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Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



1. MATÉRIA


As pessoas, as plantas, as árvores, os postes, enfim, tudo o que podemos ver ao nosso
redor é constituído de matéria. Logo podemos definir:



   Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço e, portanto, tem volume.



A matéria pode não ser visível e sim apenas percebida por meio de nossos sentidos,
como o ar que respiramos e sentimos através do vento que toca nossa pele e nossos
cabelos. Estes também têm massa e ocupam lugar no espaço e conseqüentemente,
apresentam volume. Como por exemplo, quando enchemos os pulmões com ar ou
fazemos uma bolha de sabão.

Uma porção limitada de matéria constitui um corpo. Se o corpo apresentar uma
aplicação prática, é chamado objeto.



Exemplo

A madeira é matéria já que possui massa e ocupa lugar no espaço. Uma tábua constitui
uma quantidade limitada da matéria madeira, dizemos então que é um corpo.
Utilizando a madeira, o carpinteiro constrói uma mesa. Esta mesa é um corpo
trabalhado e que tem alguma utilidade, logo é um objeto.




          Matéria                      Corpo                        Objeto




                                                                  Mobília de
        Madeira                        Tábua
                                                                   Madeira




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Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



A seguir outros exemplos utilizando diferentes matérias.




                   Matéria          Corpo                  Objeto

                    Ouro         Barra de ouro          Anel de ouro


                   Granito     Pedaço de granito     Estátua de granito




Nos exemplos descritos acima você acabou de ver que cada objeto é composto por uma
espécie diferente de matéria. Isso leva a um novo conceito, o de substância, que você
irá estudar a seguir.



2. SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS



    Substâncias são as diferentes variedades de matéria.



Podem ser classificadas em dois grupos:

   •   Substâncias puras;

   •   Misturas.



Uma substância é considerada pura quando cada porção que a constitui apresenta o
mesmo aspecto e as mesmas propriedades, ou seja, quando cada porção é formada por
partículas iguais.


  Substância pura é aquela que apresenta propriedades constantes e definidas.



Um exemplo de substância pura é a água. Dividindo certa quantidade de água em
diversas porções, cada porção apresenta o mesmo aspecto e as mesmas propriedades: é
incolor, inodora (sem cheiro), insípida (sem sabor) e ao nível do mar (onde a pressão é
maior) congela a 0ºC e ferve a 100ºC.




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Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



Podemos classificar as substâncias puras em: simples e compostas.


a) substância simples: substâncias simples ou elementar são aquelas formadas por
apenas um elemento químico.



EXEMPLOS: Gases oxigênio (O2), nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2)

As substâncias oxigênio, nitrogênio e hidrogênio são simples, pois, são formados por
átomos do mesmo elemento químico, oxigênio (O), nitrogênio (N) e hidrogênio (H),
respectivamente.



b) substância composta: substâncias compostas são aquelas formadas por mais de um
elemento químico.



EXEMPLOS: água (H2O), sal de cozinha (NaCℓ) e ácido clorídrico (HCℓ)

As substâncias água, sal de cozinha e o ácido clorídrico são substâncias compostas,
pois, são formadas por átomos de elementos químicos diferentes, sendo a água
formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, o sal de cozinha por um
átomo de sódio (Na) e um de cloro (Cℓ) e o ácido clorídrico por um átomo de
hidrogênio (H) e um de cloro (Cℓ).

Quando uma amostra de água não ferve a 100ºC ou não congela a 0ºC temos a
indicação que o material examinado não é puro, isto é, não contém apenas água. Neste
caso, temos uma mistura.



   Mistura é a reunião de duas ou mais substâncias que não reagem entre si.



Quando adicionamos sal na água, lentamente o sal desaparece, mas nada surge em seu
lugar. Retirando a água (através do processo de evaporação), recuperamos o sal
original. Portanto, água e sal estavam juntos, constituindo uma mistura.




                              +                   =

             Sal de cozinha           Água            Sal de cozinha + Água




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Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



ATENÇÃO:

Apenas olhando e cheirando um copo com água você sabe dizer se aquela água é pura,
salgada ou açucarada?

Certamente não, pois o aspecto e o cheiro da água são iguais nos três casos. Somente
provando-a podemos dizer que gosto tem.

Da mesma maneira, é impossível dizer, apenas através de observação visual, se a água
contida num copo é pura ou se está misturada com álcool. Nesse caso, porém, o cheiro
do conteúdo do copo nos informa se a água está ou não misturada com álcool.

As misturas do tipo água e açúcar, água e sal e água e álcool são chamadas misturas
homogêneas.


   Mistura homogênea é aquela que apresenta um só aspecto quando observada a
   olho nu ou com aparelhos de aumento (como um microscópio).



Vamos analisar agora as misturas do tipo água e areia e água e óleo.




                              +                     =

                  Areia                Água               Areia + Água




                              +                     =

                 Óleo                  Água               Óleo + Água




No caso da água e areia, é fácil distinguir os pequenos grãos de areia dentro da água. È
fácil distinguir também a água do óleo numa mistura em que entram essas duas
substâncias, pois sendo menos denso do que a água, o óleo fica flutuando. E mesmo
que alguém agite essas misturas, podemos observar facilmente as porções de areia e
óleo dentro da água.Esses tipos de misturas são denominados de misturas
heterogêneas.



                                          16
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



        Mistura heterogênea é aquela que apresenta aspectos diferentes quando
        observada a olho nu ou com aparelhos de aumento (como um
        microscópio).




        Cada uma das partes que compõem uma mistura se chama fase.



Portanto:

   • As misturas homogêneas são monofásicas, isto é, apresentam apenas uma fase
   ou parte observável, como no exemplo da água misturada com sal;

   •    As misturas heterogêneas são:

            o   Bifásicas, quando apresentam duas fases ou partes observáveis, como
                acontece com a água e o óleo, por exemplo;

            o   Trifásicas, quando apresentam três fases ou partes observáveis, como
                acontece, por exemplo, com o granito, que é uma mistura de três tipos
                de rochas: feldspato, mica e quartzo;

            o   Polifásicas, quando apresentam quatro ou mais fases observáveis, como
                é o caso de uma mistura de óleo, água, areia e serragem.



A partir de agora vamos aprender, em seus aspectos mais importantes, de que a
matéria é formada e para isso é necessária a idéia de modelo. Modelo, de um modo
bem simples, consiste na maneira como imaginamos que é algo a que não temos acesso
direto.



3. ÁTOMOS, MOLÉCULAS E ÍONS


3.1 ÁTOMOS


Julgavam os antigos gregos que toda a matéria era formada por partículas invisíveis e
indivisíveis. Estas partículas constituíam a unidade fundamental da matéria, sendo
chamada de átomo, ou seja, não divisível.


       Átomo é a menor partícula que identifica um elemento químico.




                                          17
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria




A idéia do átomo indivisível perdurou até o século XIX, quando dois cientistas,
Rutherford (1871 – 1937) e Bohr (1885 – 1962), propuseram um modelo que comparava
a estrutura do átomo ao sistema solar. Ou seja, da mesma maneira que os planetas
giram ao redor do sol, o átomo teria um núcleo com prótons ao redor do qual giraria
outras partículas, os elétrons, formando a eletrosfera.




                                                                     Ernest RUTHERFORD nasceu a
                                                                     30 de agosto de 1871, na Nova
                                                                     Zelândia. Um dos descobridores
                                                                     da radioatividade conseguiu
                                           −                         realizar o sonho dos alquimistas
                                  Eletrosfera                        ao converter nitrogênio em
                                  (elétrons)                         oxigênio.     Com      aparelhos
                                                                     rudimentares           conseguiu
                  Núcleo                                             constatar a existência do núcleo
           (prótons e nêutrons)                                      atômico.
                                                     E. Rutherford
                 +                                   (1871 – 1937)
                ++ +
                                                                     Niels David BOHR nasceu na
                                                                     Dinamarca em 1885.Completou
                                                                     o trabalho de Rutherford,
                                                                     introduzindo a teoria dos
                                                                     quantas. Ele fez parte da equipe
                                                                     que construiu a primeira bomba
                                                −                    atômica no laboratório de Los
                                                                     Átomos.


                                                      N. D. Bohr
                                                     (1885 – 1962)




Sendo assim, o átomo é constituído de duas regiões distintas: o Núcleo e a Eletrosfera.



a) Núcleo: o núcleo que é pequeno em relação ao átomo e onde se concentra
   praticamente toda a massa do átomo. É formado por dois tipos diferentes de
   partículas:



       Os prótons, representados pela letra “p+” e;

       Os nêutrons, representados pela letra “N0”.




                                                    18
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria




Os prótons (p+) são partículas dotadas de massa e de carga positiva.

Os nêutrons (N0) são partículas com aproximadamente a mesma massa
que os prótons, mas sem carga elétrica.




b) Eletrosfera: A eletrosfera, que circunda o núcleo, é constituída pelos elétrons,
representados pela letra “e−”, e que são partículas de massa desprezível e carga
negativa.



