Disciplina de Didáctica
da Química I
Texto de Apoio
Estrutura dos átomos
no ensino básico e secundário
Visão crítica / síntese dos tópicos de química nos ensinos
básico e secundário
A - ESTRUTURA DOS ÁTOMOS NO ENSINO BÁSICO E
SECUNDÁRIO
8º ano
1. Estrutura corpuscular da matéria
a. Base experimental geral
b. Corpúsculos e estados físicos da matéria
c. Corpúsculos e diferenças de temperatura de amostras materiais
d. Corpúsculos, pressão e volume de um gás
e. Corpúsculos, temperatura e pressão de um gás
2. Constituição dos átomos: núcleo (e respectivas partículas) + electrões
3. Átomos e agrupamentos de átomos (moléculas com vários átomos)
4. Elementos, substâncias elementares e compostas
5. Iões monoatómicos e poliatómicos
6. Símbolos atómicos e fórmulas químicas
9º ano
7. Estrutura e constituição dos átomos: evolução dos modelos atómicos
8. Base experimental para o modelo actual: núcleo + electrões
9. Número atómico e número de massa
10. Isótopos
11. Tamanho e massa dos átomos: electrões e núcleos
12. Massa atómica relativa (cf. átomo mais leve)
13. A questão da energia dos electrões nos átomos
14. Distribuição electrónica por níveis de energia para átomos de pequeno
número atómico: até Z=18, com extensão a Z=19 e 20 (por analogia)
15. Electrões de valência e distâncias médias ao núcleo
16. Níveis completos e estabilidade dos átomos dos gases nobres: uma
correlação simples
17. Carga eléctrica de iões monoatómicos: número de electrões em
comparação com átomos (estáveis) de gases raros
18. Número de electrões de valência em metais alcalinos e alcalino-terrosos
e em halogéneos (e gases raros) em relação com a formação de iões
19. Semelhanças de estrutura electrónica e semelhança de propriedades,
nos átomos
10º ano
20. O átomo na arquitectura das substâncias
21. Número atómico e número de massa revisitados
22. Massa atómica relativa e padrão Carbono-12
23. Isótopos e massa atómica média
24. A formação dos primeiros átomos do Universo e o Big Bang
25. As estrelas como fábricas de átomos: fusão nuclear
26. Outras transformações dos núcleos atómicos: breve introdução à
radioactividade, fissão nuclear e transmutação nuclear por
bombardeamento
27. Alteração da energia dos electrões e espectros como "impressões
digitais" de cada elemento: espectros de absorção e espectros de
emissão
28. Estado fundamental e estados excitados
29. Absorção de radiações e efeito fotoeléctrico
30. Energia de ionização de átomos
31. Quantização da energia do electrão no átomo H
32. Níveis de energia para o electrão do átomo H e número quântico
principal: equação de Bohr
33. Outros números quânticos e orbitais (s, p, d, f)
34. Diagramas de energia e configurações electrónicas
35. Número máximo de electrões por orbital e Princípio de Pauli
35. Spin do electrão e número quântico de spin
36. Propriedades dos elementos e configurações electrónicas (até Z=18)
37. Configurações electrónicas para Z=19 e Z=20, por analogia com outros
metais alcalinos e alcalino-terrosos de menor Z
38. Interpretação de diferenças em raio atómico e em energia de ionização
39. Interpretação da estabilidade de átomos de gases raros em termos de
energia de ionização própria e de um suposto ião negativo
12º ano
40. As configurações electrónicas dos átomos revisitadas
41. A questão da energia de orbitais 3d e 4s, em relação com as
configurações electrónicas de K e Ca e dos elementos da 1ª série de
metais de transição
42. Breve extensão às outras séries de metais de transição
42. As propriedades especiais dos metais de transição em relação com a
ocorrência de sub-camada d incompleta
