A estrutura atômica - UFJF · 2019-04-04 · • O átomo consite de entidades neutras, positivas...
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• O átomo consite de entidades neutras, positivas e negativas
(prótons, elétrons e nêutrons).
• Os prótons e nêutrons estão localizados no núcleo do átomo, que é
pequeno. A maior parte da massa do átomo se deve ao núcleo.
– Pode haver um número variável de nêutrons para o mesmo
número de prótons. Os isótopos têm o mesmo número de
prótons, mas números diferentes de nêutrons.
• Os elétrons estão localizados fora do núcleo. Grande parte do
volume do átomo se deve aos elétrons.
A estrutura atômica
A estrutura atômica
Isótopos, números atômicos e números de massa
• Número atômico (Z) = número de prótons no núcleo.
• Número de massa (A) = número total de núcleons (prótons e
nêutrons).
• Por convenção, para um elemento X, escreve-se AZX.
168O: 8 prótons + 8 nêutrons
• Encontramos o Z na tabela periódica.
A visão moderna da estrutura atômica
Isótopos, números atômicos e números de massa
• Isótopos têm o mesmo Z, porém A é diferente.
16
8O: 8 prótons + 8 nêutrons
178O: 8 prótons + 9 nêutrons
18
8O: 8 prótons + 10 nêutrons
A visão moderna da estrutura atômica
Isótopos, números atômicos e números de massa
11H: 1 próton
2
1H: 1 próton + 1 nêutron Deutério
3
1H: 1 próton + 2 nêutrons Trítio
235
92U: 92 prótons + 143 nêutrons (0,7%)
238
92U: 92 prótons + 146 nêutrons (99,3%)
A visão moderna da estrutura atômica
A escala de massa atômica
• A massa do 12C é 1,992648 x 10-23 g.
• Definimos: a massa de 12C = exatamente 12 u.
• Usando unidades de massa atômica:
1 u = 1,66054 x 10-24 g
1 g = 6,02214 x 1023 u
Pesos atômicos
Massas atômicas médias
• A massa atômica relativa: massas médias dos isótopos:
– O C natural: 98,892 % de 12C + 1,107 % de 13C.
• A massa média do C:
• (0,9893)(12 u) + (0,0107)(13,00335 u) = 12,01 u
• A massa atômica é também conhecida como massa atômica média.
• As massas atômicas médias estão relacionadas na tabela periódica.
Pesos atômicos
O Enxofre é encontrado como uma mistura isotópica composta por:
95,02% de 32S (massa atômica = 31,972 u)
0,75% de 33S (massa atômica = 32,972 u)
4,21% de 34S (massa atômica = 33,968 u)
0,02% de 36S (massa atômica = 35,967 u)
Calcule a massa atômica do enxofre.
Pesos atômicos
Massas atômicas médias Abundância Isotrópica
O Enxofre é encontrado como uma mistura isotópica composta por:
95,02% de 32S (massa atômica = 31,972 u)
0,75% de 33S (massa atômica = 32,972 u)
4,21% de 34S (massa atômica = 33,968 u)
0,02% de 36S (massa atômica = 35,967 u)
Calcule a massa atômica do enxofre:
(0,9502 x 31,972) +
Pesos atômicos
Massas atômicas médias Abundância Isotrópica
O Enxofre é encontrado como uma mistura isotópica composta por:
95,02% de 32S (massa atômica = 31,972 u)
0,75% de 33S (massa atômica = 32,972 u)
4,21% de 34S (massa atômica = 33,968 u)
0,02% de 36S (massa atômica = 35,967 u)
Calcule a massa atômica do enxofre:
(0,9502 x 31,972) + (0,0075 x 32,972) +
Pesos atômicos
Massas atômicas médias Abundância Isotrópica
O Enxofre é encontrado como uma mistura isotópica composta por:
95,02% de 32S (massa atômica = 31,972 u)
0,75% de 33S (massa atômica = 32,972 u)
4,21% de 34S (massa atômica = 33,968 u)
0,02% de 36S (massa atômica = 35,967 u)
Calcule a massa atômica do enxofre:
(0,9502 x 31,972) + (0,0075 x 32,972) + (0,0421 x 33,968) +
Pesos atômicos
Massas atômicas médias Abundância Isotrópica
O Enxofre é encontrado como uma mistura isotópica composta por:
95,02% de 32S (massa atômica = 31,972 u)
0,75% de 33S (massa atômica = 32,972 u)
4,21% de 34S (massa atômica = 33,968 u)
0,02% de 36S (massa atômica = 35,967 u)
Calcule a massa atômica do enxofre:
(0,9502 x 31,972) + (0,0075 x 32,972) + (0,0421 x 33,968) +
+ (0,0002 x 35,967)
Pesos atômicos
Massas atômicas médias Abundância Isotrópica
O Enxofre é encontrado como uma mistura isotópica composta por:
95,02% de 32S (massa atômica = 31,972 u)
0,75% de 33S (massa atômica = 32,972 u)
4,21% de 34S (massa atômica = 33,968 u)
0,02% de 36S (massa atômica = 35,967 u)
Calcule a massa atômica do enxofre:
(0,9502 x 31,972) + (0,0075 x 32,972) + (0,0421 x 33,968) +
+ (0,0002 x 35,967) = 32,06 u
Pesos atômicos
Massas atômicas médias Abundância Isotrópica
O Enxofre é encontrado como uma mistura isotópica composta por:
95,02% de 32S (massa atômica = 31,972 u)
0,75% de 33S (massa atômica = 32,972 u)
4,21% de 34S (massa atômica = 33,968 u)
0,02% de 36S (massa atômica = 35,967 u)
Pesos atômicos
Massas atômicas médias Abundância Isotrópica
(95,02 x 31,972) + (0,75x32,972) + (4,21x33,968) + (0,02x35,967)
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Propriedade periódica dos
elementos
O2(g)
O: [He]2s22p4
S8(s)
S: [Ne]3s23p4
• Em 1800, haviam 31 elementos conhecidos.