 Os elétrons, representados pela letra “e−”, são partículas de massa desprezível
 e carga negativa e que giram em torno do núcleo.




Num átomo no estado fundamental (isto é, em seu estado original), o número de
prótons é igual ao numero de elétrons. O número de nêutrons, no entanto, pode ser
diferente do número de elétrons e de prótons.



ATENÇÃO: este resumo irá lhe ajudar a uma melhor compreensão.




                                                       Prótons (partículas positivas)
                            Núcleo
                                                       Nêutrons
  Átomo

                           Eletrosfera         Elétrons (partículas negativas)




 Número de massa, representado pela letra A, é soma do número de prótons e
 de nêutrons existentes no núcleo de um átomo. A = p+ + N0




                                          19
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



EXEMPLO: o átomo de carbono possui 6 prótons e 6 nêutrons. Logo seu número de
massa é:

             A = p+ + N0 = 6 + 6 = 12



ATENÇÃO:

Para determinar o número de massa A, só o núcleo do átomo é considerado.
Consideramos apenas os prótons e os nêutrons. Isso porque a massa do elétron é
praticamente desprezível, sendo cerca de 1836 vezes menor que a massa do próton e do
nêutron.




                                               Carga       Massa

                 Eletrosfera   elétrons         -1         1/1840

                               prótons          +1           1
                 Núcleo
                               nêutrons          0           1




 Número atômico representado pela letra Z é o número de prótons
 existentes num átomo.


EXEMPLOS: O número atômico do átomo de carbono é Z = 6 (6 prótons no núcleo); o
do oxigênio é Z = 8 (8 prótons no núcleo)



Resumindo temos:


                           A = número de massa = p+ + N0
                           Z = número atômico = p+

Podemos concluir que matematicamente o número de massa A pode ser expresso da
seguinte maneira:


                                  A = Z + N0




                                          20
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



Quando um conjunto de átomos apresenta o mesmo número atômico, dizemos que
eles formam um elemento químico.


      Elemento químico é o conjunto de átomos com o mesmo número atômico.Todos
      esses átomos possuem as mesmas propriedades químicas.



Ao representar um átomo, os químicos convencionaram escrever o número atômico na
parte inferior esquerda do símbolo e o número de massa na parte superior esquerda.



                                     A
                                     Z   X
EXEMPLOS:




 12         representa um átomo do elemento químico carbono com 6 prótons, 6
  6   C     nêutrons e 6 elétrons;


23          representa um átomo do elemento químico sódio com 11 prótons, 12
11   Na     nêutrons e 11 elétrons.



Como você percebeu nos exemplos cada átomo de um determinado elemento é
representado por um símbolo. Este é formado por letra(s) retirada(s) do nome do
elemento. A primeira letra é sempre maiúscula e a segunda, quando houver, é sempre
minúscula.


          Símbolo é a representação gráfica de um elemento químico.




                                           21
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



EXEMPLOS:

O arranjo dos elétrons na Eletrosfera

                                                                           O símbolo é a
                                                                           primeira  letra
Hidrogênio – H     Oxigênio – O    Carbono – C         Iodo – I
                                                                           do nome do
                                                                           elemento


                                                                           O símbolo é
                                                                           formado     pela
                                                                           primeira       e
  Cálcio – Ca       Ferro – Fe     Alumínio – Aℓ     Níquel – Ni
                                                                           segunda letra do
                                                                           nome          do
                                                                           elemento

                                                                           O       símbolo
                                                                           contém         a
                                                                           primeira letra e
   Zinco – Zn       Platina – Pt    Césio – Cs      Rubídio – Rb
                                                                           uma outra letra
                                                                           do nome do
                                                                           elemento.

                                                                           O       símbolo
                                                                           deriva do nome
     Sódio – Na (Natrium)                Potássio – K (Kalium)
                                                                           em latim do
                                                                           elemento



          Cada porção de um determinado elemento consiste de uma reunião de
          átomos iguais. O símbolo Fe pode indicar:

             •   1 átomo de ferro, ou,

             • O elemento ferro, ou seja, um conjunto de unidades idênticas
             (átomos) que se repetem em toda a extensão e que sempre
             guardam as mesmas propriedades da amostra original.




Já vimos que a eletrosfera é constituída por elétrons, os quais giram ao redor do núcleo
do átomo. Os elétrons se encontram na eletrosfera de maneira organizada e não giram
ao acaso. Eles se distribuem em camadas que representam o nível de energia dos
elétrons – quanto mais distante do núcleo está a camada, maior é essa energia.




                                             22
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



As camadas eletrônicas podem conter um número determinado de elétrons, como
estudaremos a seguir.



CAMADAS ELETRÔNICAS



Um átomo pode ter no máximo sete camadas eletrônicas. Cada uma delas é designada
por uma letra do nosso alfabeto. A primeira camada, que é mais próxima do núcleo do
átomo, é designada pela letra K; a segunda, pela letra L; a terceira, pela letra M; a
quarta, pela letra N; a quinta, pela letra O; a sexta pela letra P; a sétima pela letra Q.

Cada uma das camadas eletrônicas tem um número máximo de elétrons, conforme
você pode ver na tabela a seguir:


                        TABELA DE DISTRIBUIÇÃO DE ELÉTRONS


                    Camada eletrônica         Número máximo de elétrons


                            K                             2


                            L                             8


                            M                             18


                            N                             32


                            O                             32


                            P                             18


                            Q                             2




ATENÇÃO:

De modo geral, os átomos não apresentam todas as sete camadas eletrônicas. O átomo
de hidrogênio, por exemplo, tem apenas uma. Já o átomo de mercúrio tem 6. Mas,
qualquer que seja o número de camadas eletrônicas de um átomo.




                                           23
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria




A última camada nunca tem mais de oito elétrons e as camadas K e Q só podem ter 2
elétrons.




EXEMPLOS: apresentamos a seguir três átomos diferentes (de hélio, de carbono e de
cálcio), para você perceber melhor como se distribuem os elétrons num átomo:



1) Hélio (He):       A = 4; Z = 2




Como Z corresponde ao número de prótons, o átomo de hélio tem 2 prótons;
conseqüentemente, esse átomo possui também 2 elétrons, pois no átomo o número de
prótons é igual ao de elétrons, conforme já se sabe.

Com base na notação convencionada para o hélio, sabemos que A = 4. Como A = Z +
N, temos:

                    N=4–2=2


                                    2 prótons
Assim, o átomo de hélio, tem:       2 nêutrons
                                    2 elétrons
                                                 elétrons

                                                            -

                                                                +
                                                                        K

Veja ao lado um esquema do átomo de hélio.                          -

                                                                             2 prótons
                                                                    núcleo
                                                                             2 nêutrons
Note que o átomo de hélio tem apenas uma camada eletrônica, que no caso é a camada
K, com dois elétrons. Observe também que esse é o número máximo de elétrons desta
primeira camada.




                                            24
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



2) Carbono (C):        A = 12; Z = 6


                                                                                 6 prótons
Com base em A e Z, podemos afirmar que o átomo de carbono tem:                   6 elétrons
                                                                                 6 nêutrons




                                                                     L
                                                                             -
       Ao lado um esquema do átomo de carbono.              -        K

                                                                     +
              Esse átomo tem duas camadas:                      -   + +
                                                                     ++
                                                                             -
                                                                    +

                  K = 2 elétrons; L = 4 elétrons        .                        -
                                                                -
                                                                                         6 prótons
                                                                          núcleo
                                                                                         6 nêutrons




3) Cálcio (Ca):       A = 40; Z = 20




                                20 prótons
O átomo de cálcio tem:          20 elétrons
                                20 nêutrons




Distribuindo os elétrons pelas camadas, temos:

              K = 2 elétrons
              L = 8 elétrons
              M = 8 elétrons
              N = 2 elétrons




                                                   25
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria




                                                                      elétrons
Veja ao lado o esquema do átomo de cálcio.
                                                               -

                                                 -             -                -
                                                                            -
                                                                                        N
                                                     -                              M
                                                                                L
                                                               +         K
                                                              + +++
                                        -    -   -       -   ++ + +
                                                             + ++       -       -   -   -
                                                             + + +
                                                                  +
                                                              +++

                                                     -                      -
                                                 -             -                -

                                                               -


                                                                                    20 prótons
                                                                   núcleo
                                                                                    20 nêutrons

Observe no esquema acima que, de acordo com a tabela de distribuição de elétrons, a
camada M do átomo de cálcio seria a última e teria 10 elétrons, pois o número máximo
de elétrons nessa camada é 18. Mas como a última camada não pode ter mais de oito
elétrons, a camada M fica com oito elétrons e os dois restantes ficam na camada N, que
então passa a ser a última.



