa ssoommaa ddooss ddooiiss rraaiiooss aattôômmiiccooss ddoo cclloorroo.. PPoorrttaannttoo,, oo rraaiioo aattôômmiiccoo ddoo cclloorroo éé 00,,999944 ÅÅ,, oouu:: 00,,999944 ÅÅ == ((11,,998888ÅÅ//22)) .. OOss rraaiiooss aattôômmiiccooss,, ddeetteerrmmiinnaaddooss ddeessttaa ffoorrmmaa,, ttaammbbéémm ssããoo cchhaammaaddooss ddee rraaiiooss ccoovvaalleenntteess.. Fig. 33: Raios atômicos.
  36. 36. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 36 Fig. 34: Raio Atômico. Fig. 35: Raio Atômico dos Elementos.
  37. 37. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 37 AA vvaarriiaaççããoo ddoo rraaiioo aattôômmiiccoo aappaarreeccee ccllaarraammeennttee nnoo ggrrááffiiccoo aacciimmaa.. NNoottee qquuee hháá uumm ddeeccrréésscciimmoo aattrraavvééss ddoo ppeerrííooddoo.. IIssssoo ooccoorrrree ppoorrqquuee aaoo lloonnggoo ddoo ppeerrííooddoo eexxiissttee aa aaddiiççããoo ddee eellééttrroonnss nnaa ccaammaaddaa ddee vvaallêênncciiaa ee,, ssiimmuullttaanneeaammeennttee,, uumm aauummeennttoo ddaa ccaarrggaa nnuucclleeaarr.. CCoomm oo aauummeennttoo ddaa ccaarrggaa nnuucclleeaarr,, ttooddooss ooss eellééttrroonnss ssããoo aattrraaííddooss mmaaiiss ffoorrtteemmeennttee ee,, ppoorrttaannttoo,, ffiiccaa mmaaiiss pprróóxxiimmoo ddoo nnúúcclleeoo.. OO eeffeeiittoo éé mmaaiiss ccllaarroo nnoo sseegguunnddoo ee tteerrcceeiirroo ppeerrííooddooss,, qquuee nnããoo iinncclluueemm ooss eelleemmeennttooss ddee ttrraannssiiççããoo.. OO ddeeccrréésscciimmoo éé iinntteerrrroommppiiddoo nnooss eelleemmeennttooss ddee ttrraannssiiççããoo,, ppoorrqquuee aa aaddiiççããoo ddooss eellééttrroonnss ddee vvaallêênncciiaa nnããoo éé ffeeiittaa nnaa ccaammaaddaa ddee vvaallêênncciiaa,, mmaass nnoo ssuubbnníívveell ((nn--11))dd.. AA ddiissttâânncciiaa mmééddiiaa eennttrree oo nnúúcclleeoo ee eesssseess eellééttrroonnss éé mmeennoorr ddoo qquuee aa ddiissttâânncciiaa mmééddiiaa eennttrree oo nnúúcclleeoo ee aa ccaammaaddaa ddee vvaallêênncciiaa,, iissssoo ppoorrqquuee ooss eellééttrroonnss iinntteerrnnooss sseerrvveemm ppaarrcciiaallmmeennttee ddee pprrootteeççããoo eennttrree oo nnúúcclleeoo ee aa ffoorrççaa ddee aattrraaççããoo eexxeerrcciiddaa ppeelloo nnúúcclleeoo;; oo qquuee eeqquuiivvaallee ddiizzeerr qquuee:: OOss eellééttrroonnss eexxtteerrnnooss eexxppeerriimmeennttaamm uummaa rreeppuullssããoo ddooss eellééttrroonnss iinntteerrnnooss,, oo qquuee ccoommppeennssaa ppaarrcciiaallmmeennttee ((oouu bblliinnddaa)) aa aattrraaççããoo ddoo nnúúcclleeoo.. OO eeffeeiittoo ddee bblliinnddaaggeemm rreedduuzz aa ccaarrggaa ppoossiittiivvaa qquuee ooss eellééttrroonnss iinntteerrnnooss ssooffrreemm.. VVeejjaa nnaa ttaabbeellaa aabbaaiixxoo:: Tabela 6: Raios Atômicos do Grupo IVB ÁÁttoommoo CCaarrggaa NNuucclleeaarr CCoonnffiigguurraaççããoo eelleettrrôônniiccaa RRaaiioo,, nnmm TTii 2222++ [[AArr]] 33dd2244ss22 00,,113322 ZZrr 4400++ [[KKrr]] 44dd2255ss22 00,,114455 HHff 7722++ [[XXee]] 55dd2266ss22 11,,114444 VV..IIII.. EEnneerrggiiaa ddee IIoonniizzaaççããoo.. AA eenneerrggiiaa nneecceessssáárriiaa ppaarraa rreemmoovveerr uumm eellééttrroonn ddee uumm ááttoommoo éé cchhaammaaddaa ddee eenneerrggiiaa ddee iioonniizzaaççããoo:: EE11 ppaarraa oo pprriimmeeiirroo eellééttrroonn,, EE22 ppaarraa oo sseegguunnddoo ee EEmm ppaarraa oo mm--ééssiimmoo eellééttrroonn.. NNee((gg)) →→ NNee++((gg)) ++ ee-- NNee++((gg)) →→ NNee++22((gg)) ++ ee-- NNaa((gg)) →→ NNaa++((gg)) ++ ee-- NNaa++((gg)) →→ NNaa++22((gg)) ++ ee-- EE11 == 449977 kkccaall//mmooll EE22 == 994477 kkccaall//mmooll EE11 == 111199 kkccaall//mmooll EE22 == 11009911 kkccaall//mmooll
  38. 38. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 38 Fig. 36: Medidas das energias de ionização para os átomos de Neônio e de Sódio. (Fonte: Pimentel & Spratley, 1978) AAss mmeeddiiddaass ddee EEmm iimmpplliiccaamm nnaa ttrraannssffeerrêênncciiaa ddee eenneerrggiiaa aaoo ááttoommoo ee nnaa ddeetteeccççããoo ddooss eellééttrroonnss qquuaannddoo eelleess ssããoo aarrrraannccaaddooss.. AAssssiimm,, aa eenneerrggiiaa ddee IIoonniizzaaççããoo II éé aa eenneerrggiiaa mmíínniimmaa nneecceessssáárriiaa ppaarraa rreemmoovveerr uumm eellééttrroonn ddee uumm ááttoommoo nnaa ffaassee ggaassoossaa:: AA ((gg)) →→ AA++ ((gg)) ++ ee -- II == EE((AA++ ((gg)) )) –– EE((AA ((gg)))) EEmm ggeerraall aauummeennttaa ccoomm oo ppeerrííooddoo,, ddeevviiddoo aaoo aauummeennttoo ddaa ccaarrggaa nnuucclleeaarr ((mmaaiioorr aattrraaççããoo ddoo nnúúcclleeoo)) ee ddeeccrreessccee nnooss ggrruuppooss,, ddeevviiddoo aaoo aauummeennttoo ddoo nnúúmmeerroo ddee ccaammaaddaass.. VVeejjaa aabbaaiixxoo:: Fig. 37: Energia de Ionização.
