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Química10
Massa e tamanho dos átomos
Raquel Antunes
Massa e tamanho dos
átomos
I. Ordens de grandeza e Escalas de comprimento
II. Dimensões à escala atómica
III. Massa isotópica e Massa atómica relativa média
IV. Quantidade de matéria e Massa Molar
V. Fração molar e Fração mássica
2
Ordens de grandeza e escala de comprimento
› Notação Científica
Altura do ser humano 170 cm= 1,7 × 10−2
m
Tamanho da célula de pele 7µm = 7 × 10−6
m
Átomo de berílio 120pm = 1,2 × 10−10m
y x 10p
em que 1 ≤ y < 10 e p é um número inteiro, positivo ou negativo.
3
› Ordem de grandeza
Altura do ser humano 1,7 × 10−2
m; OG= 10−2
Tamanho da célula de pele 7 × 10−6m; OG= 10−5
Átomo de berílio 1,2 × 10−10m; OG= 10−10
Ordens de grandeza e escala de comprimento
y x 10p
em que: y < 3,16  10p ; y > 3,16  10p+1
4
Ordens de grandeza e escala de comprimento
› Múltiplos e Submúltiplos
5
Múltiplos Submúltiplos
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prefixo
Símbolo
do prefixo
Fator
multiplicador
Nome do
prefixo
Símbolo
do prefixo
Fator
multiplicador
giga G 109 micro µ 10-6
mega M 106 nano n 10-9
quilo k 103 pico p 10-12
mili m 10-3
Ordens de grandeza e escala de comprimento
› Nanotecnologia
A nanotecnologia estuda a manipulação da matéria à escala
molecular e atómica. Pequenas mudanças na estrutura da
matéria, de tamanho nanométrico, acarretam significativas
mudanças nas suas caraterísticas químicas e físicas criando
novos materiais.
Aplicações: sensores, células solares na área Aerospacial; filmes
ultrafinos em TIC; tecidos artificiais em Medicina; Energia;
sensores, ecomateriais em Transporte e Ambiente.
6
Dimensões à escala atómica
›Átomo
O átomo é constituído por um
núcleo (nucleões= protões e
neutrões) e por um espaço
grande e vazio onde se
movimentam os eletrões.
O átomo é uma partícula neutra.
Quando cede eletrões
transforma-se num catião (ião de
carga positiva); quando recebe
eletrões forma-se num anião (ião
de carga negativa)
A massa do átomo é aproximada
à massa dos nucleões. A massa
do protão é semelhante ao do
neutrão enquanto que a massa
do eletrão é cerca de 1000x
inferior.
7
Massa isotópica e Massa atómica relativa média
› Representação do átomo/ião
8
Carga
elétrica
Número
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massa
Número
atómico
Símbolo
químico
Massa isotópica e Massa atómica relativa média
› Número Atómico e Massa Atómica
10
22
𝑁𝑒= 10 protões, 10 eletrões, 22-10=12 neutrões;
16
34
𝑆2−= 16 protões, 16+2=18 eletrões, 34-16=18 neutrões;
13
27
𝐴𝑙3+= 13 protões, 13-3=10 eletrões, 27-13 neutrões.
9
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Número de massa (A)= número de neutrões + Z
Massa isotópica e Massa atómica relativa média
› Massa Atómica relativa média
– Pela massa dos isótopos:
– Por referência:
Ar(N)=14 significa que, em média a massa do átomo de azoto
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12
da massa do átomo carbono- 12.
10
Ar(X)=
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Xi- isótopo de X; %- abundância
› Isótopos
Isótopos são átomos com o mesmo número atómico, mas
diferente número de massa.
11
Massa isotópica e Massa atómica relativa média
Massa isotópica e Massa atómica relativa média
› Exemplo:
1. Massa atómica relativa
Ar(Si)=
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100
= 28,085%
2. Interpretar a proximidade do valor da massa atómica relativa do Si com o valor
da massa isotópica do Si-28.
A massa atómica relativa é mais próxima da massa do isótopo Si-28 porque o seu
valor resulta da média ponderada dos isótopos, tendo maior contributo a massa
do isótopo mais abundante (Si-28).
