2. Nesta Aula Veremos ...
• Aula 3 – Estrutura dos Átomos e Moléculas
• Estrutura Atômico
• Tabela Periódica
• Propriedades Periódicas
• Introdução a Práticas em Laboratório
3. Estrutura Atômica
Nanotecnologia
Usando um microscópio de tunelamento, pesquisadores da IBM conseguiram
arranjar átomos de ferro (cones azuis) depositados sobre uma superfície de
cobre (em vermelho), formando uma espécie de curral atômico. (Imagem: IBM)
3
4. Estrutura Atômica
Linha do Tempo
1897
1808
J. J. 1913
John 1911
Thomson Niels 1923
Dalton Rutherford
625 a.C. Introduziu Bohr Modelo
1º Modelo Modelo
Gregos Cargas Camadas Quântico
Atômico Atômico (atual)
Elétricas Eletrônicas
Experiment Nuclear
no Modelo Circulares
al
Atômico
4
6. Estrutura Atômica
No. Atômico e No. de Massa
A=Z+N
Z = e-
“átomo neutro”
A NÚMERO DE MASSA: representa a massa aproximada de um átomo.
Z NÚMERO ATÔMICO: é o número de prótons que um átomo possui.
N NÚMERO DE NÉUTRONS: é o número de néutrons que o átomo possui.
6
12. Estrutura Atômica
Modelo de Bohr
Em 1913, o cientista dinamarquês Niels Bohr, aprimorou o
modelo atômico de Rutherfford, utilizando a Teoria de Max Planck
No início do século XX...
... foi demonstrado que a energia
é “quantizada”, sendo enviada em
“pacotes” de ondas carregadas
pelos fótons.
A energia de um fóton é
calculada pela expressão:
Max Planck Albert Einstein
E=h.n
Em que “h” é a constante de Planck = 6,63 x 10 -34 J x s.
n = frequência da onda (1/ n = comprimento de onda = l)
12
13. Estrutura Atômica
Modelo de Bohr
Haveria alguma relação entre a energia de um elétron e
o comprimento de onda da luz emitida por um átomo?
Já sabemos que: c=lxn e: E=hxn
n=c/l
Então: Efóton = h x c
l
“A energia de um fóton é inversamente proporcional ao seu
comprimento de onda (“c” e “h” são constantes).
13
14. Estrutura Atômica
Modelo de Bohr
Elétron excitado
• Recebendo energia (térmica,
elétrica ou luminosa) do exterior,
o e- salta de uma órbita mais
interna p/ outra mais externa e a
quantidade de energia recebida é
bem definida um “quantum”
Elétron retornando
• Ao “voltar” de uma órbita mais
externa p/ outra mais interna, o e-
emite um “quantum” de energia, na
forma de luz de cor bem definida ou
outra radiação eletromagnética
como: ultravioleta e Raio X
14
15. Estrutura Atômica
Teste de Chama
• O modelo de Bohr é fundamentado na teoria dos “QUANTA” de Max
Planck (Passagem de uma partícula de um nível energético para outro
através de um “PACOTE DE ENERGIA” ).
• Segundo a Teoria de Planck, a energia não é contínua.
A freqüência só depende do l . Portanto, se um átomo superaquecido
emite luzes de determinadas cores, isto significa que ele só emite
determinadas energias.
15
16. Estrutura Atômica
Energia do Fóton
• A energia do fóton (da emissão de radiação eletromagnética)
poderá ser calculada considerando a seguinte expressão:
h (constante de Planck) 6,63x10 -34 J.s/fóton
c c (velocidad e da luz) 3,00x10 8 m/s
E fóton hν h
λ
ν (freqüênci a do fóton) dado em s -1 (ou Hertz, Hz)
λ (comprimento de onda do fóton) dado em metros
16
17. Estrutura Atômica
Tecnologia Química
Fontes de Luz
1 – lâmpadas incandescentes;
2 – lâmpadas fluorescentes;
3 – lâmpadas de halogênios;
4 – LEDs (diodos emissores de luz) e OLEDs
(diodos de emissão de luz orgânicos)
17
20. Estrutura Atômica
Exercício
1. O laser em uma impressora a laser padrão emite luz
com comprimento de onda de 780,0 nm. Qual é a energia
de um fóton dessa luz ?