  39. 39. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 39 NNoottee--ssee qquuee,, aaoo lloonnggoo ddee uumm ggrruuppoo,, aa eenneerrggiiaa ddee iioonniizzaaççããoo ddiimmiinnuuii ccoomm oo aauummeennttoo ddoo nnúúmmeerroo aattôômmiiccoo.. TTaall ffaattoo ppooddee iinntteerrpprreettaarr--ssee ssee ppeennssaarr qquuee,, ddeennttrroo ddee uumm ggrruuppoo,, uumm aauummeennttoo ddoo nnúúmmeerroo aattôômmiiccoo ccoorrrreessppoonnddee aa uumm aauummeennttoo ddoo ppeerrííooddoo;; ppoorr iissssoo,, ooss eellééttrroonnss ddee vvaallêênncciiaa vvããoo--ssee ssiittuuaannddoo eemm nníívveeiiss ccaaddaa vveezz mmaaiiss eexxtteerrnnooss ee,, ccoonnsseeqqüüeenntteemmeennttee,, mmaaiiss aaffaassttaaddooss ddoo nnúúcclleeoo.. EEssttee aaffaassttaammeennttoo ccoommppeennssaa oo aauummeennttoo ddaa ccaarrggaa nnuucclleeaarr ee,, ppoorr iissssoo,, aa eenneerrggiiaa ddee iioonniizzaaççããoo ddiimmiinnuuii.. IIII.. AAffiinniiddaaddee eelleettrrôônniiccaa.. AA aaffiinniiddaaddee eelleettrrôônniiccaa oouu eelleettrroo--aaffiinniiddaaddee ppooddee sseerr ddeeffiinniiddoo ccoommoo aa qquuaannttiiddaaddee ddee eenneerrggiiaa lliibbeerraaddaa nnoo pprroocceessssoo eemm qquuee uumm ááttoommoo iissoollaaddoo,, nnoo sseeuu eessttaaddoo ffuunnddaammeennttaall,, rreecceebbee uumm eellééttrroonn,, ffoorrmmaannddoo uumm ííoonn nneeggaattiivvoo ((âânniioonn)),, ccoonnffoorrmmee aa rreeaaççããoo:: XX°° ((gg)) ++ ee −− →→XX −− ((gg)) AA lliibbeerraaççããoo ddee eenneerrggiiaa mmeeddee oo qquuããoo ffoorrtteemmeennttee oo eellééttrroonn ssee lliiggaa aaoo ááttoommoo,, ppoorrttaannttoo qquuaannttoo mmaaiiss nneeggaattiivvoo oo vvaalloorr ddaa aaffiinniiddaaddee eelleettrrôônniiccaa,, mmaaiioorr éé aa tteennddêênncciiaa ddoo ááttoommoo eemm rreecceebbeerr oo eellééttrroonn.. IIssssoo,, ppoorréémm,, nnããoo iimmppeeddee qquuee aallgguunnss eelleemmeennttooss tteennhhaamm aaffiinniiddaaddee eelleettrrôônniiccaa ppoossiittiivvaa,, oo qquuee iinnddiiccaa uummaa bbaaiixxííssssiimmaa tteennddêênncciiaa ddee rreecceebbeerr eellééttrroonnss ee aa nneecceessssiiddaaddee ddee aabbssoorrvveerr eenneerrggiiaa ppaarraa ppooddeerr ggaannhhaarr eellééttrroonnss.. Fig. 38: Eletroafinidade.
  40. 40. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 40 AAss aaffiinniiddaaddeess eelleettrrôônniiccaass,, eemm ggeerraall,, ttêêmm vvaalloorreess mmeennooss nneeggaattiivvooss aaoo lloonnggoo ddee uumm ggrruuppoo ((ddeesscceennddoo)),, ppoorrqquuee aa ccaammaaddaa ddee vvaallêênncciiaa eessttáá pprrooggrreessssiivvaammeennttee mmaaiiss ddiissttaannttee ddoo nnúúcclleeoo ee aa bblliinnddaaggeemm ddaass ccaammaaddaass iinntteerrnnaass éé mmaaiiss eeffeettiivvaa nnaa ccoommppeennssaaççããoo ddoo aauummeennttoo ddaa ccaarrggaa nnuucclleeaarr.. UUmmaa eexxcceeççããoo aa eessssaa rreeggrraa éé qquuee oo ffllúúoorr éé mmeennooss nneeggaattiivvoo qquuee oo cclloorroo.. UUmmaa ppoossssíívveell eexxpplliiccaaççããoo ppaarraa eessssee rreessuullttaaddoo bbaasseeiiaa--ssee nnoo ffaattoo ddee qquuee,, oo ffllúúoorr,, ppoorr sseerr oo mmeennoorr ááttoommoo ddoo ggrruuppoo ddooss hhaallooggêênniiooss,, nnããoo ppooddee tteerr aa ffoorrççaa ddee rreeppuullssããoo iinntteerr--eelleettrrôônniiccaa nnaa ccaammaaddaa mmaaiiss eexxtteerrnnaa iiggnnoorraaddaa.. PPaarraa ccoonnvveerrtteerr FF00 eemm FF−− ,, oo ooiittaavvoo eellééttrroonn eessttaarriiaa ccoommpprriimmiiddoo nnaa ccaammaaddaa nn == 22,, ppoorr eessttaa sseerr mmuuiittoo ppeeqquueennaa ee ccoomm iissssoo,, aa rreeppuullssããoo eennttrree eellééttrroonnss sseerriiaa rreellaattiivvaammeennttee ggrraannddee,, rreedduuzziinnddoo aassssiimm aa aaffiinniiddaaddee eelleettrrôônniiccaa ddoo ffllúúoorr.. OOss eelleemmeennttooss ddoo ggrruuppoo ddooss hhaallooggêênniiooss ssããoo ooss ááttoommooss qquuee ppoossssuueemm mmaaiioorr aaffiinniiddaaddee eelleettrrôônniiccaa ddeevviiddoo aaoo rreedduuzziiddoo ttaammaannhhoo ddooss ááttoommooss,, àà ccaarrggaa nnuucclleeaarr eeffeettiivvaa rreellaattiivvaammeennttee ggrraannddee ee àà nneecceessssiiddaaddee ddee aappeennaass uumm eellééttrroonn ppaarraa aallccaannççaarr aa ccoonnffiigguurraaççããoo eelleettrrôônniiccaa ddee ggaasseess nnoobbrreess ((rreeggrraa ddoo oocctteettoo)).. OOss ggaasseess nnoobbrreess ttêêmm vvaalloorreess nnuullooss ppaarraa aa eelleettrrooaaffiinniiddaaddee.. Tabela 7: Afinidades eletrônicas dos elementos do grupo principal (em eV). CCoommoo ppooddeemmooss eexxpplliiccaarr oo ddeeccrréésscciimmoo nnaa aaffiinniiddaaddee eelleettrrôônniiccaa eennttrree oo LLii ee oo BBee,, aappeessaarr ddoo aauummeennttoo ddaa ccaarrggaa nnuucclleeaarr?? AAss ccoonnffiigguurraaççõõeess eelleettrrôônniiccaass ssããoo:: LLii [[HHee]] 22ss11 BBee [[HHee]] 22ss22.. AAssssiimm oo eellééttrroonn aaddiicciioonnaall nnoo llííttiioo eennttrraa eemm uumm oorrbbiittaall 22ss,, mmaass nnoo bbeerríílliioo eellee ddeevvee eennttrraarr nnoo oorrbbiittaall 22pp ee ddeessttee mmooddoo eessttáá mmeennooss lliiggaaddoo.. OOuu sseejjaa,, aa ccaarrggaa nnuucclleeaarr eessttáá ttããoo bbeemm bblliinnddaaddaa qquuee nnoo bbeerríílliioo oo ggaannhhoo ddee eellééttrroonn éé eennddoottéérrmmiiccoo..
