MATÉRIA & ENERGIA

O que é matéria?

Matéria é energia condensada (E = mc2)

ENERGIA MATÉRIA

CONVENÇÕES:

• Tudo que ocupa lugar no espaço e possui massa.

• Tudo que não ocupa lugar no espaço, não possui massa e é capaz de realizar trabalho.

ENERGIA

MATÉRIA

CONVENÇÕES:

• É uma porção da matéria.

• É uma porção da matéria transformada em em algo útil.

CORPO

OBJETO

MISTURAS

SUBSTÂNCIAS

ELEMENTO QUÍMICO

ÁTOMO

ESTRUTURA DA MATÉRIA

Modelos Atômicos

400 a.C.-Leucipo Demócrito

1803 - Dalton 1903 - Thomson

1911/1913 Rutherford - Bohr

1916 - Sommerfeld 1923 - Planck Heizenberg

Teoria Atômica - Dalton

A matéria é formada por partículas indivisíveis chamadas ÁTOMOS.

• LEI DE LAVOISIER: Lei da conservação das massas.

• LEI DE PROUST: Lei das proporções constantes.

• LEI DE DALTON: Lei das proporções múltiplas.

LEI DE LAVOISIER Lei da Conservação das Massas

C + O2 → CO2

+

Partículas iniciais e finais são as mesmas → massa iguais.

LEI DE PROUST Lei das Proporções Constantes

C + O2 → CO2

Duplicando a quantidade de átomos todas as massas dobrarão.

+

+

2C + 2O2 → 2CO2

LEI DE DALTON Lei das Proporções Múltiplas

C + O2 → CO2

+

2C + O2 → 2CO

+

Mudando a reação, se a massa de um participante permanecer constante, a massa do outro varia segundo valores múltiplos.

Estrutura Atômica Rutherford

O ÁTOMO é um sistema oco análogo ao Modelo Planetário.

• O núcleo contém prótons e neutrons.

• Em torno do núcleo giram os elétrons .

Características das partículas subatômicas:

• O átomo é eletricamente neutro → (p = e-).

• A massa do átomo está concentrada no núcleo.

• O núcleo é cerca de 10000 X menor que o átomo.

10Nêutron

1/1840- 1Elétron

1+ 1Próton

MassaCargaPartícula

Notação Química do Átomo:

• Número Atômico (Z): n° prótons (p)

• Número de Massa (A): A = p + n (neutrons)

zXA

N° de massa

Símbolo do elementoN° atômico

Íons:• Definição: é o átomo que perdeu ou ganhou elétrons.

• Classificação:

Cátion (+): átomo que perdeu elétrons.

Ex. átomo: 11Na23 → cátion Na+1 + e-

Ânion (-): átomo que ganhou elétrons.

Ex. átomo: 17Cl35 + e- → ânion Cl-1

Exercícios de fixação: 1. Dê o número de Prótons, elétrons e nêutrons das

espécies a seguir:

15P31 (-3)

26Fe56 (+2)

26Fe56

ne-pESPÉCIES

2. (UCSal) O que decide se dois átomos quaisquer são de um mesmo elemento químico ou de elementos químicos diferentes é o número de:

b) prótons b) nêutrons c) elétrons

d) carga. e) oxidação.

Exercícios de fixação: 3. O elemento de número atômico 16 é constituído de

vários nuclídeos, sendo que o mais abundante é o 32. Quantos prótons e nêutrons, respectivamente, possui esse nuclídeo?

a) 8 e 8.

b) 8 e 16.

c) 16 e 8.

d) 16 e 16

e) 24 e 8

Nota: núclideo é o nome dado ao núcleo.

São átomos com o mesmo número de PRÓTONS.

Exemplos:

6C12 e 6C14 8O15 e 8O16

1H1 1H2

1H3

Hidrogênio Deutério Trítio

99,98% 0,02% 10-7 %

ISÓTOPOS:

ISÓBAROS: São átomos com o mesmo número de MASSA

Exemplos:

18Ar40 e 20Ca40 21Sc42 e 22Ti42

ISÓTONOS: São átomos com o mesmo número de NÊUTRONS

Exemplos:

15P31 e 16S32 18Kr38 e 20Ca40

RESUMO:

ÁTOMO

Isótopos = Z (= p), ≠A e ≠ n

Isóbaros ≠ Z (≠p), = A e ≠ n

Isótonos ≠ Z (≠p), ≠ A e = n

Obs. Existem ainda as chamadas espécies isoeletrônicas, que possuem o mesmo número de elétrons.

Exemplo: 11Na23(+1) 8O16(-2) e 9F19(-1)

Exercícios de fixação: 1. Dados os átomos:

40A80 40B82 42C80

41D83

a) Quais são os isótopos?

b) Quais são os isóbaros?

c) Quais são os isótonos?

