Átomos, Moléculas e Iões
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Química Aplicada ao Ambiente CET: ESTTQA-TMR1 Átomos, moléculas e iões: relações mássicas Valentim M B Nunes Unidade Departamental de Engenharias Instituto Politécnico de Tomar, Fevereiro,2014 Estrutura atómica Com base na teoria atómica de Dalton, um átomo pode ser definido como a unidade básica de um elemento, que pode entrar numa combinação química. Com base em sucessivas descobertas ao longo do século XX foi possível demonstrar que os átomos possuem uma estrutura interna. Um átomo consiste num pequeno núcleo, onde se encontram os protões e os neutrões, rodeado por uma “nuvem” de electrões. berlinde Partículas subatómicas Existem outras partículas subatómicas, mas o protão, o electrão e o neutrão são as três partículas fundamentais em química. Uma característica fundamental destas partículas é a sua massa e carga. Partícula Massa (g) Carga (C) Unidades de carga Electrão 9.10938x10-28 -1.6022x10-19 -1 Protão 1.67262x10-24 +1.6022x10-19 +1 Neutrão 1.67493x10-24 0 0 Relações mássicas Os átomos distinguem-se uns dos outros pelo número de protões e neutrões que contêm. O número atómico (Z) de um elemento é o número de protões do átomo desse elemento. Num átomo neutro o número de protões é igual ao número de electrões. O número de massa (A) é o numero total de protões e neutrões existentes no núcleo de um átomo de um dado elemento. número de neutrões A - Z Representação simbólica: A Z X Átomos que têm o mesmo número atómico e mas diferentes números de massa dizem-se isótopos. 1 2 3 1 H 1 235 92 H U 1 238 92 H U Massas atómicas A massa de um átomo é função do número de protões e neutrões. Por convenção internacional , um átomo do isótopo de carbono-12 (que tem 6 protões e 6 neutrões) tem uma massa de exactamente 12 unidades de massa atómica (u.m.a.) 1 u.m.a massa de um átomo de carbono - 12 12 A massa atómica do carbono é 12.01 u.m.a. e não 12.00 u.m.a. As abundâncias naturais do carbono-12 e carbono-13 são 98.89% e 1.11%. Assim a massa atómica média é dada por: massa atómica média 0.9889 12.00 0.011113.00 12.01 Exercício 1: O cobre é utilizado em cabos eléctricos, permutadores de calor, etc. As massas atómicas dos seus dois isótopos estáveis, Cu (69.09%) e Cu (30.91%) são 62.93 63 29 65 29 u.m.a. e 64.9278 u.m.a. Calcular a massa atómica média do cobre. Exercício 2: As massas atómicas dos dois isótopos estáveis do boro, 105 B (19.78%) e (80.22%) são respectivamente 10.0129 u.m.a. e 11.0093 u.m.a. Calcular a massa atómica média do boro. 11 5 B Massa molar dos elementos A unidade para quantidade de matéria do SI (Sistema Internacional) é o mole (mol). É a quantidade de matéria que contém tantas unidades elementares (átomos, moléculas ou quaisquer outras partículas) quantos os átomos de carbono existentes em exactamente 12 g de carbono-12. Esta definição é operacional, pelo que o número de partículas por mole tem de ser determinado experimentalmente. O valor actualmente aceite é: 1 mole 6.022 1023 partículas Este número é designado por número de Avogadro, NA Um mole de átomos de carbono-12 tem uma massa de exactamente 12 g e contem 6.022×1023 átomos. Esta massa é a massa molar (M) do carbono-12. m n M Exercício 3: Quantos moles de magnésio existem em 87.3 g de Mg? Exercício 4: O zinco é um metal utilizado na protecção de estruturas de ferro, impedindo a corrosão. Quantos gramas de Zn existem em 0.356 mol de Zn? Exercício 5: O enxofre é um elemento não metálico que está presente nos combustíveis dando origem ao fenómeno das chuvas ácidas. Quantos átomos de enxofre existem em 16.3 g de S? Moléculas e iões Uma molécula é uma agregado de pelo menos dois átomos ligados de forma precisa por forças químicas: ligação química. Para exprimir a composição das moléculas usamos fórmulas químicas. A fórmula molecular indica o número exacto de cada elemento presente numa molécula: Água: H2O; propano: C3H8; vitamina C: C6H8O6; etc.. Um ião é um átomo ou grupo de átomos que tem uma carga positiva ou negativa. A perda de um ou mais electrões por um átomo neutro origina um catião. Por outro lado, um anião é um ião com carga negativa devido ao aumento do número de electrões. O cloreto de sódio (NaCl), o sal da cozinha, é um composto iónico, porque é formado por catiões e aniões. Fórmulas de compostos iónicos Os compostos iónicos não são formados por unidades elementares. Por exemplo, o NaCl é formado por um número igual de iões Na+ e Cl-. Para escrever a fórmula destes compostos usamos a regra do abraço: o índice