12
Isótopo Massa Isotópica Abundância Relativa %
30
𝑆𝑖 29,973770 3,0921
29
𝑆𝑖 28,976495 4,6858
28
𝑆𝑖 27,976927 92,2232
Massa isotópica e Massa atómica relativa média
› Massa Molecular relativa
› M(𝐻2 𝑂2) = 2 × 1 + 2 × 16 = 34
M(𝐻2 𝑂2) = 34 significa que, em média a massa da molécula de
𝐻2 𝑂2 é 34x superior a
1
12
da massa do átomo carbono- 12.
13
M(𝐴 𝛼 𝐵 𝛽 𝐶 𝛾)=α × 𝐴𝑟 𝐴 + 𝛽 × 𝐴𝑟 𝐵 + 𝛾 × 𝐴𝑟(𝐶)
Quantidade de matéria e Massa molar
› Quantidade de matéria (mol)
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partículas igual ao número de átomos existentes em 12g do
isótopo de carbono-12.
› Número de Avogadro
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14
𝑵 𝑨 =6,022 x 1023
Quantidade de matéria e Massa molar
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N-número de partículas; n-quantidade de matéria (mol); 𝑁𝐴-
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Quantidade de matéria e Massa molar
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16
𝑀 =
𝑚
𝑛
M(𝐴 𝛼 𝐵 𝛽 𝐶 𝛾)=α × 𝐴𝑟 𝐴 + 𝛽 × 𝐴𝑟 𝐵 + 𝛾 × 𝐴𝑟(𝐶)
Quantidade de matéria e Massa molar
› Exemplo
Em 18 g de água existem 6,022 x 1023 moléculas de água.
1. Indique qual é o número de moléculas de água que existe
em 36 g de água.
18g de água ----- 6,022 x 1023 moléculas de água
36g de água ----- x
6,022 x 1023×36
18
= 12,046 x 1023 moléculas de água
17
18
2. Determine o número de átomos que existe em 36 g de água.
𝑀 𝐻2 𝑂 = 2 × 1 + 16 = 18 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑛 =
36
18
= 2𝑚𝑜𝑙
𝑁 = 2 × 6,022 x 1023 = 1,2044 x 1024 moléculas de água
1 molécula de água ----- 3 átomos
1,2044 x 1024 moléculas de água ----- x
x= 3, 64x1024 átomos
19
3. Determine o número de átomos de H e O que existe em 36 g
de água.
1 molécula de água ----- 2 átomos de H
1,2044 x 1024 moléculas de água ----- x
x= 2,4088x1024 átomos de H
1 molécula de água ----- 1 átomo de O
1,2044 x 1024 moléculas de água ----- x
X= 1,2044 x 1024 átomos de O
20
4. Um copo contém 0,0100 mol de cloreto de magnésio (𝑀𝑔𝐶𝑙2).
Quantos iões existem no copo?
1 molécula de 𝑀𝑔𝐶𝑙2 tem 1 ião de 𝑀𝑔2+ e 2 iões de 𝐶𝑙−.
n(𝑀𝑔2+ )=n(𝑀𝑔𝐶𝑙2)=0,0100 mol
n(𝐶𝑙−)=2×n(𝑀𝑔𝐶𝑙2)=0,0200 mol
N(𝑀𝑔2+
) = 0,0100 × 6,022 x 1023 = 6,02 x 1021 iões.
N(𝐶𝑙−
) = 0,0200 × 6,022 x 1023 = 1,20 x 1022 iões.
N(total)= 6,02 x 1021 + 1,20 x 1022= 1,80 x 1022 iões.
Fração Molar e Mássica
› Fração Molar numa mistura
› Fração Mássica numa mistura
A fração mássica pode vir em percentagem 21
22
1. De 28,87 g de uma amostra de ar, 6,72g são de oxigénio, 𝑂2 . Considere que o ar da
amostra é constituído apenas por oxigénio e nitrogénio, 𝑁2.
a) Determine a fração molar de cada componente na amostra de ar.