ATENÇÃO:

Agora você já sabe como os elétrons se distribuem num átomo, vamos aprender uma
regra prática de como essa distribuição pode ser feita. Para isso, é importante lembrar
que, em qualquer átomo:

   •   A penúltima camada tem no máximo 18 elétrons;

   • A última camada tem no máximo oito elétrons; se a última camada for a K, esta
   contém no máximo dois elétrons.



Se ao fazer a distribuição eletrônica à última camada ficar com:

   • Mais que 8 elétrons e menos que 18, esse número é cancelado e em seu lugar
   se coloca o número 8; a diferença é então passada para a camada seguinte;

   • Mais que 18 elétrons, esse número é cancelado e em seu lugar se coloca 18; a
   diferença é passada para a camada seguinte.




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Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



EXEMPLOS: vamos agora aplicar essa regra, usando três exemplos:

1) Cálcio com 20 elétrons, sendo 10 na última camada:




                                K         L           M

                                2         8           10



Observe que, como a ultima camada fica com 10 elétrons, isto é, entre 8 e 18 elétrons,
cancelamos o 10, colocamos 8 e passamos a diferença (2) para a camada seguinte, que é
a N. Assim a configuração do cálcio passa a ser:




                           K         L         M           N

                           2         8         8           2




2) Iodo com 53 elétrons, sendo 25 na última camada:




                           K         L         M           N

                           2         8         18          25



Observe que, como a última camada fica com 25 elétrons, isto é, mais que 18,
cancelamos o 25, colocamos 18 e passamos a diferença (7) para a camada seguinte, que
é a O. Assim a configuração eletrônica do iodo passa a ser:




                      K         L        M            N         O

                      2         8         8           18        7




                                         27
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



3) Radio com 88 elétrons, sendo 28 na última camada:




                      K          L        M          N         O

                      2          8        18         32        28



Observe que, como a última camada fica com mais de 18 elétrons, o 28 é cancelado e
colocamos 18 . Ainda assim a última camada fica com mais de 8 elétrons: cancelamos
então o 10 e colocamos 8, passando a diferença (2) para a camada seguinte, que é a Q.
Assim a configuração do radio passa a ser :




            K         L         M          N         O         P         Q

            2         8         18        32         18        8          2



ATENÇÃO:

Importante saber que essa regra de distribuição de elétrons não é válida para todos os
tipos de átomos, como por exemplo, o átomo de ferro, cobre e zircônio, considerados
elementos de transição, assunto que será tratado mais adiante.

As camadas eletrônicas que você estudou agora equivalem ao número quântico
principal (n), que caracteriza fundamentalmente a energia do elétron e vale de 1 a 7.



DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA EM ÁTOMOS NEUTROS



O desenvolvimento da espectroscopia permitiu aos cientistas concluir que somente o
nível de energia (camada eletrônica) não define a situação energética dos elétrons. Eles
descobriram que os níveis de energia são formados por subdivisões, chamados de
subníveis. Estes são designados pelas letras minúsculas s, p, d, f, etc.




                                          28
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria




                                                          A Espectroscopia estuda a
                                                          interação   da   radiação
                                                          eletromagnética com a
  A camada K é formada pelo subnível s.                   matéria.
  A camada L é formada pelos subníveis s e p.
                                                          A escolha das iniciais
  A camada M é formada pelos subníveis s,p e d.           s,p,d,f     prende-se      a
  A camada N é formada pelos subníveis s,p,d e f.         espectroscopia. As linhas
                                                          espectrais    dos     metais
  E assim por diante....
                                                          alcalinos são designadas,
                                                          respectivamente, por s
                                                          (sharp     =    nítida),   p
                                                          (principal), d (diffuse) e f
                                                          (fundamental).




Cada subnível comporta um número máximo de elétrons:



     Subnível    Número máximo de elétrons
         s                    2
                                                      Estado fundamental
                                                      é a situação na qual
         p                    6
                                                      os elétrons de um
                                                      átomo se encontram
         d                   10                       nos subníveis de
                                                      menor energia.
         f                   14




Esses subníveis são suficientes para se esquematizar a distribuição eletrônica de
qualquer elemento atualmente conhecido e em seu estado fundamental.
Determinando-se os subníveis, podemos visualizar melhor a distribuição eletrônica.
Cada nível comporta um número máximo de elétrons e, dentro de cada nível, cada
subnível também apresenta um número máximo de elétrons, que é representado como
expoente da letra que identifica o subnível.




                                            29
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



EXEMPLO:



              1s2 nível K, subnível s com 2 elétrons


              2p5 nível L, subnível p com 5 elétrons


              4d9 nível N, subnível d com 9 elétrons


              5f12 nível O, subnível f com 12 elétrons.




O diagrama abaixo, denominado diagrama de Pauling, nos permite colocar os
subníveis em ordem crescente de energia. Esse diagrama é muito importante, porque
por meio dele podemos ordenar os elétrons em ordem crescente de energia nos níveis e
subníveis, sempre seguindo as diagonais. Assim a ordem crescente de energia é, então:
1s 2s 2p 3s 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d...

                                    1s


                                    2s      2p


                                    3s      3p      3d


                                    4s      4p      4d    4f


                                    5s      5p      5d    5f


                                    6s      6p      6d


                                    7s




Considerando que os subníveis de um átomo no estado fundamental são preenchidos
segundo a ordem crescente de energia, estamos já em condições de distribuir os
elétrons de qualquer átomo dado.




                                            30
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



EXEMPLOS:

1) O hidrogênio 1H, que possui 1 elétron. Este permanece no subnível 1s, que entre
todos, possui menor energia. Dizemos que a distribuição eletrônica do 1H nos
subníveis é 1s1.

2) No caso do 2He, a distribuição é 1s2, ou seja, os seus 2 elétrons ocupam o subnível de
menor energia 1s.

3) O lítio 3Li apresenta distribuição 1s2 2s1, onde notamos que o terceiro elétron, não
cabendo no subnível 1s (que comporta no máximo 2), é forçado a ocupar o subnível 2s,
o qual, entre todos os demais, apresenta menor energia.



Observe agora, a configuração eletrônica de alguns átomos:

       Átomo                       Configuração eletrônica

1H                      1s1
2He                     1s2                                   O símbolo [He] indica a
                                                              configuração eletrônica de
3Li                     1s2 2s1       ou   [He] 2s1
                                                              um átomo de hélio: 1s2.
4Be                     1s2 2s2            [He] 2s2           Assim ao escrever que a
                                                              configuração de um átomo de
5B                      1s2 2s2 2p1        [He] 2s2 2p1
                                                              3Li é [He]2s1, estamos
6C                      1s2 2s2 2p2        [He] 2s2 2p2       querendo dizer que se trata
7N                      1s2 2s2 2p3        [He] 2s2 2p3       de 1s2 2s1.Costuma-se chamar
                                                              o símbolo [He] de cerne de
8O                      1s2 2s2 2p4        [He] 2s2 2p4       átomo       de    hélio.    A
9F                      1s2 2s2 2p5        [He] 2s2 2p5       configuração        eletrônica
                                                              representada dessa maneira é
10Ne                    1s2 2s2 2p6        [He] 2s2 2p6       chamada de configuração
11Na                    [Ne] 3s1                              espectroscópica simplificada.

12Mg                    [Ne] 3s2
13Aℓ                    [Ne] 3s2 3p1
                                                              O símbolo [Ne] indica cerne
14Si                    [Ne] 3s2 3p2
                                                              de átomo de neônio, ou seja,
15P                     [Ne] 3s2 3p3                          1s2 2s2 2p6.

16S                     [Ne] 3s2 3p4
17Cℓ                    [Ne] 3s2 3p5

18Ar                    [Ne] 3s2 3p6

19K                     [Ar] 4s1
                                                              O símbolo [Ar] indica cerne
20Ca                    [Ar] 4s2                              de átomo de argônio, ou seja,
e assim por diante...                                         1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.




                                                   31
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



3.2 ÍONS


Como já sabemos, entre as partículas que formam o átomo, os elétrons possuem carga
negativa e os prótons, cargas positivas. Assim, se o número de elétrons for igual ao
número de prótons, a carga total do átomo será nula, pois a carga positiva de cada
próton será compensada pela carga negativa do elétron correspondente. Dizemos que
um átomo nessa situação está eletricamente neutro.


 Quando um átomo está eletricamente neutro, ele possui prótons e elétrons em
 igual número.



Em determinadas circunstâncias, átomos podem ganhar ou perder elétrons. Quando
isso acontece, sua carga total deixa de ser zero, ou seja, o átomo deixa de ser
eletricamente neutro e passa a ser dotado de carga elétrica. Dizemos que o átomo se
transforma em um íon.

Quando um átomo neutro recebe elétrons, passa a ficar com excesso de cargas
negativas, ou seja, transforma-se em um íon negativo. Por outro lado, se um átomo
neutro perde elétrons, passa a apresentar um excesso de prótons, isto é, transforma-se
em um íon positivo.



