Baixe Apostila de Quimica GEral e outras Notas de aula em PDF para Química, somente na Docsity!
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
QUÍMICA: É A CIÊNCIA DA MATÉRIA E DAS MUDANÇAS QUE ELA
SOFRE!
MATÉRIA: É qualquer coisa que tenha massa e ocupa espaço, ex.: Au, H 2 O, Ag, ar ( mistura de vários gases). Os três estados da matéria mais comuns são: sólido, líquido e gás. Sólido: é uma forma rígida da matéria; Líquido: é uma fluida da matéria que tem uma superfície bem definida; Gás: é uma forma fluida da matéria que ocupa todo o recipiente que a contém. O termo vapor é usado para indicar a forma gasosa de uma substância que normalmente é líquida ou sólida.
Propriedade física: a propriedade física de uma substância é uma característica que pode ser observada ou medida sem mudar a identidade, ex. ponto de fusão, cor, densidade, ponto de ebulição, estados da matéria e outros. Propriedade química: refere-se a habilidade de uma substância de transformar- se em outra substância. ex. o gás H 2 reage com o gás O 2 para produzir H 2 O. O sódio é metal mole, prateado. Não é possível pegá-lo com os dedos nus, pois reage com a umidade da pele e provoca dolorosa queimadura. O Cloro é gás verde-amarelado, venenoso, com odor sufocante. Reação química violenta ocorre quando um pequenino fragmento de sódio é lançado num balão contendo cloro. O metal se inflama, a chama é brilhante e amarela, e forma-se um material pulverulento, branco, cristalino. É muito interessante observar esta reação violenta entre duas substâncias químicas, mas o exame do produto final proporciona surpresa ainda maior. O pó cristalino branco é o cloreto de sódio: o sal de cozinha comum, inofensivo e comestível.
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio Propriedade intensiva: é a que independe do tamanho da amostra, por ex. a temperatura, densidade de uma substância é independente do tamanho da amostra. Propriedade extensiva: depende do tamanho da amostra, por ex. massa e o volume. Energia: uma medida da capacidade de realizar trabalho, ex. a energia necessária para levantar um peso ou para forçar uma corrente elétrica. Existem três formas de energia em química: cinética; potencial e eletromagnética. Medidas de energia são dadas na unidade chamada joule (J) Energia cinética: é a energia que um corpo possui devido ao seu movimento. Energia potencial: é a energia que um corpo possui em função de sua posição. Energia do campo eletromagnético: como energia transportada pelas ondas de rádio, raios X, ondas de luz.
ÁTOMOS, MOLÉCULAS E LIGAÇÕES QUÍMICAS
Um átomo é a menor partícula que pode existir de um elemento.
1)Todos os átomos de um elemento químico são idênticos;
2) Os átomos de diferentes elementos têm massas diferentes;
3) Um composto é uma combinação específica de átomos de mais de um
elemento;
4) Em uma reação química, os átomos não são criados nem destruídos
mas trocam de parceiros para produzir novas substâncias.
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
Dos 116 elementos químicos conhecidos, cerca de 20% não
existe na natureza: foram preparados sinteticamente em
laboratórios. Os elementos químicos podem se combinar e
formar substâncias mais complexas, chamadas de compostos,
que possuem características diferentes dos elementos que o
constitui. Por exemplo, dois átomos do elemento Hidrogênio e
um átomo do elemento Oxigênio podem se combinar e formar
uma molécula de água (H 2 O). A água em nada se assemelha
aos gases oxigênio e hidrogênio
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio ou seja, os núcleos têm o mesmo número de prótons, porém diferentes números de nêutrons.
O oxigênio natural é uma mistura de isótopos; tem 99,759% de oxigênio 16, 0,037% de oxigênio 17 e 0,204% de oxigênio 18.
Símbolos dos Elementos
É conveniente usar símbolos para os átomos dos elementos diferentes. Um símbolo é a sigla com uma ou duas letras que representa um átomo de certo elemento. O símbolo tem uma primeira letra, maiúscula, e uma segunda letra, minúscula.