43. Caso particular do átomo de crómio, com sub-camada 3d semi- preenchida,
interpretado em termos de spin do electrão e regra de
Hund
44. Interpretação da cor de complexos octaédricos de metais da 1ª série de
transição em termos de transição de electrões entre dois sub-grupos
de orbitais 3d
B - TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS NO ENSINO BÁSICO E
SECUNDÁRIO
8º ano
1. Elementos e símbolos dos átomos reunidos numa tabela
9º ano
2. Famílias de substâncias elementares e grupos de elementos
3. Semelhanças de estrutura electrónica e semelhança de propriedades, nos
átomos
4. Períodos e grupos
5. Peridocidade de 8 no número atómico para elementos de baixo Z
6. Periodicidade do tamanho atómico e variação ao longo de grupos e
períodos
7. Número de electrões de valência e grupos da TP
8. Metais, não-metais e semimetais
9. A estrutura geral da TP(incluindo referência às séries dos lantanóides e
dos actinóides)
10. A distinção entres propriedades atómicas (para os elementos) e
propriedades macroscópicas de substâncias elementares
11. Tipo de reactividade de metais (especialmente, alcalinos e alcalino-terrosos)
e de não-metais (especialmente, halogéneos)
12. Comparação de reactividade ao longo do grupo, nos casos acima
13. Comportamento ácido-base de óxidos de metais e de não-metais
10º ano
14. Os 18 grupos da TP
15. Propriedades e classes de substâncias elementares: metais, não-metais
e semimetais
16. Famílias de substâncias elementares e TP
17. A história e organização da TP
18. Os blocos da TP
19. Uma propriedade periódica fundamental: energia de ionização
20. Outra propriedade periódica fundamental: raio atómico
12º ano
21. Os elementos metálicos na TP
22. Propriedades físicas e comportamento químico dos metais, em comparação
com os não-metais
23. Formação de compostos em que o metal ocorre como ião positivo ou como
oxoião postivo ou negativo
24. Configurações electrónicas e as propriedades periódicas energia de
ionização e raio atómico, tomadas quantitativamente
25. A grandeza afinidade electrónica
C - LIGAÇÃO QUÍMICA NO ENSINO BÁSICO E SECUNDÁRIO
8º ano
1. Modelos moleculares e geometria de moléculas simples
2. Rearranjo de átomos nas reacções químicas e sua representação em
equações químicas
9º ano
3. Estrutura, constituição das moléculas e massa molecular
4. Moléculas simples representadas por vários núcleos atómicos envolvidos
por uma nuvem electrónica
4. Partilha de electrões na molécula de hidrogénio
5. Forças electrostáticas em presença e respectivo balanço
6. Representação esquemática da ligação em H2: fórmula de estrutura da
molécula
7. Noção de ligação covalente
8. Extensão a outras ligações com átomos H, com intervenção dos electrões
de valência dos átomos: HF, HCl, H2O, NH3, CH4
9. Reconhecimento de que, por partilha dos dois electrões de valência
responsáveis por cada ligação X-H, o átomo H como que adquire a
estrutura electrónica de um átomo He (com 2 electrões) e cada átomo
X a de um outro gás raro (Ne, Ar) (com 8 electrões)
10. Correlação/analogia da estabilidade das moléculas acima (face à
decomposição em átomos) com a estabilidade dos átomos dos gases
raros (face à formação de iões)
11. Interpretação da ligação simples em F2 (e em Cl2) em termos de um
balanço das múltiplas interacções electrostáticas, sem prejuízo da
partilha de todos os (14) electrões de valência
12. Correlação/analogia da estabilidade das moléculas F2 e Cl2 (face à
decomposição em átomos) com a estabilidade dos átomos dos gases
raros Ne e Ar, respectivamente (face à formação de iões)
13. Previsão de ligação dupla em O2 e tripla em N2 a partir das ligações em