  41. 41. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 41 Tabela 8: Número de oxidação dos Elementos.
  42. 42. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 42 III. Tamanho dos íons. O tamanho do íon também depende da carga nuclear, do número de elétrons e dos orbitais que contenham os elétrons de valência. Os cátions deixam vago o orbital mais volumoso e são menores do que os átomos que lhes dão origem.
  43. 43. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 43 UUNNIIDDAADDEE IIIIII 3.1 Ligações entre os átomos. Praticamente todas as sustâncias que encontramos na natureza estão formadas por átomos unidos. As intensas forças que mantém unidos os átomos nas diversas sustâncias se denomina ligações químicos. Os átomos se unem porque, ao estar unidos, adquirem uma situação mais estável que quando estão separados. Os gases nobres têm muito pouca tendência a formar compostos e geralmente são encontrados na natureza como átomos isolados. Seus átomos, exceto o Helio, têm 8 elétrons em seu último nível. Esta configuração eletrônica é extremadamente estável e a ela deve sua pouca reatividade. Portanto, a situação de maior estabilidade somente ocorre quando o número de elétrons que possuem os átomos em seu último nível é igual a oito (estrutura que coincide com a dos gases nobres). Este princípio recebe o nome de regra do octeto. Embora não seja geral para todos os átomos, é útil em muitos casos e é aplicável aos principais grupos de elementos, especialmente ao carbono, nitrogênio, oxigênio e halogênios, mas também a metais como o sódio ou o magnésio. 3.2 Regra do octeto. De acordo com esta teoria, os átomos dos elementos ligam-se uns aos outros na tentativa de completar a sua camada da valência. Isso pode ser conseguido de diversas maneiras, dando origem a diversos tipos de ligações químicas, que incluem a partilha de elétrons entre átomos.
  44. 44. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 44 Tabela 9: Distribuição eletrônica dos gases nobres. Distribuição Eletrônica dos Gases Nobres Gás Nobre No atômico Distribuição dos elétrons por camadas 1a 2a 3a 4a 5a 6a He 2 2 Ne 10 2 8 Ar 18 2 8 8 Kr 36 2 8 18 8 Xe 54 2 8 18 18 8 Ra 86 2 8 18 32 18 8 Um exemplo próximo de todos é a molécula de água. Vejamos a distribuição eletrônica do oxigênio: Tabela 10: Distribuição eletrônica do oxigênio. Oxigênio Ânion do oxigênio 8O 8O2- 1s2 2s2 2p4 1s2 2s2 2p6 Para obedecer à regra do octeto, o oxigênio precisa para se estabilizar de mais dois átomos na última camada. Assim na fórmula da H2O cada um dos átomos de hidrogênio compartilha um elétron com o átomo de oxigênio, que passa a somar oito elétrons na sua última camada (adquirida sua estabilidade), conforme figura seguinte: Fig. 39: A molécula de água.
  45. 45. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 45 As ligações químicas originam-se, portanto, da tendência dos átomos de ficarem rodeados por um octeto de elétrons, de modo a atingirem o máximo de estabilidade. Nas ligações químicas os átomos podem: a) receber; b) ceder ou c) compartilhar elétrons. Conforme essa premissa, as ligações podem ser de três tipos: a) iônica; b) covalente ou c) metálica. Fig. 40: Tipos de ligações. 3.3 Sólidos iônicos. Os sólidos iônicos são formados por íons são ligados por fortes forças elétricas (ligações iônicas). Nos sólidos iônicos, a rede está formada por íons alternadamente positivos e negativos, resultantes da transferência de um elétron (ou mais) de um tipo de átomo para o outro.
  46. 46. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 46 Vejamos um exemplo: Fig. 41: Sólido iônico (NaCl). O NaCl é um composto que apresenta ligação iônica. I. O sódio (Na) como um elemento alcalino, possuindo por isso 1 elétrons no último nível II. O cloro (Cl) como um halogênio, apresentando 7 elétrons no último nível. As fórmulas eletrônicas para esses átomos são respectivamente: 11Na 1s2 _2s2 2p6_ 3s1 17Cl 1s2 2s2 2p6__3s2 3p5__ III. O Cl, que tem 7 elétrons no último nível, tem grande avidez por capturar mais um elétron; IV. O Na pela sua configuração eletrônica, perdendo seu elétron do último nível, fica com o octeto no nível 2. V. O Na transfere seu elétron 3s1 para o Cl. VI. Elétrons são transferidos dos elementos metálicos para os não metálicos, formando íons metais positivos e íons não metálicos negativos que se agrupam fortemente formando ligações iônicas. Esta reação pode ser mostrada do seguinte modo:
  47. 47. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 47 Na + Cl → [Na+1][Cl-1] Fig. 42: Esquematização de uma ligação iônica. A estabilidade da rede cristalina é mantida pela atração eletrostática entre os íons presentes (íons Na+ e Cl-) na molécula NaCl (cloreto de sódio). Devido à sua estrutura, sólidos iônicos têm as seguintes propriedades: 1. Como esses sólidos não têm elétrons livres (os íons carregados têm posições fixas), a sua condutividade elétrica é muito baixa, são isolantes, portanto. Mas, se uma quantidade apropriada de energia é fornecida a um sólido iônico, de modo que ele se transforme num líquido, ele se torna um bom condutor de eletricidade. 2. São geralmente duros, frágeis e têm um elevado ponto de fusão (normalmente de 600°C e 2.000°C), devido às forças eletrostáticas relativamente intensas entre os íons. 3. Muitos compostos iônicos, mas não todos (por exemplo, o CaCO3), são solúveis em água. A tabela seguinte mostra uma lista dos mais comuns íons mono-atômicos, como se pode ver visto todos os elementos têm oito elétrons na camada mais externa (exceto o Li+ e o Be+), lembrando ainda que:  Metais são elementos químicos que apresentam 1 a 3 elétrons no último nível  Chama-se não-metais os elementos químicos que apresentam de 5 a 7 elétrons no último nível
  48. 48. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 48 Tabela 11 Grupos 1 2 3 4 5 6 7 Li+ Be2+ - - Na+ Mg2+ Al+3 - K+ Ca2+ - - Rb+ Sr+2 - - Cs+ Ba2+ - - Na tabela abaixo algumas fórmulas empíricas e suas representações em termos dos símbolos de Lewis. Tabela 12: Estruturas de Lewis. Elementos Íons Fórmula empírica Estrutura de Lewis Na, O Na+ , Na2O (Na+)2 ( ) Mg, Br Mg2+ , MgBr3 (Mg2+) ( ) K, S K+ , K2S (K+)2 ( ) Al, F Al3+ , AlF3 (Al3+) ( ) Na, P Na+ , Na3P (Na+)3( )
  49. 49. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 49 Fig. 43: Ligação iônica, eletrovalente ou heteropolar. 3.4 Ligação covalente. Como vimos a ligação iônica pode ser considerada como a interação eletrostática entre dois íons. No entanto, certamente, este não é o caso das moléculas diatômicas como O2, N2, F2 e H2. Neste caso, os dois átomos competem igualmente pelos elétrons. A química quântica mostra que a distribuição da função de onda destes elétrons implica na probabilidade igual de se encontrar o elétron tanto em um átomo quanto no outro. Deste modo, os elétrons são compartilhados pelos dois átomos. Na ligação covalente um ou mais átomos são compartilhados entre dois átomos, gerando uma força de atração entre os átomos que participam da ligação. Este compartilhamento é muito comum na maioria das moléculas orgânicas. A ligação covalente resulta da iteração de átomos que apresentam suas órbitas de valência quase saturadas de elétrons. Nestas condições, seus elétrons de valência passam a orbitar indiferentemente nos átomos envolvidos. Na ligação covalente da água (H20), por exemplo, ocorre uma transferência parcial de carga fazendo com o oxigênio fique levemente positivo e o oxigênio, levemente negativo. Este compartilhamento desigual resulta em uma ligação polar.