Os isótopos são caracterizados por número atômico e número de massa bem definida. Representa-se qualquer isótopo pelo símbolo do elemento com o número atômico escrito como índice inferior à esquerda (o número atômico pode ou não ser colocado nesta representação) e o número de massa como índice superior, também à esquerda.
Exemplos:
Elemento oxigênio símbolo: O
Isótopos do elemento oxigênio símbolos: 8 O ou O ; 8 O ou O ; 8 O ou O
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio Peso Atômico
O peso atômico de um elemento químico é expresso em unidade de massa atômico a representa a média ponderal isto é, considera a abundância relativa de todos os isótopos do elemento químico. O Peso atômico pode ser determinado empregando a seguinte equação química:
P.A. = A 1 % 1 + A 2 % 2 + A 3 % 3 + ... An %n 100
ISÓTOPOS: O número total de prótons e nêutrons no núcleo é chamado de número de massa ( A ). Os átomos com mesmo número atômico ( pertencendo ao mesmo elemento químico ) mas com diferente número de massa , são chamados de isótopos de um elemento. Z = p+^ = e- A = p+^ + n °°°° elemento símbolo Z A abundância hidrogênio 1 H 1 1 99, deutério 1 H ou D 1 2 0, trítio 3 H ou t 1 3 * radioativo = vida curta Carbono-12 12 C 6 12 98, Carbono-13 13 C 6 13 1, oxigênio-16 16 O 8 16 99, Neônio-20 20 Ne 10 20 - Neônio-21 21 Ne 10 21 - Neônio-22 22 Ne 10 22 -
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
ORBITAIS ATÔMICOS O orbital atômico é a região do espaço onde é mais provável encontrar um elétron. Ele representa, portanto, a distância em que há maior probabilidade de se encontrar o elétron a partir do núcleo, bem como a forma e a orientação geométrica do espaço ocupado por ele, e também o seu spin. z
x y
z
y
x s p REPRESENTAÇÃO DOS ORBITAIS s e p No preenchimento dos orbitais atômicos, os elétrons ocupam sempre os níveis de mais baixa energia possível. Este é conhecido como “ Princípio de exclusão de Pauli ” em nenhuma orbital atômica poderão existir mais de dois elétrons, e mesmo quando houver dois, eles deverão ter spines opostos.
Níveis das Camadas Subníveis 1 2e-^ s = 2e- 2 8e-^ p = 6e- 3 18e-^ d = 10e- 4 32e-^ f = 14e- 5 32e- 6 18e- 7 2e-
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
Este enunciado pode ser representado por meio do diagrama apresentado a seguir : Diagrama de energia para a determinação da ordem de preenchimento dos orbitais.
1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s
Exemplos da configuração eletrônica de alguns elementos químicos: Elemento N° atômico N° de e- Config. Eletrônica H 1 1 1s^1 He 2 2 1s^2 Li 3 3 1s^2 2s^1 Be 4 4 1s^2 2s^2 Na 11 11 1s^2 2s^2 2p^6 3s^1
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio pelo número quântico l. Por exemplo, se um elétron tem o número quântico principal igual a 3 , os valores possíveis de l são 0, 1 e 2. Dentro da camada M ( n =3) há três espécie de orbitais, cada qual com uma forma diferente na região onde é mais provável encontrar o elétron. As formas desses orbitais serão examinadas mais adiante.
- Embora a energia de um orbital seja determinada principalmente pelo número quântico n , e energia também depende, um tanto, do número quântico l (exceto para o átomo de H e íons hidrogenóides). Para um dado n , a energia do orbital aumenta com o aumento de l.
- Os orbitais com o mesmo n mas diferentes l pertencem a diferentes subcamadas ou subníveis de uma dada camada ou nível.. Os diferentes subníveis são usualmente identificados por letras, conforme o esquema: Letra s p d f g ... l 0 1 2 3 4 ...
- Para identificar um subnível num certo nível, escreve-se o valor do número quântico n da camada seguido pela identificação literal do subnível. Por exemplo, 2 p identifica o subnível com os números quânticos n = 2 e l = 1. 3. Número Quântico Magnético ( ml ) Este número quântico diferencia orbitais com o mesmo n e mesmo l – isto e, com a mesma energia e a mesma forma, mas tendo orientações diferentes no espaço; os valores permitidos são inteiros de – l a + l.
