Estrutura Atômica Objetivos • Descrever a estrutura do átomo e definir seus termos fundamentais; • Estudar a evolução histórica do modelo atômico para conhecer os fundamentos da Tabela Periódica Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Átomos e Elementos Para os químicos, o átomo é o tijolo fundamental da construção de nosso universo. Nossa compreensão atual dos átomos, de sua estrutura e de sua função foi possível a partir de muitas experiências, particularmente no século XX. Vários importantes experimentos envolveram a descoberta das partículas do átomo: os elétrons, os prótons e os nêutrons. Aula 2: Estrutura do Átomo. Profa. Adélia Desenvolvimento histórico do conceito de átomo 3 à Leucipo (~ 500 a.C.) e Demócrito de Abdera (~ 400 a.C.): existe um limite para a divisão da matéria, denominado átomo (não divisível) – corpúsculo sólido, compacto, indestrutível e que pode adotar diferente formatos. Diferentes combinações de diferentes átomos dariam origem à variedade das coisas. à Aristóteles (384-322 a.C.): não aceitava o atomismo – matéria contínua e infinitamente divisível e importância dos atributos imateriais. à A negação ao atomismo perdurou até o século XVII, tanto que o apoio ao atomismo chegou a ser considerado herético. Aula 2: Estrutura do Átomo. Profa. Adélia Estrutura Atômica u Grécia Antiga: Alquimistas (400 a.C.) - Matéria consiste de partículas distintas indivisíveis (átomos) - Ausência de evidências experimentais u Teoria Atômica dos Gregos - Em 430 a.C. Leucipo formula a primeira teoria científica sobre a composição da matéria. - Em 400 a.C. Demócrito confirma esta teora de que a matéria é constituída por partículas minúsculas e indivisíveis - Em 300 a.C. Epicuro continua a sustentar a teoria atômica de seus antepassados Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Alquimistas – Idade Média 5 Os árabes aprofundam-se no desenvolvimento da alquimia (Pedra Filosofal e o Elixir da Longa Vida) Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Século XVII – Antoine Lavoisier (1789) 6 Química como ciência quantitativa. Lei da Conservação da Massa 1980 2014 “Na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma” Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Modelo Atômico de Dalton (~1808) 7 Postulados Á TOMO não divisível Maciça Indivisível indestrutível Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Bolinha de Bilhar 1. A Natureza Discreta da Matéria: Um elemento é composto por minúsculas partículas denominadas átomos. Todos os átomos de um determinado elemento químico apresentam as mesmas propriedades. 2. Lei da Conservação de Massa: Átomos de elementos diferentes apresentam propriedades diferentes. Em uma reação química comum, nenhum átomo de qualquer elemento desaparece ou transforma num átomo de outro elemento. 3. Lei da Composição Constante: Compostos são formados pela combinação de átomos de dois ou mais elementos. Em um determinado composto, os números relativos de átomos de um certo tipo são definidos constantes. De um modo geral, estes números relativos podem ser expressos como números inteiros ou frações simples. Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia 8 : O modelo de Dalton apresentava problemas para descrever os seguintes resultados: 9 Átomos eram compostos de cargas elétricas diferentes. Os elétrons eram partículas que constituíam o átomo e tinham uma carga e massa bem definida. Elétrons podiam ser ‘retirados’ e ‘colocados’ nos átomos. • Helmoholtz (1811): Tanto a eletricidade positiva quanto a negativa estão dividida em proporções elementares definidas. • Avogadro (1811), distinguiu o átomo com sendo a menor partícula que pode participar de uma reação química e a menor partícula que pode existir permanentemente. • • Faraday (1832) → Leis da eletrólise. J. J. Thompson (1897) → Descoberta do elétron Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia * 1897: Modelo atômico de Thomson 10 u Descobriu o elétron em 1897 Pudim de passas Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Determinação da Relação cargamassa do elétron (J.J. Thomson) 11 Seus experimentos com raios catódicos levou ao descobrimento dos elétrons e das partículas subatômicas. Thomson utilizu o tubo de raios catódicos en três diferentes experimentos. Aula 2: Estrutura do Átomo. Profa. Adélia 1856-1940 Determinação da Carga do Elétron (Millikan) 12 Uma névoa fina de gotas de óleo é introduzida em uma câmara. As gotas caem na câmara inferior e são ionozadas por um feixe de raios X. Os elétrons se aderem `as gotas de óleo que caem devido a gravidade. O valor da carga do elétron é determinado pelo ajuste da tensão das placas. Aula 2: Estrutura do Átomo. Profa. Adélia Descobertas de Milikan 13 Utilizando este experimento, Millikan determinou que a carga no elétron é 1,60 x 10-19 C. •Conhecendo a proporção carga-massa, 1,76 x 108 C/g, Millikan calculou a massa do elétron: 9,10 x 10-28 g. Com números mais exatos, concluimos que a massa do elétron é 9,10939 x 10-28 g. Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Descoberta do Próton (Eugene Goldstein) 14 Os elétrons colidem com as moléculas de gás neste tubo de raios catódicos com um cátodo perfurado. As moléculas tornam-se positivas e são atraídas ao cátodo negativo. Algumas partículas positivas passam através dos furos e formam um feixe ou “raio”. Assim como os raios catódicos, os raios positivos (raios canais) são defletidos por campos eletromagnéticos, mas de forma menos intensa, pois as partículas positivas são mais pesadas do que os elétrons. Aula 2: Estrutura do Átomo. Profa. Adélia Partículas Subatômicas 15 Prótons, Elétrons e Nêutrons: Desenvolvimento da Estrutura Atômica Eletricidade está envolvida em muitas das experiências a partir das quais a teoria da estrutura atômica foi derivada. • Experimentos de Benjamin Franklin (1706-1790). Radioatividade contribuiu para a evolução das partículas subatômicas. • Experimentos de Henri Becquerel (1852-1908). Descobriu o Urânio (1896); • Experimentos de Marie Curie e colaboradores (1898) isolaram Po e Ra que emitiam raios incomuns quando se desintegram. Aula 2: Estrutura do Átomo. Profa. Adélia Radioatividade Em 1896, o físico Henri Becquerel (1852-1908) descobriu que um minério de urânio emitia raios capazes de escurecer uma placa fotográfica, mesmo se esta estivesse protegida pela luz. Em 1898, Marie Curie isolou o polônio e o rádio e que estes emitiam raios luminosos quando se desintegram. Ela chamou este fenômeno de Radioatividade. Aula 3: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Tipos de Emissões Radioativas Raios (alfa, α), (beta, β) e (gama, γ) de um elemento radioativo são separados pela passagem entre placas eletricamente carregadas. Aula 3: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Características dos Átomos 18 § Elétrons (e): descobertos pela experiência dos raios catódicos. § Carga do elétron: -1,60x10-19C (-1) § Massa do elétron: 9,109382x10-28g § Prótons (Z): descobertos pela experiência dos raios canais. § Carga do elétron: +1,60x10-19C (+1) § Massa do próton: 1,672622x10-24g § Nêutrons (n): descobertos por James Chadwick. § Carga elétrica ZERO (0) e massa 1,674927x10-24g Aula 2: Estrutura do Átomo. Profa. Adélia 1911: Modelo atômico de Rutherford 19 Espalhamento de partículas α por uma fina folha de metal. Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Conclusões de Rutherford 20 Ø O átomo é um GRANDE VAZIO Ø Núcleo : 10.000 a 100.000 vezes menos que o átomo Ø Na região ao redor do núcleo – eletrosfera – estão os elétrons. ! Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia * 1932: Modelo atômico de Rutherford 21 NÚCLEO § Prótons (P): carga + § Nêutrons (N): carga nula ELETROSFERA § Elétrons (e-): carga Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Estrutura Atômica 22 Cátions = íons positivos (p>e) A Z 23 11 11p Na 11e 12n Ânions = íons negativos (e>p) E 23 11 + 11p Na 10e 12n Todo cátion é menor que o seu respectivo átomo neutro. Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Estrutura atômica 23 35 17 35 17p Cl 17e 17p 2 8 7 ─ Cl 17 18n 17p 18e 17p 2 8 8 18n Todo ânion é maior que o seu respectivo átomo neutro. Ø Espécies isoeletrônicas 2- O , 8 + Na , 11 Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia 9 F - , 12 Mg 2+ , 10 Ne 1913: Modelo atômico de Bohr 24 Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia • Bohr: salto de camadas 25 Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia 26 Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Bohr: cores de chama 27 Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Distribuição Eletrônica 28 Exemplos: 26Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 K=2 L=8 M=14 N=2 2+ 26Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 K=2 L=8 M=14 16S 2-­‐ (somam-­‐se 2 elétrons) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 K=2 L=8 M=8 Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia Subníveis: spd f (2, 6, 10, 14 elétrons) Modelo Quântico 29 Natureza ondulatória do elétron Aula 2: Átomos e Elementos. Profa. Adélia