  50. 50. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 50 Fig. 44: Formação da molécula de água por meio de ligação covalente. Uma ligação covalente ideal é aquela em que os pares de elétrons são igualmente compartilhados. Fig. 45: Ligações covalentes. Ligação Covalente Molecular: esse tipo de ligação se forma quando os átomos envolvidos tendem a receber elétrons. Os pares eletrônicos são unidos devido o compartilhar de seus elétrons, uma vez que é impossível todos os átomos receberem
  51. 51. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 51 elétrons sem cedê-los. O par eletrônico é formado por um elétron de cada átomo e pertence simultaneamente aos dois átomos. As moléculas são estruturas eletricamente neutras constituídas pela não ocorrência tanto de ganho quanto de perda de elétrons, formando assim estrutura eletronicamente neutra. Por essa razão, essa ligação também é designada molecular. A água (H2O) é um composto molecular determinado pela ligação de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio: H − O – H Fig. 46: NH3.
  52. 52. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 52 Ligação Covalente Dativa: também recebe o nome de Ligação Covalente Coordenada, ela é representada por um pequeno vetor (seta) e ocorre quando um dos átomos apresenta seu octeto completo e outro necessita adquirir dois elétrons para completá-lo. Essa ligação obedece à Teoria do Octeto: Os átomos se unem tentando adquirir oito elétrons na camada de valência, ou seja, a configuração eletrônica dos gases nobres. Sendo assim, um átomo que já atingiu a estabilidade eletrônica se une a outro que necessite de elétrons para completar a camada de valência. Um exemplo dessa ligação é quando um átomo de enxofre (S) se liga a dois de oxigênio (O) para formar o dióxido de enxofre (SO2). O = S → O A ligação se forma porque é estabelecida uma dupla ligação do enxofre com um dos oxigênios que necessita de atingir a estabilidade eletrônica, ou seja, oito elétrons na camada de valência (Regra do octeto). A ligação dativa é representada pela seta, onde o enxofre compartilha um par de seus elétrons com o outro oxigênio. Fig. 47: Ligação covalente dativa.
  53. 53. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 53 Fig. 48: Ligação dativa. Tabela 13: Tipos de Ligações Covalentes. NOME COMUM FÓRMULA MOLECULAR FÓRMULA DE LEWIS FORMULA DE KEKULÉ Metano CH4 Amônia NH3 Etano C2H6 Álcool Metílico CH4O Etileno C2H4 Formaldeído CH2O Acetileno C2H2 Cianeto de Hidrogênio CHN
  54. 54. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 54 Identificação da geometria molecular. Como vimos nas ligações químicas, o papel fundamental é desempenhado pelos elétrons de valência, e o tipo de ligação, covalente ou iônica, depende da eletronegatividade dos átomos. A eletronegatividade é a maior ou menor tendência de um átomo para captar elétrons de outros átomos, aos quais se encontra ligado, usando-se usualmente a escala de Pauling para quantificar. Tabela 14. Eletronegatividade dos elementos. GRUPO 1 2 3 4 5 6 7 8 PERÍODO 1 H 2,1 He 2 Li 1,0 Be 1,5 B 2,0 C 2,5 N 3,0 O 3,5 F 4,0 Ne 3 Na 0,9 Mg 1,2 Al 1,5 Si 1,8 P 2,1 S 2,5 Cl 3,0 Ar 4 K 0,8 Ca 1,0 Sc 1,3 Ti 1,5 V 1,6 Cr 1,6 Mn 1,5 Fe 1,8 Co 1,9 Ni 1,8 Cu 1,9 Zn 1,6 Ga 1,6 Ge 1,8 As 2,0 Se 2,4 Br 3,0 Kr 5 Rb 0,8 Sr 1,0 Y 1,2 Zr 1,4 Nb 1,6 Mo 1,8 Tc 1,9 Ru 2,2 Rh 2,2 Pd 2,2 Ag 1,9 Cd 1,7 In 1,7 Sn 1,8 Sb 1,9 Te 2,1 I 2,5 Xe 6 Cs 0,7 Ba 0,9 * Hf 1,3 Ta 1,5 W 1,7 Re 1,9 Os 2,2 Ir 2,2 Pt 2,2 Au 2,4 Hg 1,9 Tl 1,8 Pb 1,9 Bi 1,9 Po 2,0 At 2,2 Rn 7 Fr 0,7 Ra 0,9 ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo A eletronegatividade aumenta com o aumento do número atômico, ao longo de um período, e diminui com o aumento do número atômico, ao longo de um grupo. A diferença de eletronegatividade entre dois elementos pode ser usada para prever o tipo de ligação entre átomos desses elementos. Assim: ∆E = Diferença de eletronegatividade entre dois átomos ⟹ .∆E ≥ 1,7 → covalente ℉ ∆E ≥1,7 → iônica
  55. 55. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 55 1. Molécula com dois átomos é linear. Exemplos: O2 HCl HF H2 Cl2 O=O H−Cl H−F H−H Cl−Cl 2. Molécula com três átomos pode ser: a. Linear se não sobrar elétrons no elemento central após estabilizar. Exemplos: HCN CO2 BeH2 H−C≡N O=C=O H−Be−H b. Angular se sobrar elétrons no elemento central após estabilizar. Exemplos: H2O O3 SO2 3. Molécula com quatro átomos pode ser: a. Trigonal Plana se não sobrar elétrons no elemento central após estabilizar. Exemplos: H2CO3 BH3 SO3 b. Trigonal Piramidal se sobrar elétrons no elemento central após estabilizar. Exemplos: NH3; PCl3
  56. 56. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 56 NH3 PCl3 4. Molécula com cinco átomos pode ser: a. Tetraédrica se não sobrar elétrons no elemento central após estabilizar. Exemplos: CH4 CH3Cl 3.5 Ligações Metálicas. Nos metais, os elétrons de valência movem-se livremente por entre a rede de íons metálicos positivos, não estando localizados em nenhum átomo em particular. Os elétrons que não são de valência e o núcleo forma um "caroço" eletricamente positivo que é envolvida por uma "nuvem", "mar" ou ainda "gás" de elétrons. Os elétrons da nuvem atuam como uma espécie de "cola" mantendo os caroços positivos unidos. Podemos então visualizar um metal como sendo constituídos por uma rede de íons positivos imersos num "gás" de elétrons não localizados, sendo que estes elétrons é que são os responsáveis pela ligação metálica. Fig. 49: Ligação Metálica.
