Parte II – AS PARTÍCULAS SUBATÔMICAS E ALGUMAS PECU LIARIDADES ATÔMICAS Prof. Ronaldo DS Rodrigues

O modelo atômico de Rutherford nos permite conhecer algumas características dos átomos:

1. Os átomos são divisíveis. 1. Nos átomos prevalece o espaço vazio. 2. Os átomos são formados de prótons, nêutrons e elétrons. 3. Os prótons têm carga positiva (+), os elétrons têm carga negativa (-) e os nêutrons não possuem carga. 4. Os prótons (p +) e os nêutrons (n) localizam-se no núcleo do átomo enquanto que os elétrons (e–) estão na eletrosfera.

Figura 1. O tamanho relativo das partículas subatômicas não está representado

adequadamente por razões pedagógicas.

5. A soma do número de prótons (p+) e de nêutrons (n) corresponde ao número de massa (A) do átomo, uma vez que os elétrons têm massa relativamente desprezível. Assim, o número de massa (A) pode ser expresso pela fórmula: A = p + n. Na Figura 1, o átomo representado possui 3 prótons e 5 nêutrons. Por esse motivo, pode-se afirmar que seu número de massa é igual a 8 pois, A = p + n → A = 3 + 5 → A = 8u

6. Os átomos pertencentes a um mesmo elemento químico possuem o mesmo número de prótons em seu núcleo. Dessa forma, o número de prótons, também chamado de número atômico (símbolo Z), identifica o elemento químico ao qual pertence cada um dos átomos conhecidos. Ex.: Todos os átomos do elemento químico hidrogênio possuem apenas um próton no núcleo.

Figura 2. Representação de dois átomos de hidrogênio.

Considerando que o nº de prótons corresponde ao número atômico Z, a fórmula matemática do número de massa A pode ser reescrita da seguinte forma:

A = Z + n

7. Os átomos com um número diferente de prótons pertencem a elementos químicos diferentes .

Figura 3. O átomo com 3 prótons é um átomo de lítio enquanto que o átomo com apenas

um próton pertence ao elemento químico hidrogênio.

8. Um átomo eletricamente neutro possui o mesmo número de prótons e elétrons (cargas + e – ).

3 prótons: + + + 3 elétrons: – – –

Figura 4. O átomo eletricamente neutro de lítio possui em seu núcleo 3 prótons (3 cargas positivas) e em sua eletrosfera 3 elétrons (3 cargas negativas).

9. Um átomo pode perder um ou mais elétrons passando a ser eletricamente carregado, pois apresentará um número de prótons (+) maior que o número de elétrons ( – ). Nesse caso, torna-se um íon de carga positiva e recebe o nome de cátion .

3 prótons: + + + 2 elétrons: – –

Figura 5. Note que se um átomo de lítio perder um de seus elétrons torna-se um íon , ou

seja, um átomo eletricamente carregado. Neste caso é chamado de cátion, pois apresenta mais carga positiva que negativa (a seta indica a carga em excesso).

10. Se, ao contrário, o átomo ganhar um ou mais elétrons passa a ter um excesso de cargas negativas , pois o número de elétrons (-) será maior que o número de prótons (+). Nesse caso, torna-se um íon e recebe o nome de ânion .

3 prótons: + + + 2 elétrons: – – – –

Figura 6. Note que se um átomo de lítio ganhar um elétron torna-se um íon, ou seja, um átomo eletricamente carregado. Neste caso é chamado de ânion, pois

apresenta mais carga negativa que positiva (a seta indica a carga em excesso).

ISÓTOPOS, MESMO Z E DIFERENTE A

Átomos que pertençam a um mesmo elemento químico possuem o mesmo número de prótons (Z) no núcleo. Todos os átomos do elemento químico Lítio, por exemplo, contém 3 prótons. Entretanto, o número de nêutrons no núcleo pode variar. Existem átomos de Lítio com 3, 4 ou 5 nêutrons!

Apesar de possuírem número diferente de nêutrons, não deixam de ser átomos de Lítio uma vez que todos apresentam mesmo Z. Entretanto, estes átomos vão, por consequência, apresentar diferentes números de massa pelo fato de A = Z + n . No caso dos átomos de Lítio citados acima, seus respectivos A serão 6, 7, e 8. Faça os cálculos e confirme essa informação!