H2O e NH3 e respectiva representação, sem prejuízo da partilha de
todos os electrões de valência
14. Correlação/analogia da estabilidade das moléculas O2 e N2 (face à
decomposição em átomos) com a estabilidade do átomo do gás
raro
Ne (face à formação de iões)
15. Previsão de ligações duplas em CO2 a partir das ligações em CH4 e
respectiva representação
16. Previsão de ligação múltipla CC em eteno e etino
17. Confirmação da presença de ligações múltiplas em hidrocarbonetos
insaturados por reacção com água de bromo
17. Interpretação da polaridade da ligação covalente em HF
18. Interpretação da polaridade da molécula de água e relação com a
geometria molecular
19. Noção de ligação covalente polar
20. Extensão da noção de ligação covalente ao fulereno C60 e a estruturas
gigantes - diamante, grafite, e sílica - e relação com algumas
propriedades
21. Caracterização da ligação em metais pela partilha de electrões de
valência em estruturas gigantes
22. Interpretação das principais propriedades físicas dos metais em termos
da ligação metálica
23. Caracterização da ligação em compostos iónicos, como balanço entre
repulsões de iões idênticos e atracções de iões de carga oposta
24. Extensão da noção de ligação covalente, simples ou múltipla, polar ou
não-polar, a compostos orgânicos
10º ano
25. A ligação covalente revisitada
26. Interpretação da ligação em H2 em termos da variação da energia
potencial de um sistema constituído por dois átomos H em função da
distância entre os respectivos núcleos
27. Comprimento de ligação e ângulos de ligação em termos quantitativos:
modelos moleculares à escala
28. Energia de ligação em moléculas diatómicas em termos quantitativos
29. Relação entre energia de ligação CC e comprimento de ligação,
conforme se trate de liagção simples, dupla ou tripla
30. Interpretação do carácter simples ou múltiplo das ligações em moléculas
simples em termos da relação com a estrutura de átomos de gases
raros (camada de valência completa): notação de Lewis e regra do octeto
31. Representação da estrutura de moléculas por fórmulas que incluam
referência a todos os electrões de valência: questão dos traços que
representam electrões (efectivamente) não-ligantes
12º ano
32. Ligação metálica revisitada em relação com propriedades de metais e
formação de ligas metálicas
33. Cristais metálicos e não-metálicos (covalentes, moleculares e iónicos)
34. Energia de rede cristalina em compostos iónicos
35. Ligação de hidrogénio
36. Ligação covalente dativa em complexos de metais
37. Fórmulas de estrutura, geometria molecular e energias de ligação
revisitadas
38. Interpretação da ligação química com base no conceito de orbital: breve
referência à teoria das ligações de valência e à teoria das orbitais
moleculares
39. Noção de orbital molecular
40. Distinção entre orbitais moleculares ligantes, anti-ligantes e não-ligantes
em termos de energia
41. Definição de ordem de ligação em moléculas diatómicas a partir da
distribuição dos electrões de valência num diagrama de orbitais
moleculares (OM)
42. Caracterização da OM ligante e da OM anti-ligante na molécula H2
43. Extensão a H2+, H2- e He2+ e interpretação da inexistência de
moléculas diatómicas de hélio
44. Definição de OM pi em N2, O2 e F2 e comparação com OM sigma
45. Aplicação dos diagramas de energia para as OM de N2, O2 e F2 e
justificação das respectivas ordens de ligação: 3, 2 e 1,
respectivamente
46. Distinção entre espécies paramagnéticas e diamagnéticas, justificando
os exemplos O2 e N2
47. Estabelecimento da ordem de ligação em moléculas poliatómicas com