do catião é numericamente igual à carga do anião e vice versa. Al3+ + O2Al2O3 Na+ + Cl- NaCl Exercício 6: Escreva a fórmula do nitreto de magnésio contendo os iões Mg2+ e N3Exercício 7: Escreva a fórmula do iodeto de zinco contendo os iões Zn2+ e I- Massa molecular A massa molecular é a soma das massas atómicas (u.m.a.) de todos os átomos de uma molécula. Por exemplo a massa molecular da água é: massa molecular da água 2 1.008 16.00 18.02 u.m.a. A massa molar (em gramas) é numericamente igual à massa molecular (em u.m.a.). Por exemplo, a massa molar da água é M = 18.02 g/mol. Isto significa que 1 mole de água pesa 18.02 g e contem 6.022×1023 moléculas de água. "Encha-se um copo com água cujas moléculas foram marcadas. Deite-se essa água num dos oceanos e deixe-se as moléculas espalharem-se por todos os mares do mundo. Encha-se de novo o copo em qualquer dos mares. Nele estarão cerca das 100 moléculas inicialmente marcadas”. Lord Kelvin. Exercício 8: Calcular a massa molar dos seguintes compostos: a) dióxido de enxofre (SO2); b) vitamina C (C6H8O6); c) FeCl3 Exercício 9: A figura mostra a reacção de síntese do biodiesel. Calcular a massa molar do glicerol e das moléculas de biodiesel se R1 = C12H25, R2=C14H29 e R3=C16H33 ? Exercício 10: O metano (CH4) é o principal constituinte do gás natural. Quantos moles de CH4 existem em 6.07 g de metano? Nomenclatura de compostos Inorgânicos Compostos iónicos: muitos compostos iónicos são binários ou formados apenas por dois elementos. O primeiro elemento nomeado é o anião não-metálico, seguido do catião. O nome do anião obtém-se adicionando a terminação “eto” A terminação em “eto” é também usada para alguns grupos aniónicos com elementos diferentes como o ião cianeto (CN-). Com excepção do ião amónio (NH4+), todos os catiões com interesse derivam de átomos de metais e recebem o nome dos seus elementos. Exemplos: NaCl : cloreto de sódio KBr : brometo de potássio ZnI2 : iodeto de zinco Al2O3 : óxido de alumínio (!) Nomenclatura de compostos Inorgânicos Nomes e fórmulas de alguns catiões e aniões inorgânicos comuns Catião Anião ___________________________________________________________ Amónio, NH4+ Carbonato, CO32Bário, Ba2+ Clorato, ClO3Cádmio, Cd2+ Cloreto, ClCálcio, Ca2+ Cromato, CrO42Memorizar! Césio, Cs+ Dicromato, Cr2O72Chumbo(II), Pb2+ Fluoreto, FCrómio, Cr3+ Hidreto, HCobre(I) ou cuproso, Cu+ Hidrogenocarbonato ou bicarbonato, HCO3Cobre(II) ou cúprico, Cu2+ Iodeto, IFerro(II) ou ferroso, Fe2+ Nitrato, NO3Ferro(III) ou férrico, Fe3+ Nitreto, N3Lítio, Li+ Óxido, O2Potássio, K+ Peróxido, O22Sódio, Na+ Sulfato, SO42Zinco, Zn2+ Sulfureto, S2- Nomenclatura de compostos Inorgânicos Compostos moleculares: Ao contrário dos compostos iónicos, os compostos moleculares contêm unidades moleculares discretas. A nomenclatura de compostos binários é semelhante aos compostos iónicos. Exemplos: HCl : cloreto de hidrogénio; SiC: carboneto de silício Para outros compostos utilizam-se os prefixos gregos para indicar o número de átomos de cada elemento na molécula: Exemplos: CO: monóxido de carbono CO2: dióxido de carbono SO3: trióxido de enxofre PCl3: tricloreto de fósforo Nomenclatura de compostos Inorgânicos Ácidos e Bases: um ácido pode ser descrito como uma substância que liberta iões de hidrogénio, H+, quando dissolvida em água, enquanto uma base pode ser descrita como uma substância que cede iões hidróxido, OH-, quando dissolvida em água. Aniões cujo nome termina em “eto” formam ácidos com uma terminação em “ico” Exemplos: F- ,fluoreto HF, ácido fluorídrico Cl-, cloreto HCl, ácido clorídrico CN-, cianeto HCN, ácido cianídrico Nomenclatura de compostos Inorgânicos Os oxoácidos são ácidos que contêm hidrogénio, oxigénio e um outro elemento. Hidratos: são compostos que possuem um número específico de moléculas de água ligadas a si. Exemplos: BaCl2 ·2H2O MgSO4 ·7 H2O dihidrato de cloreto de bário heptahidrato de sulfato de magnésio Exercício 11: Indicar o nome dos seguintes compostos: a) Na2CrO4; b) K2HPO4; c) HBr (gasoso); d) HBr(em água); e) Li2CO3. Exercício 12: Indicar o nome dos seguintes compostos: a) NH4NO2; b) PF3; c) PF5; d) Al(OH)3; e) Na2CO3.10 H2O Exercício 13: Escrever as fórmulas dos seguintes compostos: a) nitrito de sódio; b) sulfureto de potásssio; c) hidrogenofosfato de cálcio; d) heptafluoreto de iodo ; e) tricloreto de boro. Exercício 14: Escrever as fórmulas dos seguintes compostos: a) cianeto de cobre(I); b) ácido iodrídico; c) fluoreto de estanho(II); d) decasulfureto de tetrafósforo; e) Hexafluoreto de selénio.