𝑀 𝑂2 = 2 × 16 = 32 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑀 𝑁2 = 2 × 14 = 28 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑛(𝑂2)=
6,72
32
= 0,21𝑚𝑜𝑙 𝑛(𝑁2)=
(28,87−6,72)
28
= 0,79𝑚𝑜𝑙
𝑥 𝑂2 =
0,21
0,21+0,79
= 0,21 𝑥 𝑁2 =
0,79
0,21+0,79
= 0,79
b) Determine a fração mássica de cada componente na amostra de ar.
𝑤 𝑂2 =
6,72
28,78
= 0,23 𝑤 𝑁2 =
28,78−6,72
28,78
= 0,77
c) Determine a percentagem mássica de azoto
𝑤 𝑁2 =
28,78−6,72
28,78
= 0,77 ×100=77%
Fração Molar e Mássica
› Fração Molar em 𝑨 𝜶 𝑩 𝜷 𝑪 𝜸
› Fração Mássica em 𝑨 𝜶 𝑩 𝜷 𝑪 𝜸
23
𝑥 𝐴 =
𝛼
𝛼 + 𝛽 + 𝛾
𝑤 𝐴 =
𝛼×𝐴𝑟(𝐴)
𝑀𝑟(𝐴 𝛼 𝐵 𝛽 𝐶 𝛾)
×(𝛼 + 𝛽 + 𝛾)
24
1. Segundo o butano de fórmula química 𝐶4 𝐻10.
a) Determina fração mássica de C e H neste hidrocarboneto.
Ar(C)=12 Ar(H)=1
M(𝐶4 𝐻10)= 4×12+10×1= 58
𝑤 𝐶 =
4×12
58
× 14 = 11,59 𝑤 𝐻 =
10×1
58
× 14 = 2,4
11,59+ 2,4= 13,99
b) Determina a fração molar de C e H no mesmo hidrocarboneto
𝑥 𝐶 =
4
4+10
= 0,29 𝑥 𝐻 =
10
4+10
= 0,71
0,29+ 0,71= 1

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Química10: massa e tamanho do átomo

  • 1. Química10 Massa e tamanho dos átomos Raquel Antunes
  • 2. Massa e tamanho dos átomos I. Ordens de grandeza e Escalas de comprimento II. Dimensões à escala atómica III. Massa isotópica e Massa atómica relativa média IV. Quantidade de matéria e Massa Molar V. Fração molar e Fração mássica 2
  • 3. Ordens de grandeza e escala de comprimento › Notação Científica Altura do ser humano 170 cm= 1,7 × 10−2 m Tamanho da célula de pele 7µm = 7 × 10−6 m Átomo de berílio 120pm = 1,2 × 10−10m y x 10p em que 1 ≤ y < 10 e p é um número inteiro, positivo ou negativo. 3
  • 4. › Ordem de grandeza Altura do ser humano 1,7 × 10−2 m; OG= 10−2 Tamanho da célula de pele 7 × 10−6m; OG= 10−5 Átomo de berílio 1,2 × 10−10m; OG= 10−10 Ordens de grandeza e escala de comprimento y x 10p em que: y < 3,16  10p ; y > 3,16  10p+1 4
  • 5. Ordens de grandeza e escala de comprimento › Múltiplos e Submúltiplos 5 Múltiplos Submúltiplos Nome do prefixo Símbolo do prefixo Fator multiplicador Nome do prefixo Símbolo do prefixo Fator multiplicador giga G 109 micro µ 10-6 mega M 106 nano n 10-9 quilo k 103 pico p 10-12 mili m 10-3
  • 6. Ordens de grandeza e escala de comprimento › Nanotecnologia A nanotecnologia estuda a manipulação da matéria à escala molecular e atómica. Pequenas mudanças na estrutura da matéria, de tamanho nanométrico, acarretam significativas mudanças nas suas caraterísticas químicas e físicas criando novos materiais. Aplicações: sensores, células solares na área Aerospacial; filmes ultrafinos em TIC; tecidos artificiais em Medicina; Energia; sensores, ecomateriais em Transporte e Ambiente. 6