  57. 57. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 57 Os metais constituem cerca de ¾ das substâncias elementares conhecidas e são caracterizados por possuírem boa condutibilidade elétrica e térmica, maleabilidade e ductilidade, resistência à ruptura, em virtude de terem um número de elétrons de valência inferior a 4, tendendo portanto a formar íons positivos, baixas energias de ionização e baixa eletronegatividade. A teoria das bandas explica não só a condutividade dos metais (condutores de eletricidade), mas também as propriedades dos semicondutores e dos isolantes. Fig. 50: Ligação Metálica.
  58. 58. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 58 3.6 Ligações Secundárias. A denominação de ligação de van der Waals é utilizada como denominação geral para todos os tipos de ligações secundárias (fracas). A principal causa para o ocorrência de uma ligação deste tipo é a polarização da molécula, existindo pelo menos quatro modalidades deste tipo de ligação:  atração entre dipolos permanentes;  atração entre dipolos induzidos;  forças de dispersão;  ligação ou "ponte de hidrogênio". Fig. 51 Genericamente podemos dizer que são responsáveis pela possibilidade de liquefação e solidificação das moléculas. Agem somente quando as moléculas estão muito próximas, pois as atrações caem muito rapidamente com a distância. São facilmente sobrepujadas pela agitação térmica, devido ao baixo ponto de fusão dos compostos moleculares. Em um mesmo composto mais de um tipo de força de van der Waals pode atuar. Possuem caráter não direcional e tendem a formar estruturas não cristalinas, originando sólidos com baixo grau simetria, devido à pequena intensidade das forças (Figura 51). Fig. 52
  59. 59. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 59 UUNNIIDDAADDEE VVII 4. LLEEIISS PPOONNDDEERRAAIISS.. 4.1. Lei das proporções definidas. Em 1799, Joseph Louis Proust descobre a lei das proporções definidas, a qual afirma que: Uma dada substância contém seus elementos constituintes na mesma proporção. Por exemplo, em qualquer amostra de água (H2O), o hidrogênio e o oxigênio estão presentes na mesma proporção, em massa, de 1 para 8 (8: 1). Ou seja, 1 g de hidrogênio e 8 g de oxigênio combinam-se para formar 9 g de água. Como a combinação é sempre na mesma proporção, a presença em excesso de um dos elementos não alterará a quantidade de composto formado. Assim, por exemplo: 3 g de hidrogênio e 9 g de oxigênio formarão 9 g de água, restando 2 g e 1 g de hidrogênio sem reagir. Esta lei está de acordo com princípio de que cada molécula de um dado composto contém o mesmo número de átomos de cada constituinte (teoria atômica). A lei das proporções definidas indica que as substâncias que participam de uma reação o fazem em quantidades precisas. 4.2. A teoria de Dalton. De sua hipótese Dalton concluiu que: Se dois elementos, A e B, podem formar mais de um composto, então: As massas de B que combinam com a mesma massa de A (nos diferentes compostos) estão entre si na mesma proporção que pequenos números inteiros.
  60. 60. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 60 Por exemplo: Nitrogênio e oxigênio podem formar vários compostos: O nitrogênio se combina com o oxigênio, formando diferentes óxidos: N2O ⟶ 28 g N+16 g O N2O2 ⟶ 28 g N+32 g O N2O3 ⟶ 28 g N+64 g O N2O5 ⟶ 28 g N+80 g O Verifica-se que, ao permanecer constante a massa do nitrogênio e combinarmos massas diferentes de oxigênio, formaremos compostos diferentes e estas massas (diferentes) estão entre si numa relação de números inteiros pequenos, ou seja, 1 : 2 : 3 : 4 : 5. Outro exemplo: 1C + 1O → 1CO razão 1/1 = 1 1C + 1O2 → CO2 razão 1/2 Na primeira reação ocorre a formação do monóxido de carbono, cuja proporção de carbono por oxigênio é uma razão de números inteiros de resultado igual a 1. Na segunda reação, temos a formação do dióxido de carbono (CO2), cuja relação carbono por oxigênio é uma razão de números inteiros 1/2. Dalton observou que: "As diferentes massas de um elemento, que reagem com a massa fixa de outro elemento para formar compostos distintos, em cada caso, estão, numa relação de números inteiros e geralmente simples, entre si‖. ―Quando dois elementos se combinam para formar compostos mantendo-se constante a massa de um deles, as massas do outro variam segundo números inteiros e pequenos‖. Essa lei, conhecida como lei das proporções múltiplas, ou lei de Dalton. Foi a primeira predição e o primeiro triunfo da teoria atômica da matéria. Apesar do seu sucesso para explicar e predizer as leis da combinação química, a teoria de Dalton era incompleta, pois não podia determinar os pesos relativos dos átomos.