ATENÇÃO:          Íon negativo é chamado de ânion

                  Íon positivo é chamado de cátion



Para entender melhor, considere os seguintes exemplos:




      37                                                    37          −
      17   Cl                Acrescentando 1 elétron
                                                            17   Cl
    Átomo neutro          O Núcleo não sofre alteração             Ânion
                          nos números de prótons e
    20 nêutrons           nêutrons, portanto A e Z             20 nêutrons
    17 prótons            também não. A alteração                17 prótons
                          ocorre       somente      na
    17 elétrons                                                  18 elétrons
                          eletrosfera.




                                            32
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      23
      11   Na                   Retirando 1 elétron
                                                              23
                                                              11   Na +
        Átomo neutro        O Núcleo não sofre alteração           Cátion
                            nos números de prótons e
         12 nêutrons        nêutrons, portanto A e Z            12 nêutrons
          11 prótons        também não. A alteração             11 prótons
                            ocorre       somente      na
         11 elétrons                                            10 elétrons
                            eletrosfera.




Os íons monovalentes, isto é, que possuem apenas uma carga elétrica, são
representados como acabamos de mostrar: Cℓ −, Na+. Já os íons bivalentes ou divalentes
(2 cargas), trivalentes (3 cargas) e tetravalentes (4 cargas) podem ser representados
como por exemplo, O2-, Aℓ3+, Pb4+ .




DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA EM ÍONS



Como vimos os íons diferem dos respectivos átomos neutros apenas no número de
elétrons. Assim, para fazer a distribuição de íons, deve-se inicialmente fazer a
distribuição eletrônica como se fosse um átomo neutro e, a seguir, retirar elétrons se for
um cátion ou acrescentar se for um ânion. Contudo é importantíssimo seguir o
princípio fundamental:

Ao acrescentar ou retirar elétrons de um átomo para fazer um íon, sempre devemos
fazê-lo na camada mais afastada do núcleo, chamada de camada de valência.




   Camada de valência é a camada mais afastada do núcleo, isto é, a camada mais
   externa.




                                             33
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



EXEMPLOS:




                                                                 +
     11Na                  Retirando 1 elétron            11Na
1s2 2s2 2p6 3s1                                       1s2 2s22p6
 K     L    M                                         K     L
                            Camada de valência




                                                                 −
     17Cℓ                Acrescentando 1 elétron          17Cℓ
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5                                   1s2 2s2 2p6 3s23p6
 K     L      M                                       K     L        M
                            Camada de valência




O TAMANHO DOS ÍONS



Quando comparamos com os respectivos átomos neutros, os cátions são sempre
menores e os ânions, maiores. Por quê?

Num cátion, a saída de elétrons reduz as repulsões entre os que ficam. Assim, o núcleo
(positivo) consegue atrair efetivamente com maior intensidade esses elétrons
remanescentes e, assim, a eletrosfera “encolhe”. Nos ânions, acontece o inverso; a
entrada de elétrons aumenta a repulsão entre eles e a eletrosfera “incha”.


Cátions são menores que os átomos neutros que lhes deram origem.

Ânions são maiores que os átomos neutros que lhes deram origem.




                                                 34
Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



3.3 MOLÉCULA


Na formação da água, existem porções que se repetem por toda sua extensão. Tais
porções são chamadas de moléculas e em cada uma delas são encontrados os
elementos que se combinam para formar a referida substância.



       Molécula é a menor porção de uma substância formada por átomos.



A molécula de água, como já vimos, é formada pelos elementos hidrogênio e oxigênio,
na proporção de 2:1, respectivamente, e pode ser representada por meio de formula.



             Fórmula é a representação gráfica de uma molécula.




          Símbolo do elemento                       Símbolo do elemento
              hidrogênio                                 oxigênio



                                  H2O               Representação de uma
                                                      molécula de água



                            Índice de atomicidade



O índice de atomicidade 2 está relacionado com o elemento hidrogênio e significa que
cada molécula da substância água é formada por dois átomos de hidrogênio; por outro
lado, o índice de atomicidade 1 (este índice geralmente não aparece na formula) para o
oxigênio quer dizer que cada molécula da substância água é formada por um átomo do
elemento oxigênio.

Podemos representar:




                  1 molécula de água = H2O




                                          35
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EXERCÍCIOS PROPOSTOS:

Após a leitura do texto você já terá condições de resolver os exercícios abaixo.

1) Conceitue matéria, corpo, objeto e substância, citando exemplos.

Resolução: Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço e, portanto tem volume (ex.:
cacau); Corpo é uma porção limitada da matéria (ex.: manteiga de cacau) e Objeto é um corpo
trabalhado e que tem alguma utilidade (ex.: bombons de chocolate).

2) Classifique as substâncias puras e exemplifique.

Resolução: Substâncias puras são: Substâncias puras simples (ex.: gás hélio) e Substâncias puras
compostas (ex.: gás amônia).

3) Explique o que é mistura homogênea e exemplifique.

Resolução: é quando se mistura duas ou mais substâncias e o aspecto é um só quando
observado a olho nu ou com aparelhos de aumento (como um microscópio), ex.: gasolina
aditivada (gasolina + álcool).

4) Explique o que é mistura heterogênea e exemplifique.

Resolução: é quando se mistura duas ou mais substâncias e o aspecto é diferente quando
observado a olho nu ou com aparelhos de aumento (como um microscópio), ex.: água +
gasolina.

5) Conceitue átomo

Resolução: é a menor partícula que identifica um elemento químico.

6) Explique a estrutura do átomo, segundo o modelo de Rutherford-Bohr.

Resolução: comparava a estrutura de um átomo ao do sistema solar, ou seja, os elétrons eram
como os planetas que giravam em torno do núcleo.

7) Conceitue elemento químico.

Resolução: é o conjunto de átomos com o mesmo número atômico que possuem a mesmas
propriedades químicas.

8) Qual a maneira usada para se representar os átomos dos elementos químicos?

Resolução:   AE
             Z
9) Conceitue número atômico.

Resolução: é o número de prótons existentes no núcleo de um átomo.

10) Estabeleça a diferença entre ânion e cátion?

Resolução: cátions são íons que perdem elétrons e ficam carregados positivamente enquanto
que ânions ganham elétrons e apresentam cargas opostas a eles.




                                              36
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EXERCÍCIOS RESOLVIDOS:



1) (UEBA) Um sistema formado por água, açúcar dissolvido, álcool comum, limalha de
ferro e carvão apresenta:

a) 1 fase.          b) 2 fases.       c) 3 fases          d) 4 fases           e) 5 fases.

Resolução: O sistema citado no enunciado é constituído por 3 fases.

Fases 1: água, açúcar e álcool comum

Fase 2: limalhas de ferro

Fase 3: carvão.



2) (F. Salvador-BA) Assinale verdadeiro(V) ou falso(F) para cada uma das frases
abaixo.

(V) Todas as substâncias simples ou compostas são formadas por átomos.

(F) As misturas homogêneas têm, pelo menos duas fases, ambas sempre no mesmo
estado físico.

(F) A seqüência CH4, He, O2 e O3 corresponde, respectivamente, aos conceitos de
composto, elemento químico, substância simples e substância composta.

(F) Toda substância pura constitui um sistema homogêneo.

Resolução:

A primeira frase é verdadeira. Qualquer espécie de matéria é formada por átomos.

A segunda frase é falsa. As misturas homogêneas são monofásicas.

A terceira frase é falsa. O3 não é substância composta e sim substância simples.

A quarta frase é falsa. O sistema água e gelo, embora seja substância pura, é um
sistema heterogêneo.



3) (Mackenzie – SP) O número de substâncias simples com atomicidade par entre as
substâncias de formula O3, H2O2, P4, I2, C2H4, CO2 e He é:

a) 5              b) 4             c) 3            d) 2                e) 1.




                                             37
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Resolução

P4 e I2 são substâncias simples com atomicidades respectivamente 4 e 2, números pares.
Portanto a alternativa correta é a d.



4) Considere um átomo do elemento químico bromo, possuidor de 35 prótons, 46
nêutrons e 35 elétrons. Escreva a representação correta para esse átomo.

Resolução

Pelos dados do enunciado temos:

Z = 35                    A = Z + N0 = 35 + 46 = 81.

Elemento químico bromo: símbolo Br

Assim, a representação é 8135Br.



5) Escreva a distribuição eletrônica em camadas para 15P3-.

Resolução:

Inicialmente, devemos distribuir os 15 e− de acordo com o diagrama de Pauling.



         15P        1s2     2s2 2p6     3s2 3p3

                    K         L           M                  camada de valência

                    2         8           5




A seguir, acrescentamos 3 e− na camada de valência (camada + externa)


               3-
         15P        1s2     2s2 2p6     3s2 3p6

                    K         L           M                  camada de valência

                     2         8           8




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Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria



AGORA É COM VOCÊS:

6) As figuras representam as misturas de óleo com água e de álcool com água.

Assinale a alternativa correta.