Lítio Z = 3; A = 6 Lítio Z = 3; A = 7 Lítio Z = 3; A = 8 De forma geral podemos então esquematizar os conceitos estudados da seguinte forma:

nº de p + = nº atômico Z átomos de mesmo Z = átomos do mesmo elemento químic o

A = Z + n Átomo neutro: nº de p + = nº de e – Íon (ânion): nº de e – ˃ nº de p +

Íon (cátion): nº de p + ˃ nº de e –

Isótopos: mesmo Z e ≠ A

Parte III – ELEMENTO QUÍMICO, REPRESENTAÇÃO E A TAB ELA PERIÓDICA Prof. Ronaldo DS Rodrigues

Como pode ser facilmente notado, um dos objetivos dos cientistas voltados para o

estudo da natureza, no campo da Química, se resume à investigação da constituição da matéria, ou seja, em vários graus de profundidade, identificar do que essa matéria é feita. Dentro desse projeto, podemos relembrar os trabalhos dos estudiosos do século XVIII que procuravam, por meio de reações de análise (decomposição), identificar as substâncias que formavam os materiais. Graças a trabalhos dessa natureza, Lavoisier propôs o conceito de elemento químico definindo-o como o último termo obtido depois de um completo processo de decomposição de um dado material. Assim, os materiais seriam formados por substâncias que, por sua vez, só representariam um dado elemento químico a partir do momento em que não sofressem mais um processo de decomposição.

Essas noções possibilitaram a Lavoisier propor um princípio de nomenclatura universal para a Química aprimorada pelo químico sueco John Berzelius em 1814. Berzelius defendeu a ideia, ainda válida nos dias atuais, de que cada elemento químico deveria ser representado por um símbolo que corresponderia às letras pertencentes ao seu nome em latim. O zinco , por exemplo, foi representado pelo símbolo Zn. O carbono pelo símbolo C e assim por diante.

Atualmente , entende-se por elemento químico o conjunto de todos os átomos que possuem, em seu núcleo, o mesmo número de próto ns. Este número é chamado de número atômico e é representado pela letra maiúscula Z (Z = n° de prótons = nº atômico). Os elementos químicos conhecidos atualmente estão organizados na chamada Tabela Periódica. Por convenção, os símbolos são acompanhados de informações que dizem respeito à massa, número atômico e carga do átomo que representa. Exemplo:

Átomo genérico

Dessa forma podemos representar os átomos do elemento químico Lítio, ilustrados nas Figuras 4, 5 e 6, respectivamente, da seguinte maneira:

Átomo neutro Cátion Ânion

TABELA PERIÓDICA – A ORGANIZAÇÃO DOS ELEMENTOS

A tabela periódica atual é uma forma de organização dos elementos químicos conhecidos e se baseia na ideia original de um químico russo do século XIX de nome Dimitri Ivanovich Mendeleev. Em sua época, Mendeleev conhecia pouco mais de 60 tipos diferentes de elementos químicos. A grande contribuição de Mendeleev foi organizar esses elementos químicos de acordo com suas propriedades e da reatividade química de alguns de seus óxidos. Ele havia notado que os elementos químicos dispostos dessa maneira compunham uma tabela onde se podia verificar a repetição periódica de determinadas propriedades. Assim, ao dispô-los dessa forma, Mendeleev chegou a prever também a existência e as propriedades de elementos químicos que ninguém conhecia e que foram descobertos anos depois. Foi o caso do Germânio, chamado de eka-silício por Mendeleev, e que foi descoberto somente em 1886.

Propriedades do Germânio

Propriedades Previsão de Mendeleev (1871)

Dados atuais

Massa atômica Densidade

Calor específico Ponto de fusão

Fórmula do óxido

72 5,5 g/cm 3

0,31 J / °C.g Muito elevado

RO2

72,64 5,32 g/cm 3

0,32 J / °C.g 937,4 °C

GeO2

A tabela periódica atual contém 112 elementos químicos reconhecidos pela IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry – União Internacional de Química Pura e Aplicada). Os elementos estão distribuídos em 7 períodos (linhas) e 18 grupos ou famílias (colunas) em ordem crescente de número atômico, da esquerda para a direita. Cada uma das células da tabela indica, normalmente, o nome, o símbolo, o Z e a massa atômica do elemento químico correspondente (veja a tabela completa na última página deste texto). Os elementos que se encontram em um mesmo grupo (colunas que vão de 1 a 18) apresentam propriedades químicas e físicas semelhantes bem como as substâncias por eles formadas. Por este motivo, esses grupos podem também ser chamados de famílias. Grandes conjuntos de elementos químicos são facilmente distinguidos na tabela periódica. Dependendo do objetivo de quem estuda a tabela, estes conjuntos podem ser:

1 – ELEMENTOS REPRESENTATIVOS E METAIS DE TRANSIÇÃO

Os elementos químicos representativos são aqueles pertencentes às famílias 1, 2, 13,14,15,16, 17 e 18 enquanto que os metais de transição pertencem às famílias 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 e 12.