  61. 61. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 61 4.3. Lei de Lavoisier (Lei da conservação da massa). As reações químicas são transformações nas quais uma ou mais substâncias (reagentes) originam outras diferentes (produtos da reação). Durante as reações químicas, os reagentes vão-se consumindo, de modo que a sua massa diminui e os produtos da reação formam-se (suas massas aumentam). Assim, Durante as reações químicas, a massa total das substâncias intervenientes permanece co nstante. Essa lei é, indubitavelmente, a lei mais conhecida da Química. Foi proferida, em 1775, pelo químico francês Antoine Laurent Lavoisier. Ficou popularmente conhecida como: "A matéria não pode ser criada nem destruída, pode apenas ser transformada". Ou ainda, "na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma". Lavoisier conseguiu demonstrar que a massa dos produtos era igual à massa do reagente. Ou seja, A + B ⟶ C + D ⬇ mA ⬇ mB ⬇ mC ⬇ mD ⇨ Reação I ⬇ m' A ⬇ m' B ⬇ m' C ⬇ m' D ⇨ Reação II Então, mA + mB = mC + mD m' A + m' B = m' C + m' D 4.4. Lei de Proust (Lei das proporções constantes, definidas ou fixas). Quando, em várias experiências, duas substâncias se reúnem para formar um composto, sempre o fazem numa mesma proporção. Essa proporção é característica de cada reação, isto é, independe da quantidade de reagentes utilizados. mA mA ' = mB mB ' = mC mC ' = mD mD '
  62. 62. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 62 Por exemplo: ½ H2+ O2 ⟶ H2O 10g H + 80g O ⟶ 90g H2O 2g H + 16g O ⟶ 18g H2O 0,4g H + 3,2g O ⟶ 3,6g H2O Observe que: a) Para cada reação, a massa do produto é igual à soma da massa dos reagentes, o que concorda com a Lei de Lavoisier. b) As massas dos reagentes e dos produtos que participam de uma reação podem ser diferentes, mas as relações entre elas são sempre constantes 4.5. Lei de Gay Lussac. Numa reação onde só participam gases (nas mesmas condições de temperatura e pressão) existe uma proporção de números inteiros e pequenos entre volumes dos gases participantes da reação. 1 A g + 3 B g ⟶ 2 C(g) 1 1Vg : 3V B g : 3VC(g) Decomposição do vapor d’água: essa tese foi publicada em 1808, por Gay-Lussac, e envolve a reação entre hidrogênio e oxigênio. 𝐻2 𝑂 a ⟶ 1𝐻2 a + ½ 𝑂2 a 1º) 1 L 1 L 0,5 L 2º) 2 L 2 L 1 L 3º) 4 L 4 L 2 L Proporção volumétrica = 2 : 2 : 1 Todas as substâncias apresentam uma proporção em massa constante em sua composição. Outros exemplos:
  63. 63. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 63 H2 + Cl2 ⟶ 2 HCl Relação 1:1:2 1 V + 1V ⟶ 2 V 8 V + 8V ⟶ 16 V ½ V + ½V ⟶ 1 V 4.6. ―Quantidade de Substância‖. – Definição de mole. Uma mole é a quantidade de substância de um sistema, que contém tantas entidades elementares (átomos, moléculas, elétrons, etc.) quanto o número de átomos que existem em 0.012 kg de carbono 12. 4.7. O número de Avogadro (NA). O número de Avogadro (NA). O número de átomos presentes em 0.012 kg de carbono-12 é um valor constante que se designa por número de Avogadro ou constante de Avogadro, e cujo valor é 6.022×1023 mol-1. Assim, teremos: 0,012 Kg de C-12 = 6.022×1023 átomos/mol 1 mol = 6.022×1023 Deste modo, 1 mol de laranjas ≅ 6,022 x 1023 laranjas 1 mol de moléculas ≅ 6,022 x 1023 moléculas 1 mol de átomos ≅ 6,022 x 1023 átomos 1 mol de íons ≅ 6,022 x 1023 íons 1 mol de elétrons ≅ 6,022 x 1023 elétrons 1 mol de nêutrons ≅ 6,022 x 1023 nêutrons Logo, 1 mol de ―qualquer coisa‖ ≅ 6,022 x 1023 ―qualquer coisa‖
  64. 64. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 64 Um mol corresponde a 602 sextilhões e também pode se referir a ovos, laranjas, livros, pessoas. A única diferença é a de que, neste último caso, estaríamos imaginando 602 sextilhões de ovos, laranjas, pessoas ou livros, etc. É comum representá-la pela letra n e a unidade de quantidade de substância é a mole, e abrevia-se por mol. Se, por exemplo, um sistema possuir 1 mol de moléculas de dióxido de carbono, então existe 6.022×1023 moléculas de dióxido de carbono. Caso existam 2 mols de moléculas de dióxido de carbono, então temos 2×6.022×1023 moléculas de dióxido de carbono. Assim sendo, o número de entidades, N, que certo sistema possui, pode ser dado por: número de moles = peso (g) massa atômica (molecular) M = n × NA Exemplo. Para a água vem: 1 H2O 1mol ⟶ 2H 2 moles + 1O 1 mol Assim, 1 mol de H2O possui 1 mol de O e 2 moles de H Mas, 1 mol de O ―pesam‖ 16g, logo 2 moles de H ―pesam‖ 2g Portanto, 1 mol de H2O ―pesa‖: 2 x 1 + 16 = 18g 4.8. Massa molecular A expressão ―massa molecular‖ refere-se à massa da entidade da qual uma substância é feita, isto é, à massa de uma molécula ou de uma fórmula unitária.
  65. 65. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 65 O valor da massa molecular de uma dada entidade corresponde à soma das massas atômicas dos átomos que a compõem. Assim: m(NH3) = ma(N) + 3×ma(H) = 17 u m(CaO) = ma(Ca) + ma(O) = 56,1 u Nota: a expressão ―massa molecular‖ deve ser usada para se referir às entidades constituintes tanto de substâncias covalentes como de iônicas. A expressão ―peso molecular‖ não é mais recomendada . 4.9. Resolução de problemas numéricos. Observe os seguintes princípios da multiplicação e da divisão: Se A = B, então:a - € A B = 1 a a a Se C×1 =1, entãoa a a a C. A B =C Portanto, podemos multiplicar qualquer número por uma fração onde o numerador e os denominadores se equivalham (relação igual a um), sem alterar a sentença. De tal modo, podemos usar esses princípios na análise dimensional, onde as medidas são tratadas (multiplicadas, divididas, etc.) como se fossem quantidades algébricas. Suponhamos, por exemplo, que queiramos converter anos em segundos. Tomemos 20 anos, por exemplo: 20 anos = 20 anos . 365 dias 1 ano 24 horas 1 dia 60 minutos 1 hora 60 segundos 1 minuto
  66. 66. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 66 = 20 × 365 × 24 × 60 × 60 s =630720000 segundos. Exemplo na química: Para o Al2(SO4) 3 , têm-se: Al2(SO4)3 = 2 moles de íons Al+3 + 3 moles de íons (SO4) -2 Al2(SO4)3 = 2 Al+3 + 3 (SO4) -2 AAll22((SSOO44)) = 2 íons Al × 6,022×1023 íons 1mol íon Al+3 + 3 moles de íons (SO4)-2 × 6,022 × 1023 íons 1 mol íon (SO4)-2 ≅3,01×1023 íons 4.10. Relações Molares. Como vimos, o mol é usado em química para quantificar o número de átomos, moléculas e vários outros itens. É importante saber os relacionamentos existentes e como estabelecer as relações. A seguir resumiremos algumas relações: (A) Ao lidar com elementos: Número mole (elemento) × massa molar (atômica) = massa do elemento (B) Ao lidar com compostos: Número de moles do composto × massa molar (molecular) = massa do composto Massa de um composto/massa molar (molecular) = número de moles do composto (C) Ao lidar com moléculas de um composto: Número de moles de um composto × 6,022×1023 = número de moléculas Número de moléculas/6,022×1023 = moles de moléculas (D) Ao lidar com átomos de elementos: Números de átomos × 6,022×1023 = número de átomos Número de átomos/6,022×1023 = moles de átomos
  67. 67. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 67 4.11. Densidade e Massa Molar. Como a densidade de um gás é normalmente dada em g/L à CNTP, podemos usar o volume molar e massa molar para resolver vários tipos de problemas. n = m mol d = m V . Portanto, d n = mol V 4.12. Lei de Avogadro. Hipótese de Avogadro: Volumes iguais de gases ideais diferentes, à mesma pressão e temperatura, têm o mesmo número de moléculas. O volume de 1 mol de gás ideal, a pressão e temperatura normais (pressão de 1 atmosfera e temperatura de 237.15 K), é 22.41 l. O volume ocupado por 1 mol de um gás real, a pressão e temperatura normais, difere muito ligeiramente do volume acima referido para gases ideais. Fig. 53. O volume de gás a uma dada temperatura e pressão é diretamente proporcional à quantidade de matéria do gás. VV == ccoonnssttaannttee ×× nn A pressão e temperatura normais, o volume ocupado por 1 mol de oxigênio ou de azoto é 22.40 l, próximo do valor para um gás ideal, e mesmo 1 mol de hidrogênio ocupa o volume de 22.43 l, ainda relativamente próximo do valor do gás ideal.