• Dicas: considerar o efeito onda-partícula E=h.c/ l
• h (constante de Plank) = 6,626x10-34 J.s/fóton
• c (velocidade da luz no vácuo) = 3,0x108 m/s
• Atenção com unidades conversão de nm para metros
• Resp.: 2,547x10-19 J
2. Um laser infravermelho para uso em uma rede de
comunicações de fibra ótica emite um comprimento de
onda de 1,2 µm. Qual é a energia de um fóton dessa
radiação?
20
21. Estrutura Atômica
Modelo Atual
De Broglie Heisenberg Schröndinger
1924 1925 1926
21
22. Estrutura Atômica
Modelo Atômico Atual
Schrödinger propôs uma equação que contém os
termos onda e partícula.
• A resolução da equação leva às funções de onda.
• A função de onda fornece o contorno do orbital
eletrônico.
• O quadrado da função de onda fornece a
probabilidade de se encontrar o elétron, isto é, dá
a densidade eletrônica para o átomo.
22
23. Estrutura Atômica
Modelo Atômico Atual
A equação diferencial contém uma série de
soluções que são chamadas de função de onda
ψ ψ ψ
2 2 2
4π 2 Movimento
2 2 ψ do elétron em
x 2
y z λ 2 3 dimensões
23
25. Estrutura Atômica
Modelo Atômico Atual
Orbitais e números quânticos
• Se resolvermos a equação de Schrödinger, teremos as funções de
onda e as energias para as funções de onda.
• Chamamos as funções de onda de orbitais.
• A equação de Schrödinger necessita de três números quânticos:
1. Número quântico principal, n. Este é o mesmo n de Bohr.
Tem valores n=1, 2, 3, 4, …
Representa fisicamente o nível (camada) principal em que o
elétron se encontra.
25
26. Estrutura Atômica
Modelo Atômico Atual
Orbitais e números quânticos
2. O número quântico azimutal, l.
Podem assumir os valores: l = 0, 1, 2, 3, (n-1)
Normalmente utilizamos letras para l (s, p, d, f )
Representam fisicamente o sub-nível do elétron e sua forma
geométrica no espaço.
3. O número quântico magnético, m.
Tem os valores: m = -l , 0 , +l
Representa fisicamente a orientação espacial do orbital do elétron, a
quantidade de valores possíveis para l determina o número de orbitais
existentes em um sub-nível l.
26
27. Estrutura Atômica
Números Quânticos
1 – Número 2- Número 3- Número 4- Número
quântico quântico quântico quântico
principal (n) secundário (l): terciário (ml) quaternário (ms)
l = valores de 0 Valores: -l a +l.
n = 1,2,3,4 .... a té n-1. Indica a
Caracteriza Caracteriza o orientação no
uma camada formato da Valores +1/2
espaço da -1/2.
eletrônica, isto região do figura que
é, um conjunto espaço onde é representa a É chamado
de elétrons mais provável região de de spin, que
num certo encontrar o maior significa
intervalo de elétron probabilidade rotação.
distância até o associado a de encontrar o
núcleo. ele.”nuvem elétron
eletrônica”
27
28. Estrutura Atômica
Números Quânticos
2e- 8e- 18e- 32e- 32e- 18e- 2e-
Energia
K(1) L(2) M(3) N(4) O(5) P(6) Q(7)
Número quântico principal (n) = energia orbital
28
29. Estrutura Atômica
Números Quânticos
Número quântico secundário (l) = forma orbital
(0) s = 2 e-
(1) p = 6 e-
(2) d = 10 e-
(3) f = 14 e-
29
30. Estrutura Atômica
Números Quânticos
1s 2s 2p 4s 4p 4d 4f
3s 3p 3d
K = 2e-
30
34. Estrutura Atômica
Modelo Quântico Atual
Aos subníveis Nome Valor de Capacidade
foram dados “l” 2 (2 l + 1)
nomes: “s” (sharp) 0 2
“p” (principal) 1 6
“d” (diffuse) 2 10
“f” (fundamental) 3 14
Esses nomes são relativos aos orbitais
correspondentes
34
35. Estrutura Atômica
Números Quânticos
Número quântico terciário (ml) = localiza o e- de
diferenciação no subnível (m)
0
(0) s ml = - l ... 0 ... +l
-1 0 +1
(1) p = 6 e-
-2 -1 0 +1 +2
(2) d = 10 e-
-3 -2 -1 0 +1 +2 +3
(3) f = 14 e-
35
36. Estrutura Atômica
Números Quânticos
Spin eletrônico e o princípio da exclusão de Pauli
+ 1/2 - 1/2
36
37. Estrutura Atômica
Modelo Quântico Atual
Cada elétron num átomo é “identificado” por um conjunto de nos. quânticos:
Nome Símbolo Característica Informação Valores
especificada fornecida possíveis
Principal n Nível Distância em 1, 2, 3, 4, 5, 6,
relação ao 7, ...
