Química Ι-B
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Campus Regional de Resende
Engenharia de Produção
1.
Atomística
O ÁTOMO : CONSTITUIÇÃO, RELAÇÕES NUMÉRICAS E CARACTERIZAÇÃO
1.1. Constituição
núcleo: prótons (p) e nêutrons (n)
Átomo
eletrosfera: elétrons (e)
1.2. Relações Numéricas
a.
de tamanho
• raio (r) atômico … r ≅ 1Å (ordem de grandeza), onde:
1Å = 10-10m
• raio (rn) do núcleo … r = 104 rn
b. de massa
PARTÍCULA
Próton (p)
Nêutron (n)
Elétron (e)
g
1,67 . 10-24
1,67 . 10-24
9,11 . 10-28
u (u.m.a.)
1,007276
1,008665
0,0005486
Observações:
•
•
c.
mp ≅ mn ;
mp ≅ 1836 me
1
do 12
1u=
6C
12 ⋅ massa
( )
de carga elétrica
PARTÍCULA
UNIDADE (RELATIVA) DE
CARGA ELÉTRICA
+1
0
-1
C
+1,602 . 10-19
0
-1,602 . 10-19
Próton (p)
Nêutron (n)
Elétron (e)
Observação:
•
•
Np = Ne
Np ≠ Ne
→
→
átomo (neutro)
íon
Np > Ne →
cátion
Np < Ne →
ânion
Um átomo transforma-se em íon por meio de perda ou ganho de elétrons:
•
•
X
Y
→ X+2
+ e- →
+
Y-
2e(átomo transformando-se em íon dipositivo);
(átomo transformando-se em íon mononegativo).
1
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Atomística
1.3 Caracterização
A
ZX
A (número de massa) ; A = Np + Nn
Z (número atômico) ; Z = Np
Um elemento químico é um conjunto de átomos com mesmo número atômico (Z), podendo
existir átomos do mesmo elemento com números de massa (A) diferentes.
Exemplo:
2.
35
17 Cl
e
37
17 Cl
(isótopos do elemento cloro)
MASSA ATÔMICA (M.A.)
A massa atômica e a ocorrência de um isótopo pode ser determinada em um espectrógrafo de
massa.
A massa atômica (M.A.) de um elemento é a média ponderada entre as massas atômicas de seus
isótopos.
Exemplo:
63
65
Cu
Cu
...
...
M.A. (Cu) =
M.A. = 62,930 u ; ocorrência = 69,09%
M.A. = 64,928 u ; ocorrência = 30,91%
62,930 ⋅ 69,09 + 64,928 ⋅ 30,91
100,00
→
M.A. (Cu) = 63,55 u
Observações:
• Na maioria dos problemas, a M.A. de um isótopo, em u ou u.m.a., pode ser considerada
aproximadamente igual ao seu número de massa.
M.A. (63Cu) ≅ 63 u ; M.A. (65Cu) ≅ 65 u.
• A massa de um isótopo ou a massa média de um elemento, em gramas, pode ser obtida
dividindo-se a massa atômica, em u ou u.m.a., pela constante de Avogadro (NA = 6,02 . 1023 mol-1).
62,930
⇒ m = 1,05 . 10-22 g
Massa do 63Cu, em gramas: m =
23
6,02 ⋅ 10
2
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Atomística
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1. Determine o número de prótons, nêutrons e elétrons presentes nas seguintes partículas:
a) 39
19 K
b)
c)
d)
35 −
17 Cl
27
3+
13 Al
78
2−
34 Se
2. Sendo m e q , respectivamente, a massa e a carga do próton, calcule a massa e a carga de uma
partícula alfa, em função de m e q.
Dado: partícula alfa = 24He 2+
35
Cl e
3. O cloro ocorre na natureza sob a forma de dois isótopos: 17
37
17 Cl .
Sabendo que a massa
atômica do cloro elementar é igual a 35,5 u, calcule as ocorrências percentuais dos isótopos do
cloro.
4. Um átomo
A
ZX
possui 77 nêutrons e apresenta massa igual a 2,19 . 10-22 g.
Determine o número de massa (A) e o número atômico (Z) do átomo X.
Dado: NA = 6,02 . 1023 mol-1.
5. Calcule a massa, em quilogramas, de um elétron.
Dados: mpróton = 1836 melétron;
NA = 6,02 . 1023 mol-1;
Isótopo leve do hidrogênio = 11H .
3
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3.
Atomística
ESTUDO DA ELETROSFERA
3.1. Níveis de Energia
#
Definidos pelo número quântico principal (n = 1, 2, 3 ...).
n=1
...
nível 1 ou K ;
n=2
...
nível 2 ou L ;
n=3
...
nível 3 ou M ;
#
n=7
...
nível 7 ou Q.
