ECA-02

ÁTOMOS, MOLÉCULAS E
ÍONS
1 – A TEORIA ATÔMICA DA
MATÉRIA

Aristóteles – Afirmava que a matéria era infinitamente divisível
(continuidade da matéria)

Demócrito (460-370 a.C.) – Ao contrário de Aristóteles, sugeriu
que a matéria era descontínua, ou seja, era composta por
minúsculas partículas que não se dividiam, denominadas
´átomos´ (do grego, indivisível).
Embora a proposta de Demócrito fosse conhecida, prevaleceu
até o início do século XIX a idéia da continuidade da matéria.

Dalton (1766-1844) – Com base em observações experimentais,
o cientista inglês publicou sua teoria atômica. Suas concepções
eram tão fundamentais que permaneceram intactas, em sua
essência, até os dias atuais. Alguns postulados de sua teoria
atômica:
a)
Cada elemento é composto por pequenas partículas denominadas
átomos.
b)
Átomos de mesmo elemento são idênticos entre si, átomos de
elementos diferentes são diferentes entre si (massas diferentes).
c)
Átomos, em uma reação química, não se transformam em outros
tipos de átomos e nem há criação ou destruição deles.
d)
Os compostos se formam quando átomos de dois ou mais
elementos se combinam.

Lei da composição constante: baseada no postulado (d) de
Dalton, afirma que, num dado composto, são constantes as
espécies e os números relativos de átomos.

Lei da conservação da matéria: baseada no postulado (c) de
Dalton, afirma que a massa dos produtos de uma reação química
é igual à massa dos reagentes iniciais.

Lei das proporções múltiplas: quando dois elementos A e B se
combinam, isso ocorre com uma relação constante de massas,
com números inteiros e pequenos.
2 – A DESCOBERTA DA
ESTRUTURA ATÔMICA
2.1 – RAIOS CATÓDICOS E ELÉTRONS

Envolve descarga elétrica em gases rarefeitos, com aplicação de elevada
voltagem, o que provoca radiação nos tubos, chamados de tubos de raios
catódicos.

Na ausência de campo magnético ou elétrico, os raios catódicos avançam
em linha reta.

Na presença de campo elétrico, os raios sofrem um desvio, como se
fossem constituídos por partículas com carga elétrica negativa,
denominadas elétrons.

Na presença de campo magnético, os raios sofrem um desvio, como se
fossem constituídos por partículas com carga elétrica negativa,
denominadas elétrons. São sempre os mesmos, levando à conclusão de
que o elétron era um componente fundamental da matéria.
2.2 – RADIOATIVIDADE

Henri Bequerel – Estudou um minério de urânio, a pechblenda, e
descobriu que havia emissão de radiação de alta energia. O
fenômeno dessa radiação espontânea foi chamado de
radioatividade.

Marie e Pierre Currie – Conseguiram isolar os componentes
radioativos – urânio – da pechblenda.

Raios α – Possuem 5% da velocidade da luz, têm carga positiva
+2 e são considerados núcleos de átomos de hélio.

Raios β – Possuem 95% da velocidade da luz, têm carga
negativa -1 e são equivalentes radioativos dos raios catódicos.

Raios γ – Possuem 100% da velocidade da luz, não têm carga
elétrica e é uma radiação de alta energia, como os raios-X.
2.3 – O ÁTOMO NUCLEADO

Thomson – Sugeriu que o átomo era uma esfera
maciça, de carga +, com elétrons nela incrustados, de
carga -, assim como um ´´pudim de passas´´.

Rutherford – Bombardeou partículas uma folha de ouro
com partículas α. Observou que de cada 10000
partículas bombardeadas, aproximadamente uma era
refletida na direção original. Com isso, concluiu-se que a
massa do átomo estava concentrada numa região muito
pequena, de carga +, denominada núcleo. A outra parte
do átomo seria um grande ´´vazio´´ , denominada
eletrosfera, e por onde os elétrons orbitavam.
3 – CONCEPÇÃO MODERNA DA
ESTRUTURA ATÔMICA

O átomo é constituído basicamente por três partículas
fundamentais: prótons, elétrons e nêutrons, divididos em
núcleo e eletrosfera.

Núcleo – Formado por prótons + nêutrons. É a menor parte
do átomo, mas é onde está concentrada quase toda a
totalidade de sua massa.

Eletrosfera – Constituída por elétrons que orbitam. É a maior
parte em volume do átomo, mas sua massa é quase
insignificante.
MEDIDAS DOS ÁTOMOS

Massa – É muito pequena. O átomo mais pesado tem
massa da ordem de 4 x 10-22 g. Para facilitar a medida
da massa do átomo, adota-se a u.m.a. (unidade de
massa atômica), que equivale a aproximadamente 1,66
x 10-24 g.