  68. 68. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 68 Observa-se que a diferença entre os volumes é mínima, praticamente desprezível, e por isso a lei de Avogadro é válida para a maioria dos gases reais. Como conseqüência desta lei, podemos afirmar que é uma boa aproximação de fato considerar que o volume de um gás é independente do tamanho ou massa das moléculas que o constituem. Ou seja, no estudo das propriedades termodinâmicas de um gás real, o consideraremos como sendo um gás ideal. 4.6 O Equivalente-Grama. – Definição. Equivalente-grama de uma substância é a massa dessa substância que corresponde a 8 gramas de oxigênio. Richter e as Massas Equivalentes Esta lei, nomeada Lei de Richter, é também designada Lei das Proporções Recíprocas ou Lei dos Equivalentes. A proporção das massas, segundo as quais tais elementos B e C reagem entre si, ou é igual, ou corresponde a uma proporção de múltiplos e submúltiplos das massas com as quais cada um de seus elementos reage separadamente com a massa fixa de outro elemento A. Assim, por exemplo, para o gás metano, constituído por hidrogênio e carbono, 1g de hidrogênio precisa combinar-se com 3g de carbono para formar o gás metano. C + 2 H2 ↔ CH4 1g de hidrogênio + 3g de carbono = 4g do gás CH4 De fato, C 1 mol 12,0 g [3] [1] Proporção 1:3 H2 2 moles 4,0 g CH4 1 mol 16.0 g Inversamente, decompondo-se 4g do gás: 3g são de carbono e 1g de hidrogênio. CH4 ↔ C + 2H2 4g do gás CH4 = 3g são de carbono + 1g de hidrogênio
  69. 69. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 69 A água é constituída de hidrogênio e oxigênio, na proporção de 1g para 8g, respectivamente. Portanto, temos: 3g de carbono + 1g de carbono = metano 3g de carbono + 8g de oxigênio = dióxido de carbono 1g de hidrogênio + 8g de oxigênio = água 4g de hidrogênio + 32g de oxigênio = água 8g de hidrogênio + 64g de oxigênio = água Do que foi dito, percebe-se que As massas 1g de hidrogênio e 8g de oxigênio apresentam o mesmo poder de combinação, ou seja, ambas combinam com 3g de carbono. Portanto, dizemos que são massas equivalentes. No caso do dióxido de carbono (CO2) a proporção dos elementos carbono e oxigênio é de 3g : 8g, respectivamente. Admiravelmente, são os mesmos valores que se combinaram coma a massa fixa de hidrogênio nos casos citados. Vejamos: 1g de hidrogênio + 3g de carbono = 4g de metano 1g de hidrogênio + 8g de oxigênio = 9g de água 3g de carbono + 8g de oxigênio = 11g de dióxido de carbono Outro exemplo: o monóxido de carbono. Constataremos que a proporção, agora, é de 3g de carbono para cada 4g de oxigênio. Partamos, novamente, de duas substâncias formadas por um elemento comum, por exemplo, o metano (1g de hidrogênio : 3g de carbono) e o cloreto de hidrogênio (1g de hidrogênio : 35,5g de cloro). Tomemos, agora, um composto formado por carbono e cloro (elementos não- comuns) e determinemos a proporção em que esses elementos estão combinados. Uma substância que preenche essas características é o tetracloreto de carbono, na qual se constata que a proporção de combinação é de 3g de carbono : 35,5g de
  70. 70. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 70 cloro, ou seja, as mesmas quantidades que se combinam com a massa fixa de hidrogênio. 1g de hidrogênio + 3g de carbono = 4g de metano 1g de hidrogênio + 35,5g de cloro = 36,5g de cloreto de hidrogênio 3g de carbono + 35,5g de cloro = 38,5g de tetracloreto de carbono Assim, Quando uma massa fixa m, de um elemento químico A, combina-se com as massas m1, m2, m3,…, dos elementos químicos B, C, D,…, respectivamente, se os elementos B, C, D,…, reagirem entre si, o fará segundo as massas m1, m2, m3,…, ou segundo múltiplos ou submúltiplos delas. As massas m1, m2, m3,…, dos elementos químicos B, C, D,…, têm a mesma capacidade de combinação, pois reagem com a mesma massa fixa m do elemento químico A. Por esse motivo, foram chamadas por Richter, já em 1792, de massas equivalentes: Equivalente-grama de uma substância é a massa dessa substância capaz de reagir com 8g de oxigênio. Regras práticas. 1. Equivalente-grama (E) de um elemento químico. É a relação entre a sua "massa molar" (átomo-grama, A) e sua valência (v). Eqg (E) = massa molar Valência Exemplos: Para o cálcio − Ca: Eqg = Ca/v = 40g/2 = 20g Para o aluminio − Al: Eqg = Al/v = 27g/3 = 9g Para o oxigênio − O: Eqg = O/v = 16g/2 = 8g
  71. 71. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 71 Para o Sódio − Na: Eqg = Na/1 = 23/1 = 23g Quando o elemento químico tem número de oxidação variável e apresenta vários números de oxidação, terá igual número de equivalente-grama. Exemplos: Para o Fe+2: Eqg = Fe /nox = 56g/2 = 28g Para o Fe+3: Eqg = Fe/nox = 56g/3 ≅ 18,67g Para o P+3: Eqg = P/nox = 31g/3 ≅ 10,33g Para o P+5: Eqg = P/nox = 31/5 ≅ 6,2g 2. Equivalente-grama para a substância: Eqg(S) = massa molar k O valor de k é interpretado de acordo com o comportamento químico da substância. a) Ácido. − k é igual ao número de hidrogênios ionizáveis (H+): Eqg(A) = massa molar número de H ionizáveis Exemplos: Para o ácido clorídrico ∶ (HCl) Eqg = HCl 1 = 36.4606g 1 ≅ 36.5g Para o ácido sulfúrico ∶ (H2SO4) Eqg = H2SO4 2 = 98.0795g 2 ≅ 49,g Para o ácido fosfórico ∶ (H3PO4) Eqg = H2PO4 3 = 97.9952g 3 ≅ 32,6g