                                         a) Alcool e água em A, correspondendo o alcool a fase 2.
   Recipiente A     Recipiente B

                                         b) Oleo e água em B.

       fase 1                            c) Alcool e água em A, correspondendo a água a fase 1.

       fase 2                            d) Oleo em água em A, correspondendo o oleo a fase1.

                                         e) Oleo e água em A, correspondendo o oleo a fase 2.


7) (Funest – SP) Ar, iodo, gás carbônico, latão, naftalina, ouro 18 quilates. Se esses
materiais forem classificados em substâncias puras e misturas, pertencerão ao grupo
das substâncias puras:

a) ar, gás carbônico e latão.

b) iodo,ouro 18 quilates e naftaleno

c) gás carbônico, latão e iodo

d) ar, ouro 18 quilates e naftaleno

e) gás carbônico, iodo e naftaleno

8) Qual o número de massa e o número atômico de um átomo constituído de 17
prótons, 18 nêutrons e 17 elétrons?

Resolução: Z = p+ = 17; A = N0 + p+= 18 + 17 = 35.

9) Escreva as configurações eletrônicas para:

a) cada um dos átomos 17Cℓ, 12Mg, 10Ne.

Resolução: 10Ne : 1s2 2s2 2p6; 12Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2 ou [Ne] 3s2; 17Cℓ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 ou [Ne] 3s2
3p5

b) cada um dos íons 17Cℓ-, 19K+, 13Aℓ3+

Resolução: 17Cℓ- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ou [Ne] 3s2 3p6 ou [Ar]; 19K+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ou [Ne] 3s2 3p6
ou [Ar]; 13Aℓ3+ : 1s2 2s2 2p6 ou [Ne];

10) A corrosão de materiais de ferro envolve a transformação de átomos do metal em
íons (ferroso e férrico). Quantos elétrons há no terceiro nível energético do átomo
neutro de ferro?(Z=26).         3º nível mais energético = camada L→ 8 elétrons.

