Elementos químicos
Ordem de grandeza dos raios dos átomos
Isótopos e massa atómica relativa
Elementos químicos e átomos:
Isótopos:
— Há 116 elementos químicos;
— Os átomos de cada elemento químico têm em comum o n.º de
protões no núcleo (número atómico, representado por Z);
— Constituem os “tijolos” de todas as substâncias que existem;
— A Tabela Periódica dos elementos organiza os elementos por
n.º atómico crescente.
— Os átomos de cada elemento
químico têm em comum o n.º de
protões no núcleo (número atómico)
mas podem ter diferente n.º de
massa (n.º de protões + n.º de
neutrões);
— Há muitos isótopos que não existem
na Natureza, são apenas produzidos
artificialmente.
1 mm
0
O cobre (Cu) forma, à
temperatura ambiente,
um metal sólido moldável
e acastanhado.
1
2
3
4
5
6
7
1H8
2
10H
1
× 1 mm = 1 µm = 10−6 m = 1 micrómetro
1 000 (milésima do milímetro)
número de massa
2
H
1
Fotos de átomos do elemento químico cobalto, Co.
18
2
número atómico 40 91,224 massa atómica relativa
4,003
31
53
H
2
hidrogénio
3
6,94 4
13
Zr
9,012
167
Li
206 raio atómico em pm
5
zircónio
Na
hélio
15,999 9
18,998 10
87
67
56
48
42
C
carbono
N
O
nitrogénio oxigénio
F
20,18
38
Ne
flúor
néon
13 26,982 14 28,085 15 30,974 16 32,06 17 35,45 18 39,948
145
118
Mg
sódio
3
magnésio
4
5
6
7
8
9
10
— Quando se fala numa “mole”
está-se a falar em
“6,022 × 1023 partículas”;
— Este valor foi inicialmente
escolhido de modo a
representar o número de
átomos em 1 g de hidrogénio.
11
12
Al
alumínio
111
Si
98
P
silício
88
S
fósforo
enxofre
Quantidade de matéria n:
12
C
6
— Grandeza física do SI;
— A mole é a unidade em que se
exprime esta grandeza.
quantidade de matéria =
n=
K
potássio
194
Ca
184
Sc
cálcio
escândio
176
Ti
171
V
titânio
vanádio
166
Cr
161
Mn
cromo
Fe
Rb
219
Sr
rubídio
estrôncio
212
Y
ítrio
55 132,91 56 137,33 57-71
298
Cs
Ba
88
Fr
frâncio
24
Zr
zircónio
bário
Ra
rádio
198
Nb
79
Cl
71
208
Hf
lantanídios háfnio
89-103 104
actinídios
Ni
145
Cu
níquel
142
Zn
cobre
136
Ga
zinco
125
Ge
gálio
germânio
114
As
arsénio
103
Se
selénio
190
183
molibdénio tecnécio
178
Ru
173
Rh
ruténio
169
Pd
ródio
165
Ag
paládio
161
Cd
prata
156
In
cádmio
145
Sn
índio
estanho
133
Sb
Te
antimónio telúrio
200
Ta
tântalo
105
rutherfórdio dúbnio
Br
193
188
185
180
177
174
171
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
106
107
108
109
110
111
112
seabórgio
bóhrio
hássio
meitnério
darmstácio
roentgénio copernício
tungsténio rénio
ósmio
irídio
platina
http://passarolafq.pt
ouro
mercúrio
156
Tl
tálio
113
154
Pb
chumbo
114
143
Bi
bismuto
115
88
crípton
115
108
I
Xe
85
86
xénon
135
Po
polónio
116
120
At
ástato
117
massa
quantidade de matéria
m
=
n
M=
— Conhecendo a massa m de
uma amostra e a massa
molar M da espécie química
da amostra pode calcularse a quantidade de matéria
n da amostra e o número N
de partículas na amostra;
— A massa molar dos átomos
de um elemento tem o
mesmo valor numérico da
massa atómica relativa de
elemento.
— Qual é a quantidade n de
moléculas de butano C4H10
numa garrafa com 13 kg de
butano?
Um exemplo:
— Qual é a quantidade n de
moléculas de hidrogénio H2
numa amostra com
N = 2,0 × 1025 moléculas?
n=
Kr
bromo
iodo
— Grandeza física que se
exprime geralmente em
g/mol;
— É o quociente entre a
massa m de uma amostra e
a quantidade de matéria n
nessa amostra:
—
—
Constante de Avogadro (NA):
6,022 × 1023/mol ;
A constante de Avogadro NA tem
unidade “inverso de mol”, mol–1.
Rn
rádon
118
=
N
NA
6,022 × 1023 mol−1
= 0,33 × 102 mol
= 33 mol
H
4 10
(
Fração molar
A fração molar de
oxigénio no ar (que é
uma mistura de gases)
é 0,2 = 1/5.