  72. 72. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 72 Para o ácido hipofosforoso∶ (H3PO2) Eqg = H3PO2 1 = 97.9952g 1 ≅ 98g b) Base. −k é igual ao número de hidroxilas (OH-). Eqg (base) = massa molar nº de OH- Para o hidróxido de sódio ∶ (NaOH) Eqg = NaOH 1 = 40g 1 = 40g Para o hidróxido de cálcio ∶ (Ca(OH)2) Eqg = Ca(OH)2 2 = 74g 2 = 37g Para o hidróxido de alumínio ∶ (Al(OH)3) Eqg = Al OH 3 3 = 78g 3 = 26g c) Sal. −k é igual à valência total do cátion ou do ânion considerado. Eqg sal = massa molar valência total Para o sulfeto de cálcio: (CaS) E = CaS 2 = 72g 2 = 36g Para o fluoreto de bário: (BaF2) E = BaF2 2 = 175g 2 = 87,5g Para o sulfato de alumínio: (Al2(SO4)3) E = Al2 SO4 3 6 = 342g 6 = 57g Para o sulfato de cobre II pentahidratado [CuSO4 . 5 H2O]: E = CuSO4 . 5 H2O 2 = 249,5g 2 = 124,75g d) Óxido. − k é a valência do elemento ligado ao oxigênio. Eqg (óxido) = massa molar valência
  73. 73. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 73 Exemplos: Para trióxido de enxofre, teremos: Eqg SO3 = SO3 6 = 80g 6 ≅ 13,3g Para o tetróxido de triferro (magnetita): Eqg Fe3O4 = Fe3O4 12 = 231.533g 12 ≅ 19,29g e) Equivalente-grama de um íon.  Para um anion: Eqg Ax- = massa molar x  Para um cátion: Eqg Ay+ = massa molar y Exemplos: Eqg (SO4 -2 ) = SO4 -2 2 Eqg Ca2+ = Ca 2 Eqg (Al3) = Al 3 Observe que o equivalente-grama de um sal é a massa do sal que contem um equivalente-grama do respectivo íon. Vejamos: Eqg (Cy+)(Ax+) = Eqg (Cy+) + Eqg (Ax+) Eqg (Cy+)(Ax+) = C y + A x = xC+yA xy valência total
  74. 74. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 74 Exemplos: Para o Mg(NO3)2: Eqg Mg NO3 2 = Mg NO3 2 2×1 = 148.315g 2×1 = 74,1575g Para o Ca2(P2O7): Eqg Ca2(P2O7) = Ca2(P2O7) 2×2 = 254.099g 4 = 63,52475 Casos Particulares. f) Oxidante ou redutor. −k é o número total de elétrons cedidos ou recebidos (∆ total). Eqg oxidante ou redutor = massa molar ∆.atomicidade Exemplos: Para o permanganato de potássio (KMnO4) quando atua como oxidante em meio ácido. A equação iônica da reação é: 2MnO4 - + 6H++ ⇄ 2Mn++ + 3H2O + 5[O] Quando o KMnO4 atua como oxidante em meio ácido o Mn de nox +7 ao receber 5 elétrons passa para Mn de nox +2. Como a molécula do KMnO4 contém apenas 1 átomo de Mn o ∆ total = 5. Potanto, seu equivalente-grama será a molécula-grama dividida por 5. Eqg (KMnO4) = KMnO4 ∆ total = 158g 5 = 31,5g Para o permanganato de potássio (KMnO4) quando atua como oxidante em meio alcalino, teremos: A equação iônica da reação é: 2MnO4 - + 2(OH)- ⇄ 2MnO3 - - + H2O + 3[O] Quando o KMnO4 atua como oxidante em meio básico o Mn de nox +7 ao receber 3 elétrons passa para Mn de nox +4 (MnO3- -).
  75. 75. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 75 Como a molécula do KMnO4 contém apenas 1 átomo de Mn, seu equivalente-grama será a molécula-grama dividida por 3. Assim, Eqg KMnO4 = KMnO4 Δx = 158g 3 = 52,67g g) Nas reações entre ácidos e bases com neutralização parcial, os equivalentes-gramas dos ácidos e das bases são calculados em função do número de H+ e OH- totalmente neutralizados. Exemplos: 1− H2SO4 +NaOH → Na2HPO4 + H2O Eqg (H2SO4) = H2SO4 1 = 98g 2− H2SO4 + Al2(OH)3 → Al(OH)SO4 + H2O Eqg (H2SO4) = H2SO4 2 = 49g h) O equivalente-grama de um sal ácido, básico, misto ou duplo é calculado em função do íon que toma parte na reação. Exemplos: Exemplo 1. K2SO4 + 2 HClO4 → H3PO4 + 2 KClO4 2 K+ + CO4 - → 2 KClO4 Assim, Eqg (K2SO4) = K2SO4 2 Exemplo 2. K2HPO4 + 3 Ag NO3 → 2 KNO3 + HNO3 + Ag2PO4 PO4 -3 + 3 Ag+3 → Ag3PO4 Eqg (K2PO4) = K2PO4 3 i) Os equivalentes-grama devem corresponder à proporção dos coeficientes das equações. Exemplo: 3 H2SO4 + 2 Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + 3 H2O
  76. 76. QUÍMICA GERAL FABIANO DE CARVALHO IFES Pág. 76 3 H2SO4 = 6E 2 Al(OH)3 = 6E Al2(SO4)3 = 6E 3 H2O =6E Portanto, n Equivalentes de uma substância A reage exatamente com n equivalentes da substância B, produzindo n equivalentes de cada produto. Vejamos: 3 H2SO4 + 2Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + 3 H2O De fato, Se: Eqg (H2SO4) = mol 2 , então: 1mol = 2 Eqg ou 3 moles = 6 Eqg de H2SO4 Faremos o mesmo raciocínio paras os outros compostos: Eqg (Al(OH)3) = mol 3 , então: 1mol = 3 Eqg ou 2 moles = 6 Eqg de Al(OH)3 Eqg (Al2(SO4)3 ) = mol 6 , então: 1mol = 6 Eqg de Al2(SO4)3 Eqg (H2O) = mol 2 , então: 1mol = 2 Eqg ou 3moles = 6 Eqg de H2O

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