3.2. Subníveis de Energia
Definidos pelos números quânticos principal (n = 1, 2, 3 ...) e azimutal ou de momento
angular (A ∈ N ⏐ 0 ≤ A ≤ (n - 1)), onde: A = 0 → s ; A = 1 → p ; A = 2 → d ; A = 3 → f.
n=1 ;
A=0
→
subnível 1s
n.= 2 ;
A=0
→
subnível 2s
n=2 ;
A=1
→
subnível 2p
#
n=3 ;
#
A=2
→
subnível 3d
#
n=5 ;
#
A=3
→
subnível 5f
3.3. Diagrama de Pauling
Fornece o preenchimento da eletrosfera de um átomo, em ordem crescente de energia dos
subníveis.
1s
2s
3s
4s
5s
6s
7s
2p
3p
4p
5p
6p
7p
3d
4d
5d
6d
ENERGIA DO SUBNÍVEL:
1s < 2s < 2p < 3s < 4s <
< 3d < 4p < 5s < 4d ...
4f
5f
4
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Atomística
3.4. Orbital
Região da eletrosfera onde o(s) elétron(s) apresenta(m) maior probabilidade de ser(em)
encontrado(s).
Definido pelos números quânticos principal (n), secundário ou azimutal (A) e magnético (m ou
mA) , onde m ∈ Z | (-A) ≤ m ≤ (+A).
Exemplo:
n = 3 (M)
A=0
(s) → m = 0
(s)
A=1
m = -1
(p) → m = 0
(px)
(py)
m = +1
(pz)
→
A=2
m = -2
m = -1
(d) → m = 0
m = +1
m = +2
Observação:
Número máximo de orbitais em um subnível = 2A + 1 ; número máximo de orbitais em um
nível = n2.
3.5. Spin
Sentido de rotação do elétron.
Definido pelo número quântico de spin (ms).
Valores de ms : ms = -1/2 ; ms = +1/2.
3.6. Princípio da Exclusão de Pauli
“Um orbital pode comportar, no máximo, 2 (dois) elétrons (com spins opostos).”
“Na eletrosfera de um átomo, não podem existir dois elétrons com os quatro números
quânticos (n , A , m , ms) iguais.”
Números máximos de elétrons nos Níveis e Subníveis
• Níveis
Nmax = 2n2 , onde n é o número quântico principal do nível.
Exemplo: Nível N → n = 4 : Nmax = 2 . 42 = 32
• Subníveis
Nmax = 4A + 2 , onde A é o número quântico azimutal do subnível.
Exemplo: Subnível 3d → A = 2 : Nmax = 4 . 2 + 2 = 10
Observação:
Números máximos de elétrons nos subníveis: s → 2 ; p → 6 ; d → 10 ; f → 14.
5
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Atomística
3.7. Regra de Hund
“Um orbital só poderá ser totalmente preenchido quando todos os orbitais do mesmo
subnível estiverem semi-preenchidos.”
Exemplo:
3d6
→
→
→ ( 1 orbital completo e 4 orbitais semi-preenchidos ) →
→ ( 4 elétrons não emparelhados ).
Observação:
As maiores estabilidade ocorrem quando os orbitais de um subnível encontram-se
totalmente preenchidos ou totalmente semi-preenchidos, respectivamente. Esta regra é
válida principalmente para os subníveis d e f.
Exemplo:
A configuração nd10 é mais estável que a configuração nd9; a configuração nd5 é mais
estável que a configuração nd4; a configuração nf14 é mais estável que a configuração nf13;
etc.
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Atomística
EXERCÍCIOS PROPOSTOS
6. Qual o número máximo de elétrons em um nível M ?
E se este for o último nível da distribuição eletrônica ?
7. Qual o número máximo de elétrons em um nível P ?
E se este for o penúltimo nível da distribuição eletrônica ?
8. Represente um subnível n = 4; A = 1 com 5 elétrons segundo a notação usual.
9. Apresente a configuração eletrônica dos átomos seguintes, com base na ordem crescente de
energia dos subníveis:
a.
17Cl
b.
26Fe
c.
62Sm
10. Considerando o átomo de 27Co, determine:
a. sua distribuição eletrônica, em ordem crescente de energia dos subníveis;
b. sua distribuição eletrônica, em ordem crescente de número quântico principal (distância
aproximada dos elétrons ao núcleo atômico);
c. sua distribuição eletrônica , em níveis de energia (K, L, etc);
d. as configurações eletrônicas em subníveis e níveis de energia dos íons Co2+ e Co3+;
e. as configurações eletrônicas em subníveis do Co, Co2+ e Co3+ em função da configuração do gás
nobre precedente.
Dados:
2He
, 10Ne , 18Ar , 36Kr , 54Xe , 86Rn.
11. Estabelecer a configuração do enxofre 16S em orbitais, utilizando a notação analítica (s, px, py, pz).
12. Determine o número de elétrons não emparelhados existentes nas seguintes partículas:
(a)
;
(b) 15P
;
(c) 25Mn
;
(d) 26Fe2+
;
8O
(e)
3+
26Fe
;
(f)
17Cl
;
(g)
28O
;
(h)
2+
20Ca
.
13. Estabelecer a configuração eletrônica em subníveis e níveis de energia para cada uma das
seguintes partículas:
(a)
;
(b) 47Ag
;
(c) 24Cr .
29Cu
7