• Em 1865, haviam 63 elementos conhecidos.
• Em 2002, haviam 115 elementos conhecidos.
• Como organizar 115 elementos diferentes de forma que possamos
fazer previsões sobre elementos não descobertos?
O desenvolvimento da tabela periódica
• Ordenar os elementos de modo que reflita as tendências nas propriedades químicas e físicas.
• A primeira tentativa (Mendeleev e Meyer) ordenou os elementos em ordem crescente de massa atômica.
• Faltaram alguns elementos nesse esquema.
Exemplo: em 1871, Mendeleev observou que a posição mais adequada para o As seria abaixo do P, e não do Si, o que deixou um elemento faltando abaixo do Si. Ele previu um número de propriedades para este elemento. Em 1886 o Ge foi descoberto. As propriedades do Ge se equiparam bem à previsão de Mendeleev.
O desenvolvimento da tabela periódica
Dimitri Ivanovich Mendeleev
(1834-1907)
Configurações eletrônicas e a tabela periódica
Regra mnemônica para o preenchimento dos orbtiais por elétrons
Comece aqui e siga as setas completando
com o número de elétrons necessários
Subnível s: máximo 2 elétrons
Subnível p: máximo 6 elétrons
Subnível d: máximo 10 elétrons
Subnível f: máximo 14 elétrons
Configurações eletrônicas e a tabela periódica
• A carga nuclear efetiva é a carga nuclear sentida por um elétron
em um átomo polieletrônico.
• A carga nuclear efetiva não é igual à carga no núcleo devido ao
efeito dos elétrons internos.
• Os elétrons estão presos ao núcleo, mas são repelidos pelos
elétrons que os protegem da carga nuclear.
Propriedades periódicas: Carga nuclear efetiva
Carga nuclear efetiva
Elétrons externos
não exercem efeito
algum sobre a carga nuclear
efetiva dos elétrons internos
Núcleo carregado positivamente
Elétron(s) de interesse Elétrons entre os elétrons de interesse
e o núcleo “cancelam” alguma carga
positiva do núcleo: exercem sobre os
elétrons de interesse um efeito de
blindagem da carga nuclear.
• A carga nuclear sofrida por um elétron depende da sua distância do
núcleo e do número de elétrons mais internos.
• Quando aumenta o número de elétrons “protetores” (S), a carga
nuclear efetiva (Zef) diminui.
Zef = Z - S
Carga nuclear efetiva
S (“Shield”, escudo, proteção)
“blindagem”
Carga nuclear efetiva
Zef = Z - S
Li (Z=3): 1s2 2s1 Zef = 3 – 2 = 1
Be (Z = 4): 1s2 2s2 Zef = 4 – 2 = 2
B (Z = 5): 1s2 2s2 2p1 Zef = 5 – 2 = 3
C (Z = 6): 1s2 2s2 2p2 Zef = 6 – 2 = 4
N (Z = 7): 1s2 2s2 2p3 Zef = 7 – 2 = 5
O (Z = 8): 1s2 2s2 2p4 Zef = 8 – 2 = 6
F (Z = 9): 1s2 2s2 2p5 Zef = 9 – 2 = 7
Ne (Z = 10): 1s2 2s2 2p6 Zef = 10 – 2 = 8
Carga nuclear efetiva
Zef = Z - S
N (Z = 7): 1s2 2s2 2p3 Zef = 7 – 2 = 5
P (Z = 15): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 Zef = 15 – 10 = 5
As (Z = 33): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3 Zef = 33 – 28 = 5
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3
Carga nuclear efetiva
Zef = Z - S
N (Z = 7): 1s2 2s2 2p3 Zef = 7 – 2 = 5
P (Z = 15): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 Zef = 15 – 10 = 5
Quem sente a maior carga nuclear efetiva:
um elétron na 2ª camada do N ou um elétron na 2ª camada do P?
N (Z = 7): 1s2 2s2 2p3
P (Z = 15): 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
Os elétrons s têm maior penetração no átomo, portanto, maior
poder de blindagem.