Resolução: 26Fe : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6


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  • 1. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria 1. MATÉRIA As pessoas, as plantas, as árvores, os postes, enfim, tudo o que podemos ver ao nosso redor é constituído de matéria. Logo podemos definir: Matéria é tudo o que tem massa e ocupa lugar no espaço e, portanto, tem volume. A matéria pode não ser visível e sim apenas percebida por meio de nossos sentidos, como o ar que respiramos e sentimos através do vento que toca nossa pele e nossos cabelos. Estes também têm massa e ocupam lugar no espaço e conseqüentemente, apresentam volume. Como por exemplo, quando enchemos os pulmões com ar ou fazemos uma bolha de sabão. Uma porção limitada de matéria constitui um corpo. Se o corpo apresentar uma aplicação prática, é chamado objeto. Exemplo A madeira é matéria já que possui massa e ocupa lugar no espaço. Uma tábua constitui uma quantidade limitada da matéria madeira, dizemos então que é um corpo. Utilizando a madeira, o carpinteiro constrói uma mesa. Esta mesa é um corpo trabalhado e que tem alguma utilidade, logo é um objeto. Matéria Corpo Objeto Mobília de Madeira Tábua Madeira 13
  • 2. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria A seguir outros exemplos utilizando diferentes matérias. Matéria Corpo Objeto Ouro Barra de ouro Anel de ouro Granito Pedaço de granito Estátua de granito Nos exemplos descritos acima você acabou de ver que cada objeto é composto por uma espécie diferente de matéria. Isso leva a um novo conceito, o de substância, que você irá estudar a seguir. 2. SUBSTÂNCIAS PURAS E MISTURAS Substâncias são as diferentes variedades de matéria. Podem ser classificadas em dois grupos: • Substâncias puras; • Misturas. Uma substância é considerada pura quando cada porção que a constitui apresenta o mesmo aspecto e as mesmas propriedades, ou seja, quando cada porção é formada por partículas iguais. Substância pura é aquela que apresenta propriedades constantes e definidas. Um exemplo de substância pura é a água. Dividindo certa quantidade de água em diversas porções, cada porção apresenta o mesmo aspecto e as mesmas propriedades: é incolor, inodora (sem cheiro), insípida (sem sabor) e ao nível do mar (onde a pressão é maior) congela a 0ºC e ferve a 100ºC. 14
  • 3. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria Podemos classificar as substâncias puras em: simples e compostas. a) substância simples: substâncias simples ou elementar são aquelas formadas por apenas um elemento químico. EXEMPLOS: Gases oxigênio (O2), nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2) As substâncias oxigênio, nitrogênio e hidrogênio são simples, pois, são formados por átomos do mesmo elemento químico, oxigênio (O), nitrogênio (N) e hidrogênio (H), respectivamente. b) substância composta: substâncias compostas são aquelas formadas por mais de um elemento químico. EXEMPLOS: água (H2O), sal de cozinha (NaCℓ) e ácido clorídrico (HCℓ) As substâncias água, sal de cozinha e o ácido clorídrico são substâncias compostas, pois, são formadas por átomos de elementos químicos diferentes, sendo a água formada por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, o sal de cozinha por um átomo de sódio (Na) e um de cloro (Cℓ) e o ácido clorídrico por um átomo de hidrogênio (H) e um de cloro (Cℓ). Quando uma amostra de água não ferve a 100ºC ou não congela a 0ºC temos a indicação que o material examinado não é puro, isto é, não contém apenas água. Neste caso, temos uma mistura. Mistura é a reunião de duas ou mais substâncias que não reagem entre si. Quando adicionamos sal na água, lentamente o sal desaparece, mas nada surge em seu lugar. Retirando a água (através do processo de evaporação), recuperamos o sal original. Portanto, água e sal estavam juntos, constituindo uma mistura. + = Sal de cozinha Água Sal de cozinha + Água 15
  • 4. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria ATENÇÃO: Apenas olhando e cheirando um copo com água você sabe dizer se aquela água é pura, salgada ou açucarada? Certamente não, pois o aspecto e o cheiro da água são iguais nos três casos. Somente provando-a podemos dizer que gosto tem. Da mesma maneira, é impossível dizer, apenas através de observação visual, se a água contida num copo é pura ou se está misturada com álcool. Nesse caso, porém, o cheiro do conteúdo do copo nos informa se a água está ou não misturada com álcool. As misturas do tipo água e açúcar, água e sal e água e álcool são chamadas misturas homogêneas. Mistura homogênea é aquela que apresenta um só aspecto quando observada a olho nu ou com aparelhos de aumento (como um microscópio). Vamos analisar agora as misturas do tipo água e areia e água e óleo. + = Areia Água Areia + Água + = Óleo Água Óleo + Água No caso da água e areia, é fácil distinguir os pequenos grãos de areia dentro da água. È fácil distinguir também a água do óleo numa mistura em que entram essas duas substâncias, pois sendo menos denso do que a água, o óleo fica flutuando. E mesmo que alguém agite essas misturas, podemos observar facilmente as porções de areia e óleo dentro da água.Esses tipos de misturas são denominados de misturas heterogêneas. 16
  • 5. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria Mistura heterogênea é aquela que apresenta aspectos diferentes quando observada a olho nu ou com aparelhos de aumento (como um microscópio). Cada uma das partes que compõem uma mistura se chama fase. Portanto: • As misturas homogêneas são monofásicas, isto é, apresentam apenas uma fase ou parte observável, como no exemplo da água misturada com sal; • As misturas heterogêneas são: o Bifásicas, quando apresentam duas fases ou partes observáveis, como acontece com a água e o óleo, por exemplo; o Trifásicas, quando apresentam três fases ou partes observáveis, como acontece, por exemplo, com o granito, que é uma mistura de três tipos de rochas: feldspato, mica e quartzo; o Polifásicas, quando apresentam quatro ou mais fases observáveis, como é o caso de uma mistura de óleo, água, areia e serragem. A partir de agora vamos aprender, em seus aspectos mais importantes, de que a matéria é formada e para isso é necessária a idéia de modelo. Modelo, de um modo bem simples, consiste na maneira como imaginamos que é algo a que não temos acesso direto. 3. ÁTOMOS, MOLÉCULAS E ÍONS 3.1 ÁTOMOS Julgavam os antigos gregos que toda a matéria era formada por partículas invisíveis e indivisíveis. Estas partículas constituíam a unidade fundamental da matéria, sendo chamada de átomo, ou seja, não divisível. Átomo é a menor partícula que identifica um elemento químico. 17
  • 6. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria A idéia do átomo indivisível perdurou até o século XIX, quando dois cientistas, Rutherford (1871 – 1937) e Bohr (1885 – 1962), propuseram um modelo que comparava a estrutura do átomo ao sistema solar. Ou seja, da mesma maneira que os planetas giram ao redor do sol, o átomo teria um núcleo com prótons ao redor do qual giraria outras partículas, os elétrons, formando a eletrosfera. Ernest RUTHERFORD nasceu a 30 de agosto de 1871, na Nova Zelândia. Um dos descobridores da radioatividade conseguiu − realizar o sonho dos alquimistas Eletrosfera ao converter nitrogênio em (elétrons) oxigênio. Com aparelhos rudimentares conseguiu Núcleo constatar a existência do núcleo (prótons e nêutrons) atômico. E. Rutherford + (1871 – 1937) ++ + Niels David BOHR nasceu na Dinamarca em 1885.Completou o trabalho de Rutherford, introduzindo a teoria dos quantas. Ele fez parte da equipe que construiu a primeira bomba − atômica no laboratório de Los Átomos. N. D. Bohr (1885 – 1962) Sendo assim, o átomo é constituído de duas regiões distintas: o Núcleo e a Eletrosfera. a) Núcleo: o núcleo que é pequeno em relação ao átomo e onde se concentra praticamente toda a massa do átomo. É formado por dois tipos diferentes de partículas: Os prótons, representados pela letra “p+” e; Os nêutrons, representados pela letra “N0”. 18
  • 7. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria Os prótons (p+) são partículas dotadas de massa e de carga positiva. Os nêutrons (N0) são partículas com aproximadamente a mesma massa que os prótons, mas sem carga elétrica. b) Eletrosfera: A eletrosfera, que circunda o núcleo, é constituída pelos elétrons, representados pela letra “e−”, e que são partículas de massa desprezível e carga negativa. Os elétrons, representados pela letra “e−”, são partículas de massa desprezível e carga negativa e que giram em torno do núcleo. Num átomo no estado fundamental (isto é, em seu estado original), o número de prótons é igual ao numero de elétrons. O número de nêutrons, no entanto, pode ser diferente do número de elétrons e de prótons. ATENÇÃO: este resumo irá lhe ajudar a uma melhor compreensão. Prótons (partículas positivas) Núcleo Nêutrons Átomo Eletrosfera Elétrons (partículas negativas) Número de massa, representado pela letra A, é soma do número de prótons e de nêutrons existentes no núcleo de um átomo. A = p+ + N0 19
  • 8. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria EXEMPLO: o átomo de carbono possui 6 prótons e 6 nêutrons. Logo seu número de massa é: A = p+ + N0 = 6 + 6 = 12 ATENÇÃO: Para determinar o número de massa A, só o núcleo do átomo é considerado. Consideramos apenas os prótons e os nêutrons. Isso porque a massa do elétron é praticamente desprezível, sendo cerca de 1836 vezes menor que a massa do próton e do nêutron. Carga Massa Eletrosfera elétrons -1 1/1840 prótons +1 1 Núcleo nêutrons 0 1 Número atômico representado pela letra Z é o número de prótons existentes num átomo. EXEMPLOS: O número atômico do átomo de carbono é Z = 6 (6 prótons no núcleo); o do oxigênio é Z = 8 (8 prótons no núcleo) Resumindo temos: A = número de massa = p+ + N0 Z = número atômico = p+ Podemos concluir que matematicamente o número de massa A pode ser expresso da seguinte maneira: A = Z + N0 20
  • 9. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria Quando um conjunto de átomos apresenta o mesmo número atômico, dizemos que eles formam um elemento químico. Elemento químico é o conjunto de átomos com o mesmo número atômico.Todos esses átomos possuem as mesmas propriedades químicas. Ao representar um átomo, os químicos convencionaram escrever o número atômico na parte inferior esquerda do símbolo e o número de massa na parte superior esquerda. A Z X EXEMPLOS: 12 representa um átomo do elemento químico carbono com 6 prótons, 6 6 C nêutrons e 6 elétrons; 23 representa um átomo do elemento químico sódio com 11 prótons, 12 11 Na nêutrons e 11 elétrons. Como você percebeu nos exemplos cada átomo de um determinado elemento é representado por um símbolo. Este é formado por letra(s) retirada(s) do nome do elemento. A primeira letra é sempre maiúscula e a segunda, quando houver, é sempre minúscula. Símbolo é a representação gráfica de um elemento químico. 21