núcleo
Secundário l Subnível Forma do 0, 1, 2, 3, ...
(azimutal) orbital (n-1)
Terciário ml Orbital Orientação - l, ..., 0, ..., +l
(magnético) do orbital
Quaternário ms Spin Spin + 1/2, - 1/2
(Spin)
“Não existem dois elétrons num átomo com o mesmo conjunto de
números quânticos (Princípio da Exclusão de Pauli)”.
37
38. Estrutura Atômica
Distribuição Eletrônica
“Se adicionarmos 1 elétron a um átomo com número atômico Z,
teremos a configuração do elemento com número atômico (Z + 1).”
NÍVEIS Subníveis
K:1 1s
L:2 2s 2p
M:3 3s 3p 3d
N:4 4s 4p 4d 4f
O:5 5s 5p 5d 5f
Linus C. Pauling P:6 6s 6p 6d
(1901 – 1994) 7s
Q:7
38
40. Estrutura Atômica
Distribuição Eletrônica
Temos, então, um “panorama” da eletrosfera de um átomo:
Existem os níveis...
K 1s ... que são ... e esses
formados por pelos orbitais...
subníveis...
L 2s 2p
...que comportam
no máximo dois
M 3s 3p 3d elétrons cada um.
N 4s 4p 4d 4f
40
41. Estrutura Atômica
Distribuição Eletrônica
Configurações eletrônica condensadas
• O neônio tem o subnível 2p completo (10Ne).
• O sódio marca o início de um novo período (11Na).
• Logo, escrevemos a configuração eletrônica condensada para o
sódio como
• Na: 1s2 2s2 2p6 3s1
Na: [Ne] 3s1
• [Ne] representa a configuração eletrônica do neônio.
• Elétrons mais internos: os elétrons no [Gás Nobre].
• Elétrons de valência: os elétrons fora do [Gás Nobre].
41
42. Estrutura Atômica
Exercício
Dado: Z= 39, responda as questões abaixo:
1) Qual o elemento químico ?
2) Faça a distribuição eletrônica em camadas.
3) Faça a distribuição em ordem energética.
4) Faça a configuração eletrônica condensada
5) Qual o subnível mais energético ?
6) Qual a camada de valência ?
7) Qual o número de elétrons por camada ?
8) Quantos elétrons existem no último nível energético?
9) Quais os números quânticos, para o elétron do subnível mais energético ?
42
43. Tabela Periódica
Configuração Eletrônica
• A tabela periódica pode ser utilizada como um guia para as
configurações eletrônicas.
• O número do periodo é o valor de n.
• Os grupos 1A e 2A têm o orbital s preenchido.
• Os grupos 3A -8A têm o orbital p preenchido.
• Os grupos 3B -2B têm o orbital d preenchido.
• Os lantanídeos e os actinídeos têm o orbital f preenchido.
43
44. Tabela Periódica
Configuração Eletrônica
Metais de transição
• Depois de Ar, os orbitais d começam a ser preenchidos.
• Depois que os orbitais 3d estiverem preenchidos, os orbitais 4p
começam a ser preenchidos.
• Metais de transição: são os elementos nos quais os elétrons d são
os elétrons de valência.
44
45. Tabela Periódica
Configuração Eletrônica
Lantanídeos e actinídeos
• Do Ce em diante, os orbitais 4f começam a ser preenchidos.
• Observe: La: [Kr]6s25d14f1
• Os elementos Ce -Lu têm os orbitais 4f preenchidos e são
chamados lantanídeos ou elementos terras raras.