Fração mássica
Fração molar
— A fração mássica é
apresentada como
um valor entre 0 e 1
(sem unidades porque
resulta do quociente de
duas massas) ou como
percentagem entre 0 % e
100 %;
— A fração mássica é a
composição percentual,
em massa, de cada
componente de uma
mistura;
— Por exemplo, o aço inox
é uma liga metálica
em que o componente
principal é o ferro Fe e
tem uma fração mássica
mínima de 10,5 % de
cromo Cr. Ou seja, em
qualquer amostra de
aço inox, há pelo menos
10,5 % de cromo, em
massa.
— A fração molar é uma
grandeza utilizada
para caracterizar
a composição de
misturas gasosas;
— Por exemplo, dizer
que a fração molar
de um certo gás
numa mistura gasosa
é 0,20 = 1/5
quer dizer que por
cada 100 moléculas
na mistura gasosa há
20 moléculas desse
gás.
Um exemplo:
— Qual é a massa de cromo
num objeto de 150 g de
aço inox em que a fração
mássica de cromo é de
0,11?
1650 g
11
× 150,0 g =
100
100
= 16,5 g
Massa molar M das
moléculas do butano C4H10:
MC
2,0 × 1025
Um objeto de aço inox:
a fração mássica de
cromo Cr no aço inox
é, no mínimo, 0,105
ou, em percentagem,
10,5 %.
Massa molar M
árgon
94
123
18 mL de água têm a
massa de 18 g. Nesta
massa de água há 1,0 mol
de moléculas de água.
Um exemplo:
Ar
cloro
44 101,072 45 102,91 46 106,42 47 107,87 48 112,41 49 114,82 50 118,71 51 121,76 52 127,603 53 126,9 54 131,29
Mo
nióbio
cobalto
149
72 178,492 73 180,95 74 183,84 75 186,21 76 190,233 77 192,22 78 195,08 79 196,97 80 200,59 81 204,38 82 207,2 83 208,98 84
253
87
césio
206
152
Co
manganês ferro
37 85,468 38 87,62 39 88,906 40 91,224 41 92,906 42 95,95 43
265
156
N
NA
Fração mássica
Constante de Avogadro:
19 39,098 20 40,078 21 44,956 22 47,867 23 50,942 24 51,996 25 54,938 26 55,845 27 58,933 28 58,693 29 63,546 30 65,382 31 69,723 32 72,631 33 74,922 34 78,972 35 79,904 36 83,798
243
n.º de partículas
constante de Avogadro
Massa molar
He
17
14,007 8
boro
11 22,99 12 24,305
190
16
12,011 7
B
berílio
15
10,81 6
112
Be
lítio
14
Como os átomos e as moléculas
são muito pequenos, é necessário
ter um enorme número de
partículas para se ter um volume
ou uma massa que possam ser
medidos com os aparelhos de
medida vulgares.
Mole (símbolo mol):
— Massa média dos átomos de um
elemento químico tendo em conta
a proporção dos diversos isótopos
desse elemento na Natureza;
— O padrão que define a unidade
de massa atómica é o isótopo de
carbono 12, 12C, cujos átomos têm
6 protões e 6 neutrões, além de 6
eletrões. Por definição,
cada átomo de
12C tem massa
12 unidades. Logo,
a unidade de
massa atómica
é a fração 1/12
da massa de
um átomo de
carbono 12.
152 pm = 0,152 nm
1,008
3
H
1
Massa atómica relativa:
O hélio He é o elemento que tem átomos de
menor raio (31 pm = 0,031 nm) e o césio Cs
é o elemento que tem átomos de maior raio
(298 pm = 0,298 nm).
O ferro (Fe) é um
dos elementos mais
abundantes no interior
da Terra (em forma
líquida, devido à elevada
temperatura).
1
1
H
1
número atómico
1
× 1 nm = 1 pm = 10−12 m = 1 picómetro
1 000 (milésima do nanómetro)
Cloro (Cl) e mercúrio (Hg).
À temperatura ambiente, o
Cl forma um gás amareloesverdeado constituído por
moléculas Cl2 e o Hg um
líquido de intenso brilho
metálico.
3H
cm
1
× 1 µm = 1 nm = 10−9 m = 1 nanómetro
1 000 (milésima do micrómetro)
1
9
Contar partículas em moles
)
= 4 × 12,011 + 10 × 1,008 g/mol
= 74,1 g/mol
Quantidade n de moléculas de
butano na garrafa de 13 kg:
74,1 g 13 × 103 g
=
1 mol
n
13 × 103 g × 1 mol
74,1 g
= 175 mol
n=
http://passarolafq.pt
25