  • 10. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria EXEMPLOS: O arranjo dos elétrons na Eletrosfera O símbolo é a primeira letra Hidrogênio – H Oxigênio – O Carbono – C Iodo – I do nome do elemento O símbolo é formado pela primeira e Cálcio – Ca Ferro – Fe Alumínio – Aℓ Níquel – Ni segunda letra do nome do elemento O símbolo contém a primeira letra e Zinco – Zn Platina – Pt Césio – Cs Rubídio – Rb uma outra letra do nome do elemento. O símbolo deriva do nome Sódio – Na (Natrium) Potássio – K (Kalium) em latim do elemento Cada porção de um determinado elemento consiste de uma reunião de átomos iguais. O símbolo Fe pode indicar: • 1 átomo de ferro, ou, • O elemento ferro, ou seja, um conjunto de unidades idênticas (átomos) que se repetem em toda a extensão e que sempre guardam as mesmas propriedades da amostra original. Já vimos que a eletrosfera é constituída por elétrons, os quais giram ao redor do núcleo do átomo. Os elétrons se encontram na eletrosfera de maneira organizada e não giram ao acaso. Eles se distribuem em camadas que representam o nível de energia dos elétrons – quanto mais distante do núcleo está a camada, maior é essa energia. 22
  • 11. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria As camadas eletrônicas podem conter um número determinado de elétrons, como estudaremos a seguir. CAMADAS ELETRÔNICAS Um átomo pode ter no máximo sete camadas eletrônicas. Cada uma delas é designada por uma letra do nosso alfabeto. A primeira camada, que é mais próxima do núcleo do átomo, é designada pela letra K; a segunda, pela letra L; a terceira, pela letra M; a quarta, pela letra N; a quinta, pela letra O; a sexta pela letra P; a sétima pela letra Q. Cada uma das camadas eletrônicas tem um número máximo de elétrons, conforme você pode ver na tabela a seguir: TABELA DE DISTRIBUIÇÃO DE ELÉTRONS Camada eletrônica Número máximo de elétrons K 2 L 8 M 18 N 32 O 32 P 18 Q 2 ATENÇÃO: De modo geral, os átomos não apresentam todas as sete camadas eletrônicas. O átomo de hidrogênio, por exemplo, tem apenas uma. Já o átomo de mercúrio tem 6. Mas, qualquer que seja o número de camadas eletrônicas de um átomo. 23
  • 12. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria A última camada nunca tem mais de oito elétrons e as camadas K e Q só podem ter 2 elétrons. EXEMPLOS: apresentamos a seguir três átomos diferentes (de hélio, de carbono e de cálcio), para você perceber melhor como se distribuem os elétrons num átomo: 1) Hélio (He): A = 4; Z = 2 Como Z corresponde ao número de prótons, o átomo de hélio tem 2 prótons; conseqüentemente, esse átomo possui também 2 elétrons, pois no átomo o número de prótons é igual ao de elétrons, conforme já se sabe. Com base na notação convencionada para o hélio, sabemos que A = 4. Como A = Z + N, temos: N=4–2=2 2 prótons Assim, o átomo de hélio, tem: 2 nêutrons 2 elétrons elétrons - + K Veja ao lado um esquema do átomo de hélio. - 2 prótons núcleo 2 nêutrons Note que o átomo de hélio tem apenas uma camada eletrônica, que no caso é a camada K, com dois elétrons. Observe também que esse é o número máximo de elétrons desta primeira camada. 24
  • 13. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria 2) Carbono (C): A = 12; Z = 6 6 prótons Com base em A e Z, podemos afirmar que o átomo de carbono tem: 6 elétrons 6 nêutrons L - Ao lado um esquema do átomo de carbono. - K + Esse átomo tem duas camadas: - + + ++ - + K = 2 elétrons; L = 4 elétrons . - - 6 prótons núcleo 6 nêutrons 3) Cálcio (Ca): A = 40; Z = 20 20 prótons O átomo de cálcio tem: 20 elétrons 20 nêutrons Distribuindo os elétrons pelas camadas, temos: K = 2 elétrons L = 8 elétrons M = 8 elétrons N = 2 elétrons 25
  • 14. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria elétrons Veja ao lado o esquema do átomo de cálcio. - - - - - N - M L + K + +++ - - - - ++ + + + ++ - - - - + + + + +++ - - - - - - 20 prótons núcleo 20 nêutrons Observe no esquema acima que, de acordo com a tabela de distribuição de elétrons, a camada M do átomo de cálcio seria a última e teria 10 elétrons, pois o número máximo de elétrons nessa camada é 18. Mas como a última camada não pode ter mais de oito elétrons, a camada M fica com oito elétrons e os dois restantes ficam na camada N, que então passa a ser a última. ATENÇÃO: Agora você já sabe como os elétrons se distribuem num átomo, vamos aprender uma regra prática de como essa distribuição pode ser feita. Para isso, é importante lembrar que, em qualquer átomo: • A penúltima camada tem no máximo 18 elétrons; • A última camada tem no máximo oito elétrons; se a última camada for a K, esta contém no máximo dois elétrons. Se ao fazer a distribuição eletrônica à última camada ficar com: • Mais que 8 elétrons e menos que 18, esse número é cancelado e em seu lugar se coloca o número 8; a diferença é então passada para a camada seguinte; • Mais que 18 elétrons, esse número é cancelado e em seu lugar se coloca 18; a diferença é passada para a camada seguinte. 26
  • 15. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria EXEMPLOS: vamos agora aplicar essa regra, usando três exemplos: 1) Cálcio com 20 elétrons, sendo 10 na última camada: K L M 2 8 10 Observe que, como a ultima camada fica com 10 elétrons, isto é, entre 8 e 18 elétrons, cancelamos o 10, colocamos 8 e passamos a diferença (2) para a camada seguinte, que é a N. Assim a configuração do cálcio passa a ser: K L M N 2 8 8 2 2) Iodo com 53 elétrons, sendo 25 na última camada: K L M N 2 8 18 25 Observe que, como a última camada fica com 25 elétrons, isto é, mais que 18, cancelamos o 25, colocamos 18 e passamos a diferença (7) para a camada seguinte, que é a O. Assim a configuração eletrônica do iodo passa a ser: K L M N O 2 8 8 18 7 27
  • 16. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria 3) Radio com 88 elétrons, sendo 28 na última camada: K L M N O 2 8 18 32 28 Observe que, como a última camada fica com mais de 18 elétrons, o 28 é cancelado e colocamos 18 . Ainda assim a última camada fica com mais de 8 elétrons: cancelamos então o 10 e colocamos 8, passando a diferença (2) para a camada seguinte, que é a Q. Assim a configuração do radio passa a ser : K L M N O P Q 2 8 18 32 18 8 2 ATENÇÃO: Importante saber que essa regra de distribuição de elétrons não é válida para todos os tipos de átomos, como por exemplo, o átomo de ferro, cobre e zircônio, considerados elementos de transição, assunto que será tratado mais adiante. As camadas eletrônicas que você estudou agora equivalem ao número quântico principal (n), que caracteriza fundamentalmente a energia do elétron e vale de 1 a 7. DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA EM ÁTOMOS NEUTROS O desenvolvimento da espectroscopia permitiu aos cientistas concluir que somente o nível de energia (camada eletrônica) não define a situação energética dos elétrons. Eles descobriram que os níveis de energia são formados por subdivisões, chamados de subníveis. Estes são designados pelas letras minúsculas s, p, d, f, etc. 28
  • 17. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria A Espectroscopia estuda a interação da radiação eletromagnética com a A camada K é formada pelo subnível s. matéria. A camada L é formada pelos subníveis s e p. A escolha das iniciais A camada M é formada pelos subníveis s,p e d. s,p,d,f prende-se a A camada N é formada pelos subníveis s,p,d e f. espectroscopia. As linhas espectrais dos metais E assim por diante.... alcalinos são designadas, respectivamente, por s (sharp = nítida), p (principal), d (diffuse) e f (fundamental). Cada subnível comporta um número máximo de elétrons: Subnível Número máximo de elétrons s 2 Estado fundamental é a situação na qual p 6 os elétrons de um átomo se encontram d 10 nos subníveis de menor energia. f 14 Esses subníveis são suficientes para se esquematizar a distribuição eletrônica de qualquer elemento atualmente conhecido e em seu estado fundamental. Determinando-se os subníveis, podemos visualizar melhor a distribuição eletrônica. Cada nível comporta um número máximo de elétrons e, dentro de cada nível, cada subnível também apresenta um número máximo de elétrons, que é representado como expoente da letra que identifica o subnível. 29
  • 18. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria EXEMPLO: 1s2 nível K, subnível s com 2 elétrons 2p5 nível L, subnível p com 5 elétrons 4d9 nível N, subnível d com 9 elétrons 5f12 nível O, subnível f com 12 elétrons. O diagrama abaixo, denominado diagrama de Pauling, nos permite colocar os subníveis em ordem crescente de energia. Esse diagrama é muito importante, porque por meio dele podemos ordenar os elétrons em ordem crescente de energia nos níveis e subníveis, sempre seguindo as diagonais. Assim a ordem crescente de energia é, então: 1s 2s 2p 3s 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d... 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s Considerando que os subníveis de um átomo no estado fundamental são preenchidos segundo a ordem crescente de energia, estamos já em condições de distribuir os elétrons de qualquer átomo dado. 30
  • 19. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria EXEMPLOS: 1) O hidrogênio 1H, que possui 1 elétron. Este permanece no subnível 1s, que entre todos, possui menor energia. Dizemos que a distribuição eletrônica do 1H nos subníveis é 1s1. 2) No caso do 2He, a distribuição é 1s2, ou seja, os seus 2 elétrons ocupam o subnível de menor energia 1s. 3) O lítio 3Li apresenta distribuição 1s2 2s1, onde notamos que o terceiro elétron, não cabendo no subnível 1s (que comporta no máximo 2), é forçado a ocupar o subnível 2s, o qual, entre todos os demais, apresenta menor energia. Observe agora, a configuração eletrônica de alguns átomos: Átomo Configuração eletrônica 1H 1s1 2He 1s2 O símbolo [He] indica a configuração eletrônica de 3Li 1s2 2s1 ou [He] 2s1 um átomo de hélio: 1s2. 4Be 1s2 2s2 [He] 2s2 Assim ao escrever que a configuração de um átomo de 5B 1s2 2s2 2p1 [He] 2s2 2p1 3Li é [He]2s1, estamos 6C 1s2 2s2 2p2 [He] 2s2 2p2 querendo dizer que se trata 7N 1s2 2s2 2p3 [He] 2s2 2p3 de 1s2 2s1.Costuma-se chamar o símbolo [He] de cerne de 8O 1s2 2s2 2p4 [He] 2s2 2p4 átomo de hélio. A 9F 1s2 2s2 2p5 [He] 2s2 2p5 configuração eletrônica representada dessa maneira é 10Ne 1s2 2s2 2p6 [He] 2s2 2p6 chamada de configuração 11Na [Ne] 3s1 espectroscópica simplificada. 12Mg [Ne] 3s2 13Aℓ [Ne] 3s2 3p1 O símbolo [Ne] indica cerne 14Si [Ne] 3s2 3p2 de átomo de neônio, ou seja, 15P [Ne] 3s2 3p3 1s2 2s2 2p6. 16S [Ne] 3s2 3p4 17Cℓ [Ne] 3s2 3p5 18Ar [Ne] 3s2 3p6 19K [Ar] 4s1 O símbolo [Ar] indica cerne 20Ca [Ar] 4s2 de átomo de argônio, ou seja, e assim por diante... 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. 31