Os metais de transição incluem também os metais de transição interna conhecidos como lantanídeos e actinídeos.

A seguir estarão descritas algumas peculiaridades de algumas dessas famílias.

� GRUPO 1 (ou família 1A na antiga nomenclatura): esta família é também chamada de família dos metais alcalinos . A palavra alcalino deriva do termo álcali que faz referência às cinzas das plantas. Portanto, os metais dessa família podem ser encontrados nas cinzas após o processo de combustão dos vegetais.

� GRUPO 2 (2A): também chamado de família dos metais alcalinos terrosos . O termo terroso advém da alquimia e diz respeito à dificuldades de solubilidade em água.

� GRUPO 16 (6A): conhecido como o grupo dos calcogênios , do grego khalkós, seus elementos podem ser encontrados na calcopirita (minério de cobre), daí esse nome.

� GRUPO 17 (7A): também chamado de grupo dos halogêneos , termo que significa “formador de sais”.

� GRUPO 18 (8A): grupo dos gases nobres, assim chamados pelo fato de se considerar que suas substancias não reagiam com outras substancias quaisquer. Atualmente, sabe-se que os átomos desses elementos químicos podem formar compostos em condições especiais.

2 – METAIS E NÃO-METAIS (AMETAIS)

Os elementos químicos metálicos são ótimos condutores de eletricidade e calor. Também apresentam, em geral, cor prateada e elevados valores de dureza, pontos de fusão e ebulição. Uma exceção é o mercúrio (Hg), o único metal líquido à temperatura e pressão ambiente. Atualmente dentro da tabela periódica pode ser destacado um conjunto de elementos designado pela expressão “outros metais”. Isto se deve ao fato destes elementos químicos apresentarem algumas propriedades intermediárias entre os metais e ametais. Os não-metais (ametais), por outro lado, em geral, não são bons condutores de eletricidade ou calor. Os seres vivos são, predominantemente, formados por ametais.

Na próxima página você pode localizar todos os conjuntos comentados até agora. Bons estudos.

EXERCÍCIOS PARA APRENDER Q1 – a) Analise cada um dos itens abaixo e indique o que se pede:

1. 11Na

2. 11Na1+

Elemento químico: Z A nº de e–

3. 8O2–

4. 26Fe3+ Elemento químico: Z A nº de e–

Q1 – b) Determine o número massa de um átomo que apresente 22 nêutrons e Z igual a 20.

Q1 – c) Determine o número de nêutrons de um átomo de número de massa igual a 35 e que, após receber 1 elétron, passou a ser um ânion com 18 elétrons . Q2 – a) Indique os grupos da tabela periódica que fazem parte dos elementos representativos e que recebem nomes especiais? Que nomes são esses? Q2 – b) Qual metal alcalino possui o maior Z? Q2 – e) O elemento químico ouro é muito valorizado. Indique qual é o seu Z, a qual grupo pertence, se é representativo ou de transição, metal ou ametal. Q3 – Um “hacker” de programas de computador está prestes a violar um arquivo importantíssimo de uma grande multinacional de indústria química. Quando ele violar este arquivo, uma grande quantidade de informações de interesse público poderá ser divulgada. Ao pressionar uma determinada tecla do computador, aparece a figura a seguir e uma mensagem em forma de desafio: “A senha é composta do símbolo de X, seguido do número de elétrons do seu átomo neutro, do símbolo de Y, seguido do seu número atômico, e do símbolo de J, seguido do número total de elétrons desse átomo após ele ter se tornado um ânion pela presença de 3 elétrons”. Acontece que o hacker não entende nada de Química. Será que você pode ajudá-lo?

A senha que o hacker deve digitar é: a) Ca40C12F15. b) Ca20C12F31. c) Ca20C6F15. d) Ca40C12P18. e) Ca20C6P18

Elemento químico: Z A nº de e– Elemento químico: Z A nº de e–

23

23

16

55