  • 7. Dimensões à escala atómica ›Átomo O átomo é constituído por um núcleo (nucleões= protões e neutrões) e por um espaço grande e vazio onde se movimentam os eletrões. O átomo é uma partícula neutra. Quando cede eletrões transforma-se num catião (ião de carga positiva); quando recebe eletrões forma-se num anião (ião de carga negativa) A massa do átomo é aproximada à massa dos nucleões. A massa do protão é semelhante ao do neutrão enquanto que a massa do eletrão é cerca de 1000x inferior. 7
  • 8. Massa isotópica e Massa atómica relativa média › Representação do átomo/ião 8 Carga elétrica Número de massa Número atómico Símbolo químico
  • 9. Massa isotópica e Massa atómica relativa média › Número Atómico e Massa Atómica 10 22 𝑁𝑒= 10 protões, 10 eletrões, 22-10=12 neutrões; 16 34 𝑆2−= 16 protões, 16+2=18 eletrões, 34-16=18 neutrões; 13 27 𝐴𝑙3+= 13 protões, 13-3=10 eletrões, 27-13 neutrões. 9 Número Atómico (Z)= número de protões Número de massa (A)= número de neutrões + Z
  • 10. Massa isotópica e Massa atómica relativa média › Massa Atómica relativa média – Pela massa dos isótopos: – Por referência: Ar(N)=14 significa que, em média a massa do átomo de azoto é 14x superior a 1 12 da massa do átomo carbono- 12. 10 Ar(X)= 𝐴𝑟(𝑋𝑖) × %𝑋𝑖 100 Xi- isótopo de X; %- abundância
  • 11. › Isótopos Isótopos são átomos com o mesmo número atómico, mas diferente número de massa. 11 Massa isotópica e Massa atómica relativa média
  • 12. Massa isotópica e Massa atómica relativa média › Exemplo: 1. Massa atómica relativa Ar(Si)= 29,973770 × 3,0921+28,976495 × 4,6858 + 27,976927 × 92,2232 100 = 28,085% 2. Interpretar a proximidade do valor da massa atómica relativa do Si com o valor da massa isotópica do Si-28. A massa atómica relativa é mais próxima da massa do isótopo Si-28 porque o seu valor resulta da média ponderada dos isótopos, tendo maior contributo a massa do isótopo mais abundante (Si-28). 12 Isótopo Massa Isotópica Abundância Relativa % 30 𝑆𝑖 29,973770 3,0921 29 𝑆𝑖 28,976495 4,6858 28 𝑆𝑖 27,976927 92,2232
  • 13. Massa isotópica e Massa atómica relativa média › Massa Molecular relativa › M(𝐻2 𝑂2) = 2 × 1 + 2 × 16 = 34 M(𝐻2 𝑂2) = 34 significa que, em média a massa da molécula de 𝐻2 𝑂2 é 34x superior a 1 12 da massa do átomo carbono- 12. 13 M(𝐴 𝛼 𝐵 𝛽 𝐶 𝛾)=α × 𝐴𝑟 𝐴 + 𝛽 × 𝐴𝑟 𝐵 + 𝛾 × 𝐴𝑟(𝐶)
  • 14. Quantidade de matéria e Massa molar › Quantidade de matéria (mol) É a porção de uma entidade que contém um número de partículas igual ao número de átomos existentes em 12g do isótopo de carbono-12. › Número de Avogadro Numero de partículas existentes numa mol 14 𝑵 𝑨 =6,022 x 1023
  • 15. Quantidade de matéria e Massa molar › Número de partículas 15 𝑁𝐴 = 𝑵 𝒏 𝑁 = 𝑛 × 𝑁𝐴 N-número de partículas; n-quantidade de matéria (mol); 𝑁𝐴- número de Avogadro (mol-1)