• Os elementos Th -Lr têm os orbitais 5f preenchidos e são
chamados actinídeos.
• A maior parte dos actinídeos não é encontrada na natureza.
45
56. Periodicidade Química
Introdução
O que é uma
propriedade
periódica ?
“As propriedades dos elementos químicos são funções
periódicas do número atômico”.
De acordo com essa lei, os elementos químicos estão dispostos
na tabela periódica em ordem crescente de número atômico,
tabela essa organizada de modo a deixar clara a relação entre
as propriedades dos elementos e suas distribuições eletrônicas.
56
57. Periodicidade Química
Propriedades Periódicas
Porque estudar este assunto ?
“A formação de muitas substâncias envolve
a transferência de elétrons de um átomo
para outro. As propriedades têm um papel
fundamental no modo como elas interagem
na formação das ligações química”.
57
58. Periodicidade Química
Propriedades Periódicas
Tendências Periódicas
1. Dentro do período (horizontal);
2. Dentro do grupo (vertical);
58
59. Periodicidade Química
Propriedades Periódicas
Principais
1 – Tamanho do átomo (raio atômico);
2 – Energia de Ionização;
3 – Afinidade Eletrônica;
59
60. Periodicidade Química
Raio Atômico
• O que é raio atômico ?
• É a distância do núcleo ao nível mais externo do átomo.
• Como podemos determinar ?
• Pode-se obter este valor através da medida da distância
internuclear de dois átomos iguais vizinhos e toma-se a
metade desta distância.
• Por que estudar primeiro o raio atômico ?
• Apatir do seu estudo é possível prever outras propriedades
dos átomos e das substâncias dos elementos.
60
61. Periodicidade Química
Raio Atômico
Considere uma molécula
diatômica simples.
• A distância entre os dois
núcleos é denominada distância
de ligação.
• Se os dois átomos que formam
a molécula são os mesmos,
metade da distância de ligação é
denominada raio covalente do
átomo.
61
62. Periodicidade Química
Carga Nuclear Efetiva
• A carga nuclear efetiva é a carga “sentida” por
um elétron em um átomo polieletrônico.
• A carga nuclear efetiva não é igual à carga no
núcleo devido ao efeito dos elétrons internos.
• Uma boa aproximação para o cálculo da Carga
Nuclear Efetiva pode ser: Z efe = Z – S, com S
sendo o número de elétrons internos, ou da
camada de blindagem.
62
63. Periodicidade Química
Carga Nuclear Efetiva
Para o 11Na, temos que: Para o 12Mg, temos que:
• Z efe = Z – S, • Z efe = Z – S,
• Z efe = 11 – 10 = 1+ • Z efe = 12 – 10 = 2+
63
64. Periodicidade Química
Carga Nuclear Efetiva
Para o 13Al, temos que: Para o 17Cl, temos que:
• Z efe = Z – S, • Z efe = Z – S,
• Z efe = 13 – 10 = 3+ • Z efe = 17 – 10 = 7+
64
65. Ao longo do período n = 3 (M)
1 pm = 10-9 m
Raio Atômico
Periodicidade Química
65
66. Periodicidade Química
Raio Atômico
• O tamanho dos átomos é determinado principalmente pelos
seus elétrons de valência (ocupam os orbitais mais externos)
Número
camadas Força de interação
eletrônicas entre o núcleo e os e-
valência
Carga
nuclear
efetiva
66
72. Periodicidade Química
Energia de Ionização
• A primeira energia de ionização, I1, é a quantidade de energia
necessária para remover um elétron de um átomo gasoso:
Na(g) Na+(g) + e-.
• A segunda energia de ionização, I2, é a energia necessária para
remover um elétron de um íon gasoso:
Na+(g) Na2+(g) + e-.
• Quanto maior a energia de ionização, maior é a dificuldade para se
remover o elétron.
73. Periodicidade Química
Energia de Ionização
• O que é Energia de Ionização ?
• É a facilidade de um átomo em perder elétrons.
• Como podemos medir ?
• Por meio de um experimento semelhante ao do “efeito
fotoelétrico”.