  • 20. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria 3.2 ÍONS Como já sabemos, entre as partículas que formam o átomo, os elétrons possuem carga negativa e os prótons, cargas positivas. Assim, se o número de elétrons for igual ao número de prótons, a carga total do átomo será nula, pois a carga positiva de cada próton será compensada pela carga negativa do elétron correspondente. Dizemos que um átomo nessa situação está eletricamente neutro. Quando um átomo está eletricamente neutro, ele possui prótons e elétrons em igual número. Em determinadas circunstâncias, átomos podem ganhar ou perder elétrons. Quando isso acontece, sua carga total deixa de ser zero, ou seja, o átomo deixa de ser eletricamente neutro e passa a ser dotado de carga elétrica. Dizemos que o átomo se transforma em um íon. Quando um átomo neutro recebe elétrons, passa a ficar com excesso de cargas negativas, ou seja, transforma-se em um íon negativo. Por outro lado, se um átomo neutro perde elétrons, passa a apresentar um excesso de prótons, isto é, transforma-se em um íon positivo. ATENÇÃO: Íon negativo é chamado de ânion Íon positivo é chamado de cátion Para entender melhor, considere os seguintes exemplos: 37 37 − 17 Cl Acrescentando 1 elétron 17 Cl Átomo neutro O Núcleo não sofre alteração Ânion nos números de prótons e 20 nêutrons nêutrons, portanto A e Z 20 nêutrons 17 prótons também não. A alteração 17 prótons ocorre somente na 17 elétrons 18 elétrons eletrosfera. 32
  • 21. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria 23 11 Na Retirando 1 elétron 23 11 Na + Átomo neutro O Núcleo não sofre alteração Cátion nos números de prótons e 12 nêutrons nêutrons, portanto A e Z 12 nêutrons 11 prótons também não. A alteração 11 prótons ocorre somente na 11 elétrons 10 elétrons eletrosfera. Os íons monovalentes, isto é, que possuem apenas uma carga elétrica, são representados como acabamos de mostrar: Cℓ −, Na+. Já os íons bivalentes ou divalentes (2 cargas), trivalentes (3 cargas) e tetravalentes (4 cargas) podem ser representados como por exemplo, O2-, Aℓ3+, Pb4+ . DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA EM ÍONS Como vimos os íons diferem dos respectivos átomos neutros apenas no número de elétrons. Assim, para fazer a distribuição de íons, deve-se inicialmente fazer a distribuição eletrônica como se fosse um átomo neutro e, a seguir, retirar elétrons se for um cátion ou acrescentar se for um ânion. Contudo é importantíssimo seguir o princípio fundamental: Ao acrescentar ou retirar elétrons de um átomo para fazer um íon, sempre devemos fazê-lo na camada mais afastada do núcleo, chamada de camada de valência. Camada de valência é a camada mais afastada do núcleo, isto é, a camada mais externa. 33
  • 22. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria EXEMPLOS: + 11Na Retirando 1 elétron 11Na 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s22p6 K L M K L Camada de valência − 17Cℓ Acrescentando 1 elétron 17Cℓ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 1s2 2s2 2p6 3s23p6 K L M K L M Camada de valência O TAMANHO DOS ÍONS Quando comparamos com os respectivos átomos neutros, os cátions são sempre menores e os ânions, maiores. Por quê? Num cátion, a saída de elétrons reduz as repulsões entre os que ficam. Assim, o núcleo (positivo) consegue atrair efetivamente com maior intensidade esses elétrons remanescentes e, assim, a eletrosfera “encolhe”. Nos ânions, acontece o inverso; a entrada de elétrons aumenta a repulsão entre eles e a eletrosfera “incha”. Cátions são menores que os átomos neutros que lhes deram origem. Ânions são maiores que os átomos neutros que lhes deram origem. 34
  • 23. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria 3.3 MOLÉCULA Na formação da água, existem porções que se repetem por toda sua extensão. Tais porções são chamadas de moléculas e em cada uma delas são encontrados os elementos que se combinam para formar a referida substância. Molécula é a menor porção de uma substância formada por átomos. A molécula de água, como já vimos, é formada pelos elementos hidrogênio e oxigênio, na proporção de 2:1, respectivamente, e pode ser representada por meio de formula. Fórmula é a representação gráfica de uma molécula. Símbolo do elemento Símbolo do elemento hidrogênio oxigênio H2O Representação de uma molécula de água Índice de atomicidade O índice de atomicidade 2 está relacionado com o elemento hidrogênio e significa que cada molécula da substância água é formada por dois átomos de hidrogênio; por outro lado, o índice de atomicidade 1 (este índice geralmente não aparece na formula) para o oxigênio quer dizer que cada molécula da substância água é formada por um átomo do elemento oxigênio. Podemos representar: 1 molécula de água = H2O 35
  • 24. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Após a leitura do texto você já terá condições de resolver os exercícios abaixo. 1) Conceitue matéria, corpo, objeto e substância, citando exemplos. Resolução: Matéria é tudo que tem massa e ocupa lugar no espaço e, portanto tem volume (ex.: cacau); Corpo é uma porção limitada da matéria (ex.: manteiga de cacau) e Objeto é um corpo trabalhado e que tem alguma utilidade (ex.: bombons de chocolate). 2) Classifique as substâncias puras e exemplifique. Resolução: Substâncias puras são: Substâncias puras simples (ex.: gás hélio) e Substâncias puras compostas (ex.: gás amônia). 3) Explique o que é mistura homogênea e exemplifique. Resolução: é quando se mistura duas ou mais substâncias e o aspecto é um só quando observado a olho nu ou com aparelhos de aumento (como um microscópio), ex.: gasolina aditivada (gasolina + álcool). 4) Explique o que é mistura heterogênea e exemplifique. Resolução: é quando se mistura duas ou mais substâncias e o aspecto é diferente quando observado a olho nu ou com aparelhos de aumento (como um microscópio), ex.: água + gasolina. 5) Conceitue átomo Resolução: é a menor partícula que identifica um elemento químico. 6) Explique a estrutura do átomo, segundo o modelo de Rutherford-Bohr. Resolução: comparava a estrutura de um átomo ao do sistema solar, ou seja, os elétrons eram como os planetas que giravam em torno do núcleo. 7) Conceitue elemento químico. Resolução: é o conjunto de átomos com o mesmo número atômico que possuem a mesmas propriedades químicas. 8) Qual a maneira usada para se representar os átomos dos elementos químicos? Resolução: AE Z 9) Conceitue número atômico. Resolução: é o número de prótons existentes no núcleo de um átomo. 10) Estabeleça a diferença entre ânion e cátion? Resolução: cátions são íons que perdem elétrons e ficam carregados positivamente enquanto que ânions ganham elétrons e apresentam cargas opostas a eles. 36
  • 25. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria EXERCÍCIOS RESOLVIDOS: 1) (UEBA) Um sistema formado por água, açúcar dissolvido, álcool comum, limalha de ferro e carvão apresenta: a) 1 fase. b) 2 fases. c) 3 fases d) 4 fases e) 5 fases. Resolução: O sistema citado no enunciado é constituído por 3 fases. Fases 1: água, açúcar e álcool comum Fase 2: limalhas de ferro Fase 3: carvão. 2) (F. Salvador-BA) Assinale verdadeiro(V) ou falso(F) para cada uma das frases abaixo. (V) Todas as substâncias simples ou compostas são formadas por átomos. (F) As misturas homogêneas têm, pelo menos duas fases, ambas sempre no mesmo estado físico. (F) A seqüência CH4, He, O2 e O3 corresponde, respectivamente, aos conceitos de composto, elemento químico, substância simples e substância composta. (F) Toda substância pura constitui um sistema homogêneo. Resolução: A primeira frase é verdadeira. Qualquer espécie de matéria é formada por átomos. A segunda frase é falsa. As misturas homogêneas são monofásicas. A terceira frase é falsa. O3 não é substância composta e sim substância simples. A quarta frase é falsa. O sistema água e gelo, embora seja substância pura, é um sistema heterogêneo. 3) (Mackenzie – SP) O número de substâncias simples com atomicidade par entre as substâncias de formula O3, H2O2, P4, I2, C2H4, CO2 e He é: a) 5 b) 4 c) 3 d) 2 e) 1. 37
  • 26. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria Resolução P4 e I2 são substâncias simples com atomicidades respectivamente 4 e 2, números pares. Portanto a alternativa correta é a d. 4) Considere um átomo do elemento químico bromo, possuidor de 35 prótons, 46 nêutrons e 35 elétrons. Escreva a representação correta para esse átomo. Resolução Pelos dados do enunciado temos: Z = 35 A = Z + N0 = 35 + 46 = 81. Elemento químico bromo: símbolo Br Assim, a representação é 8135Br. 5) Escreva a distribuição eletrônica em camadas para 15P3-. Resolução: Inicialmente, devemos distribuir os 15 e− de acordo com o diagrama de Pauling. 15P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 K L M  camada de valência 2 8 5 A seguir, acrescentamos 3 e− na camada de valência (camada + externa) 3- 15P 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 K L M  camada de valência 2 8 8 38
  • 27. Módulo I – Unidade 1: Estrutura da Matéria AGORA É COM VOCÊS: 6) As figuras representam as misturas de óleo com água e de álcool com água. Assinale a alternativa correta. a) Alcool e água em A, correspondendo o alcool a fase 2. Recipiente A Recipiente B b) Oleo e água em B. fase 1 c) Alcool e água em A, correspondendo a água a fase 1. fase 2 d) Oleo em água em A, correspondendo o oleo a fase1. e) Oleo e água em A, correspondendo o oleo a fase 2. 7) (Funest – SP) Ar, iodo, gás carbônico, latão, naftalina, ouro 18 quilates. Se esses materiais forem classificados em substâncias puras e misturas, pertencerão ao grupo das substâncias puras: a) ar, gás carbônico e latão. b) iodo,ouro 18 quilates e naftaleno c) gás carbônico, latão e iodo d) ar, ouro 18 quilates e naftaleno e) gás carbônico, iodo e naftaleno 8) Qual o número de massa e o número atômico de um átomo constituído de 17 prótons, 18 nêutrons e 17 elétrons? Resolução: Z = p+ = 17; A = N0 + p+= 18 + 17 = 35. 9) Escreva as configurações eletrônicas para: a) cada um dos átomos 17Cℓ, 12Mg, 10Ne. Resolução: 10Ne : 1s2 2s2 2p6; 12Mg : 1s2 2s2 2p6 3s2 ou [Ne] 3s2; 17Cℓ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 ou [Ne] 3s2 3p5 b) cada um dos íons 17Cℓ-, 19K+, 13Aℓ3+ Resolução: 17Cℓ- : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ou [Ne] 3s2 3p6 ou [Ar]; 19K+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ou [Ne] 3s2 3p6 ou [Ar]; 13Aℓ3+ : 1s2 2s2 2p6 ou [Ne]; 10) A corrosão de materiais de ferro envolve a transformação de átomos do metal em íons (ferroso e férrico). Quantos elétrons há no terceiro nível energético do átomo neutro de ferro?(Z=26). 3º nível mais energético = camada L→ 8 elétrons. Resolução: 26Fe : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 39