base na regra do octeto
48. Caso particular da estrutura molecular do ozono e noção de híbrido de
ressonância
49. Extensão a casos como a estrutura do ião carbonato
50. Interpretação das ligações na molécula de metano em termos da teoria
das ligações de valência, na sua versão simplificada: referência a
orbitais híbridas sp3 por parte do átomo de carbono
51. Aplicação simplificada da teoria das orbitais moleculares ao caso
especial dos hidrocarbonetos, considerando que é sempre par o
número de OM, sendo metade ligantes e metade anti-ligantes, com
aquelas totalmente preenchidas e estas vazias
52. Aplicação ao caso particular do benzeno, como híbrido de ressonância
53. Ligações sigma e ligações pi nas moléculas de eteno e de etino, com
referência a orbitais híbridas sp2 e sp por parte dos átomos de
carbono
54. Ligações sigma e orbitais moleculares pi no benzeno
55. Ligação covalente polar e noção de electronegatividade dos átomos
56. Dipolo eléctrico e momento dipolar em moléculas polares simples
57. Geometria molecular e momento dipolar resultante
58. Geometria molecular interpretada em termos de energia
59. Distinção entre modelos explicativos da geometria das moléculas e
modelos de previsão
60. Previsão da geometria de moléculas (ou grupos) do tipo AXn contando o
número de traços (simples ou múltiplos) à volta do símbolo A na
fórmula de estrutura
61. Aplicação das noções acima sobre ligação química às várias famílias de
compostos orgânicos
62. Ligações intermoleculares em comparação com ligações
intramoleculares
63. Vários tipos de ligações intermoleculares: interacção de dipolos
flutuantes, interacção de dipolos permanentes, interacção dipolo
permanente-dipolo induzido e ligação de hidrogénio
64. Exemplos e relação com propriedades das substâncias
D - GEOMETRIA MOLECULAR NO ENSINO BÁSICO E SECUNDÁRIO,
segundo os programas actuais
8º ano
1. Modelos moleculares e geometria de moléculas simples
9º ano
2. Geometria molecular definida pela posição relativa dos núcleos dos
respectivos átomos
3. Utilização de vários tipos de modelos moleculares
4. Referência a geometria média, devido aos incessantes movimentos
vibracionais das moléculas
5. Interpretação da polaridade da molécula de água e relação com a
geometria molecular
10º ano
6. Comprimento de ligação e ângulos de ligação em termos quantitativos:
modelos moleculares à escala
7. Breve interpretação da geometria molecular em termos de energia
potencial mínima para o arranjo de átomos
8. Reconhecimento de que as moléculas dos gases possuem não só
vibrações como rotações e translações, relacionadas com a temperatura
12º ano
9. Geometria molecular e momento dipolar resultante
10. Geometria molecular interpretada em termos de energia
11. Distinção entre modelos explicativos da geometria das moléculas e
modelos de previsão
12. Previsão da geometria de moléculas (ou grupos) do tipo AXn contando o
número de traços (simples ou múltiplos) à volta do símbolo A na
fórmula de estrutura
E – Outros assuntos a explorar
E1 - NOMENCLATURA QUÍMICA NO ENSINO BÁSICO E SECUNDÁRIO
E2 - FÓRMULAS E EQUAÇÕES QUÍMICAS NO ENSINO BÁSICO E
SECUNDÁRIO
E3 - TIPOS DE REACÇÕES QUÍMICAS NO ENSINO BÁSICO E SECUNDÁRIO
E4 - CINÉTICA DAS REACÇÕES QUÍMICAS NO ENSINO BÁSICO E
SECUNDÁRIO
E5 - EXTENSÃO DAS REACÇÕES E EQUILÍBRIO QUÍMICO NO ENSINO
BÁSICO E SECUNDÁRIO
E6 - TROCAS DE ENERGIA EM REACÇÕES QUÍMICAS NO ENSINO BÁSICO
E SECUNDÁRIO
E7 - MOLE E QUANTIDADE QUÍMICA NO ENSINO SECUNDÁRIO
E8 - CÁLCULOS QUÍMICOS (CONCENTRAÇÕES, pH,
ESTEQUIOMÉTRICOS,...) NO ENSINO BÁSICO E SECUNDÁRIO
E9 - RADIAÇÃO ELECTROMAGNÉTICA