  • 16. Quantidade de matéria e Massa molar › Massa Molar (g/mol) Massa de uma mol de substância 16 𝑀 = 𝑚 𝑛 M(𝐴 𝛼 𝐵 𝛽 𝐶 𝛾)=α × 𝐴𝑟 𝐴 + 𝛽 × 𝐴𝑟 𝐵 + 𝛾 × 𝐴𝑟(𝐶)
  • 17. Quantidade de matéria e Massa molar › Exemplo Em 18 g de água existem 6,022 x 1023 moléculas de água. 1. Indique qual é o número de moléculas de água que existe em 36 g de água. 18g de água ----- 6,022 x 1023 moléculas de água 36g de água ----- x 6,022 x 1023×36 18 = 12,046 x 1023 moléculas de água 17
  • 18. 18 2. Determine o número de átomos que existe em 36 g de água. 𝑀 𝐻2 𝑂 = 2 × 1 + 16 = 18 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑛 = 36 18 = 2𝑚𝑜𝑙 𝑁 = 2 × 6,022 x 1023 = 1,2044 x 1024 moléculas de água 1 molécula de água ----- 3 átomos 1,2044 x 1024 moléculas de água ----- x x= 3, 64x1024 átomos
  • 19. 19 3. Determine o número de átomos de H e O que existe em 36 g de água. 1 molécula de água ----- 2 átomos de H 1,2044 x 1024 moléculas de água ----- x x= 2,4088x1024 átomos de H 1 molécula de água ----- 1 átomo de O 1,2044 x 1024 moléculas de água ----- x X= 1,2044 x 1024 átomos de O
  • 20. 20 4. Um copo contém 0,0100 mol de cloreto de magnésio (𝑀𝑔𝐶𝑙2). Quantos iões existem no copo? 1 molécula de 𝑀𝑔𝐶𝑙2 tem 1 ião de 𝑀𝑔2+ e 2 iões de 𝐶𝑙−. n(𝑀𝑔2+ )=n(𝑀𝑔𝐶𝑙2)=0,0100 mol n(𝐶𝑙−)=2×n(𝑀𝑔𝐶𝑙2)=0,0200 mol N(𝑀𝑔2+ ) = 0,0100 × 6,022 x 1023 = 6,02 x 1021 iões. N(𝐶𝑙− ) = 0,0200 × 6,022 x 1023 = 1,20 x 1022 iões. N(total)= 6,02 x 1021 + 1,20 x 1022= 1,80 x 1022 iões.
  • 21. Fração Molar e Mássica › Fração Molar numa mistura › Fração Mássica numa mistura A fração mássica pode vir em percentagem 21
  • 22. 22 1. De 28,87 g de uma amostra de ar, 6,72g são de oxigénio, 𝑂2 . Considere que o ar da amostra é constituído apenas por oxigénio e nitrogénio, 𝑁2. a) Determine a fração molar de cada componente na amostra de ar. 𝑀 𝑂2 = 2 × 16 = 32 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑀 𝑁2 = 2 × 14 = 28 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑛(𝑂2)= 6,72 32 = 0,21𝑚𝑜𝑙 𝑛(𝑁2)= (28,87−6,72) 28 = 0,79𝑚𝑜𝑙 𝑥 𝑂2 = 0,21 0,21+0,79 = 0,21 𝑥 𝑁2 = 0,79 0,21+0,79 = 0,79 b) Determine a fração mássica de cada componente na amostra de ar. 𝑤 𝑂2 = 6,72 28,78 = 0,23 𝑤 𝑁2 = 28,78−6,72 28,78 = 0,77 c) Determine a percentagem mássica de azoto 𝑤 𝑁2 = 28,78−6,72 28,78 = 0,77 ×100=77%
  • 23. Fração Molar e Mássica › Fração Molar em 𝑨 𝜶 𝑩 𝜷 𝑪 𝜸 › Fração Mássica em 𝑨 𝜶 𝑩 𝜷 𝑪 𝜸 23 𝑥 𝐴 = 𝛼 𝛼 + 𝛽 + 𝛾 𝑤 𝐴 = 𝛼×𝐴𝑟(𝐴) 𝑀𝑟(𝐴 𝛼 𝐵 𝛽 𝐶 𝛾) ×(𝛼 + 𝛽 + 𝛾)
  • 24. 24 1. Segundo o butano de fórmula química 𝐶4 𝐻10. a) Determina fração mássica de C e H neste hidrocarboneto. Ar(C)=12 Ar(H)=1 M(𝐶4 𝐻10)= 4×12+10×1= 58 𝑤 𝐶 = 4×12 58 × 14 = 11,59 𝑤 𝐻 = 10×1 58 × 14 = 2,4 11,59+ 2,4= 13,99 b) Determina a fração molar de C e H no mesmo hidrocarboneto 𝑥 𝐶 = 4 4+10 = 0,29 𝑥 𝐻 = 10 4+10 = 0,71 0,29+ 0,71= 1