2. Tem-se três átomos genéricos A, B e C. De acordo com as instruções:

A é isótopo de B / B é isóbaro de C / A é isótono de C

Calcule o n° de massa do átomo A, sabendo - se que o n° atômico de A é 21, o n° de massa de B é 45 e o número atômico de C é 22.

Exercícios de fixação: 3. Tem - se dois átomos genéricos e isótopos A e B, com as

seguintes características:

Determine a soma total do número de nêutros dos dois átomos. (nA + nB)

Átomo N° Atômico N° de MassaA 3x - 6 5XB 2x + 4 5x - 1

Estrutura Atômica Atual

Bohr complementou o modelo atômico de Rutheford implementando a idéia de níveis ou camadas eletrônicas. Postulados:

1°) Os elétrons descrevem órbitas circulares em torno do núcleo atômico, sem absorverem ou emitirem energia.

2°) O elétron absorve uma quantidade definida de energia quando salta de um nível energético para outro mais externo, ao retornarem aos níveis originais, devolvem essa energia na forma de ondas eletromagnéticas.

) ) ) ) )

+

-

-

Números Quânticos Números Quânticos - Definem a energia

e a posição mais provável de um elétron na eletrosfera. São eles:

2. Número quântico Principal.

3. Número Quântico Secundário.

4. Número Quântico Magnético.

5. Número Quântico Spin.

Número Quântico Principal (n)

Define o nível de energia ou camada:

) ) ) ) ) ) )K L M N O P Q

n = 1 2 3 4 5 6 7

Número Quântico Principal (n)

Número máximo de elétrons por camada: n° max. e- = 2n2 .

21832321882n° max. e-

7654321n

QPONMLKCamada

Obs. A expressão n° e- = 2n2, na prática só é válida até a quarta camada.

Número Quântico Secundário (l)

Define o subnível de energia: l = n –1, apenas quatro foram observados:

141062n° max. e-

3210l

fdpsSubnível

Obs. O Número máximo de elétrons por subnível é dado por: n° max. e- = 2(2 l +1)

Número Quântico Magnético (m)

Define a orientação espacial, região mais provável de se encontrar um elétron (orbital), m varia de – l a + l.

0

+10-1

+10 +2-1-2

+2+10-1 +3-2-3

s = 1 orbital

p = 3 orbitais

d = 5 orbitais

f = 7 orbitais

Número Quântico Spin (s)

Define o sentido da rotação do elétron

sentido horário s = - ½ anti-horário s = + ½

Horário Anti-horário

Distribuição Eletrônica Linus Pauling

Regras e pricípios gerais para distribuição dos elétrons no átomo:

Energia total do elétron: E = n + l.

O elétron tende a ocupar as posições de menor energia.

3. Princípio da Exclusão de Pauling – o átomo não pode conter elétrons com números quânticos iguais.

4. Regra de Hund – em um subnível os orbitais são preenchidos parcialmente com elétrons do mesmo spin depois completados com elétrons de spins contrários.

Diagrama de Linus Pauling

7Q

6P

5O

4N

3M

2L

1K

Níveis

2

8

18

32

32

18

2

e-

1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s

141062

Max. de e-

fdps

Exercícios de fixação: 1. Indique os quatro números quânticos para os

elétrons:

a) b)

(camada L) (4° nível)

c)

(nível 6)

↓ ↑

↓

2. Qual o número de subníveis e o número de orbitais, respectivamente, presentes no 3° nível?

a) 1 e 3 b) 3 e 3 c) 3 e 9

d) 9 e 9 e) 9 e 18

Exercícios de fixação: 3. Indique qual dos conjuntos de números quânticos abaixo

citados é impossível:

a) 2, 0, 0, -1/2

b) 3, 2, +1, +1/2

c) 3, 0, +1, -1/2

d) 4, 1, 0, -1/2

e) 3, 2, -2, -1/2

Exercícios página 38 e 39 vide módulo.

Exercícios de fixação: 1. Assinale a opção que contraria a regra de Hund:

a) b) c)

d) e)

↑ ↑↓ ↑↑↑↓

↑↑↓↑↓ ↑↑↓

2. Qual o número atômico do elemento cujo elétron de diferenciação do seu átomo neutro apresenta o seguinte conjunto de números quânticos:

(n = 2, l = 1, m = 0, s = + 1/2)

c) 2 b) 4 c) 6 d) 8 e) 9

Obs. Considere como spin negativo o 1° elétron que entra no orbital.

Exercícios de fixação: 3. Para o elemento cuja configuração eletrônica de nível de

valência é 3s2 3p5, pode-se afirmar:

(01) Seu número atômico é 7.

(02) Existem 5 elétrons desemparelhados em sua estrutura.

(04) No 3° nível encontramos apenas um orbital incompleto.

(08) No 3° nível existem 3 elétrons p com número quântico de spin iguais.

(16) Sua configuração eletrônica poderia ser representada como 1s2 2s2 3s2 3px

2 3py2 3pz

1.

(32) O elétron de diferenciação localiza-se no subnível 3pz.