Na(g) → Na+(g) + e- 1ª. energia de ionização
73
74. Periodicidade Química
Energia de Ionização
Na+(g) → Na+2(g) + e-
2ª. energia de ionização (2ª E.I.)
74
75. Periodicidade Química
Energia de Ionização
“Energia necessária para retirar um elétron de um átomo
neutro e isolado no estado gasoso - (kJ/mol)”.
Na(g) → Na+(g) + e- 1ª. energia de ionização
Na+ (g) → Na+2(g) + e- 2ª. energia de ionização
Na+2 (g) → Na+3(g) + e- 3ª. energia de ionização
1ª. Ei < 2ª.Ei < 3ª. Ei
75
78. Periodicidade Química
Energia de Ionização
Menor
Maior raio
energia de
atômico
ionização
78
79. Periodicidade Química
Afinidade Eletrônica
• A afinidade eletrônica é o oposto da energia de ionização.
• A afinidade eletrônica é a alteração de energia quando um
átomo gasoso ganha um elétron para formar um íon
gasoso:
Cl(g) + e- Cl-(g) + Energia
• A afinidade eletrônica pode ser tanto exotérmica
(liberação energia) quanto endotérmica (absorção
energia):
Ar(g) + e- + Energia Ar-(g)
Ar(g) + e- Ar-(g) - Energia
79
80. Periodicidade Química
Afinidade Eletrônica
... ou Eletroafinidade
É a energia liberada (kJ/mol) por um átomo neutro,
gasoso, em seu estado fundamental ao receber um
elétron, formando um ânion.
Na (g) + e- → Na -(g) + 53 kJ/mol
Cl (g) + e- → Cl -(g) + 349 kJ/mol
80
82. Periodicidade Química
Afinidade Eletrônica
Menor energia
Maior raio de
atômico eletroafinidade
82
83. Metais
Estrutura Cristalina
• Há 4 estruturas cristlinas diferentes encontradas nos
retículos cristalinos (arranlos tridimensionais para os
átomos) dos metais:
• CS – Cúbico Simples
• CCC – Cúbico de Corpo Centrado
• CFC – Cúbido de Face Centrada
• HC – Hexagonal Compacto
83
84. Metais
Estrutura Cristalina
CFC –
CS –
Cúbico
Cúbico
Face
Simples
Centrada
CCC – HC –
Cúbico Hexagonal
Corpo Compacto
Centrado
84
85. Metais
Grau de Empacotamento
CS – 52% CFC – 74%
CCC – 68% HC – 74%
85
86. Metais
Grau de Empacotamento
CFC – 74%
aproveitamento
CCC – 68%
aproveitamento
HC – 74%
aproveitamento
86
87. Fator de empacotamento atômico (FEA):
Soma dos volumes das esferas de todos átomos no interior de uma
célula dividido pelo volume total da célula.
FEA = Vol. dos átomos na célula : Vol. Total da célula
FEA = 0,52 para CS
FEA =
FEA =
FEA =
87
88. Na Próxima Aula Veremos ...
Química Geral e Exp
Aula 4 – Experimento Laboratório (Teste
de Chama) – 23/02
88
89. Onde Estudar a Aula de Hoje
Nos Livros
• BRADY, James E. HUMISTON, Gerard E. Química Geral - Vol.1. LTC,
2006. – Cap. 3 – Estrutura Atômica e a Tabela Periódica
• RUSSELL, John B., Química Geral – Vol.1. MAKRON Books, 2ª.
Edição – Cap. 7 – Periodicidade Química
• Q.Geral Ap. a Eng. – Cap.6 – A Tab. Periódica e a Estrutura Atômica
Na Internet
• O melhor Portal sobre Elementos Químicos da Web
http://www.webelements.com
• Tecnologia Química – A Química das Lâmpadas
http://casa.hsw.uol.com.br/lampadas.htm
http://ciencia.hsw.uol.com.br/lampadas-fluorescentes.htm
http://casa.hsw.uol.com.br/questao151.htm
89
90. Conteúdo da Apresentação
Conteúdo baseado no Livro
Texto
Click na imagem para visitar o
site do livro
BROWN, Theodore L - Química A Ciência Central (9ª.
Edição) – Pearson – Cap. 06 – Estrutura Eletrônica dos
Atomos e Cap. 07 – Propriedade Periódica dos Elementos