Tamanho – Muito pequeno com diâmetro entre 1 x 10-10
m e 5 x 10-10 m. Adota-se para medir seu tamanho o nm
(nanometro), que equivale a 1 x 10-9 m.
Tabela Periódica
À medida que as observações químicas se
acumulava e que a lista dos elementos conhecidos se
expandia, fizeram-se muitas tentativas de descobrir
regularidades no comportamento químico. E essas
tentativas culminaram, em 1869, com a criação da
Classificação Periódica dos Elementos.
Grupo
Semelhanças e
Disposição
A disposição dos elementos na ordem dos
números atômicos crescentes é feita de
modo que os elementos com propriedades
semelhantes fiquem em colunas verticais.
Metais
Não-Metais
Molécula e Compostos
Moleculares
• Uma molécula é um grupo de dois ou
mais átomos ligados.
• Estes átomos comportam-se como
se fossem um corpo único, bem
caracterizado, sendo mantidos
unidos através das ligações
químicas.
Moléculas e Fórmulas Químicas

Muitos elementos são encontrados na natureza sob a forma
molecular (na forma de dois ou mais átomos ligados entre si)

Os elementos que ocorrem normalmente como moléculas
diatômicas são o hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e os
halogênios.

Os compostos constituídos por moléculas são os compostos
moleculares e contêm mais de um tipo de átomo.

A maioria das substâncias moleculares que encontramos é
constituída exclusivamente por não-metais.
Fórmulas Molecular e Empírica

As fórmulas químicas que indicam os números e tipos de
átomos reais numa molécula são as fórmulas moleculares.

As fórmulas que dão somente os números relativos de átomos
de cada tipo numa molécula são as fórmulas empíricas. Os
índices numa fórmula empíricas são sempre os menores
números inteiros que representam a razão entre os átomos.

As fórmulas moleculares fornecem mais informações sobre as
moléculas do que as fórmulas empíricas. Sempre que a
fórmula molecular de um composto for conhecida, é possível
determinar a respectiva fórmula empírica. O inverso não é
verdade, se fornecermos a fórmula empírica de uma
substância não podemos determinar, sem outras informações,
a sua fórmula molecular.
Representação das Moléculas
•
A fórmula molecular de uma substância resume a sua
composição, mas não mostra como é a molécula. Um
outro tipo de fórmula mostra como os átomos se unem.
•
As fórmulas estruturais de uma substância mostram
como se unem os átomos no interior da molécula.
•
Usualmente, uma fórmula estrutural não mostra a
geometria real da molécula (os ângulos reais das
ligações entre átomos). Pode-se, porém, desenhar uma
fórmula estrutural em perspectiva a fim de se propiciar
uma visão tridimensional da molécula.
Os químicos utilizam vários
modelos para visualizar as
moléculas, e dentre eles estão:

Modelos de bolas e varetas:
representam átomos como esferas
e as ligações como varetas.

Modelos moleculares maciços:
mostram a aparência que teriam as
moléculas numa grande ampliação
de escala. Esses modelos
mostram os tamanhos relativos
dos átomos, mas os ângulos entre
as ligações são difíceis de
perceber.
Íons e Compostos Iônicos
•
O núcleo de um átomo fica inalterado num processo químico
comum, mas os átomos podem ganhar ou perder elétrons com
facilidade.
•
Se houver remoção ou adição de elétrons, um átomo neutro se
transforma numa partícula carregada e há formação de um íon.
Um íon com carga positiva é um cátion, enquanto um outro com
carga negativa é um ânion.
•
Além dos íons simples como Na+ e Cl- existem íons
poliatômicos, como NO3- (íon nitrato) e SO42- (íon sulfato). Esses
íons são constituídos por átomos unidos como uma molécula,
mas têm carga líquida positiva ou negativa.
•
As propriedades dos íons são muito diferentes das dos átomos
de onde provêm.
Previsão das Cargas Iônicas
•
Muitos átomos ganham ou perdem elétrons de
modo a ficarem com o mesmo número de
elétrons que o gás nobre que estiver mais
próximo na Classificação Periódica.
•
Os membros da família dos gases nobres são
quimicamente pouco reativos e formam poucos
compostos, devido às suas configurações
eletrônicas serem muito estáveis.
Compostos Iônicos
•
Boa parte da atividade química é fruto da transferência de elétrons
entre as substâncias. Os íons se formam quando um ou mais
elétrons se transferem de um átomo neutro para outro.
•
Um composto iônico é um composto que tem íons como carga
negativa e íons com carga positiva.
•
Em geral, os cátions são íons de metais e os ânions são íons de
não-metais. Por isso, os compostos iônicos são, em geral,
combinações de metais e não-metais, como no NaCl.
•
Em contraste com isso, os compostos moleculares são, em geral,
constituídos exclusivamente por não-metais, com na H2O.
•
Os compostos químicos são sempre eletricamente neutros. Assim,
os íons num composto iônico combinam-se numa razão tal que a
carga positiva total é exatamente igual à carga negativa total.