- Para l = 0 (subnível s ), o número quântico permitido ml é apenas 0, isto é, só há um orbital no subnível s.
- Para l = 1 (subnível p ), ml = -1, ou 0 ou + 1; há três orbitais diferentes no subnível p. Esses orbitais têm a mesma forma mas diferentes orientações no
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio espaço. Além disso, cada orbital, num dado subnível, tem a mesma energia. Observe que são 2 l + 1 os orbitais em cada subnível de número quântico l.
4. Número Quântico do Spin ( ms ) Este número quântico refere-se a duas orientações possíveis para o eixo do spin de um elétron; os valores possíveis são +½ e –½. Um elétron comporta-se como se estivesse girando em torno do seu eixo, como a Terra. Este elétron girante provoca cargas elétricas circulantes que, por sua vez, geram campo magnético. O elétron, então, comporta-se como se fosse um pequeno imã, com um pólo norte e um pólo sul.
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
Formas dos Orbitais Atômicos Um orbital s tem forma esférica, embora os detalhes particulares da distribuição de probabilidades dependam do valor de n. A Figura a seguir mostra cortes transversais das representações das distribuições de probabilidade dos orbitais 1 s e 2 s. O sombreado é mais denso onde for maior a probabilidade de o elétron ser encontrado. No caso do orbital 1 s , o elétron é encontrado, com maior probabilidade, nas proximidades do núcleo. O sombreado fica menos denso à medida que à distância até o núcleo aumenta, o que mostra ser menos provável encontrar o elétron nessas regiões. O orbital não termina abruptamente a uma certa distância do núcleo. O átomo, por isso, não tem uma extensão, ou "tamanho", bem definido. Podemos, porém, imaginar um tamanho para o orbital pela fronteira 99%. É de 99% a probabilidade de se encontrar o elétron no espaço limitado por esta fronteira (na figura, a esfera indicada pela circunferência tracejada).
Figura Corte da distribuição de probabilidades dos orbitais s****.
Num orbital 1 s , a distribuição de probabilidade é maior nas vizinhanças do núcleo. Num orbital 2 s , é maior numa casaca esférica um tanto afastada do núcleo.
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
Observe o "tamanho relativo" dos orbitais, indicado pela fronteira de 99%. O orbital 2 s difere, em detalhes, do orbital 1 s. O elétron no orbital 2 s é encontrado, provavelmente, em duas regiões, uma vizinha ao núcleo e outra, uma casca esférica, mais afastada do núcleo. (Há maior probabilidade de o elétron estar nesta casca.) A fronteira de 99% mostra que o orbital 2 s é maior que o orbital 1 s. Os cortes transversais não figuram bastante bem o aspecto tridimensional dos orbitais atômicos 1 s e 2 s. A figura 11 mostra cortes, em perspectiva, que talvez ilustram melhor a tridimensionalidade.
Figura Cortes mostrando a forma esférica dos orbitais s****.
Nos dois diagramas, foi extirpada parte do orbital a fim de se revelarem detalhes da distribuição de probabilidade do elétron neste orbita.
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
São cinco os orbitais d , com formas mais complicadas que as dos orbitais s e p. Elas estão representadas na figura.
Figura Os cinco orbitais 3 d****. Cada orbital é identificado por um índice dxy , que descreve as características matemáticas que possui.
Estrutura Eletrônica dos Átomos Vimos que um elétron num átomo tem quatro números quânticos : n , l , ml , ms. Os três primeiros números quânticos caracterizam o orbital que descreve a região do espaço onde é mais provável estar o elétron; dizemos que o elétron "ocupa" o orbital. O número quântico do spin, ms , descreve a orientação do spin do elétron.
Profa. Márcia Gilmara Marian Vieira Química Geral www.teleduc.univali.br/ materiais apoio
O feixe de átomos de hidrogênio se divide em dois porque o elétron, em cada átomo, se comporta como se fosse diminuto imã que só pode ter duas orientações no campo magnético. O elétron se assemelha a pequena esfera de carga elétrica girante (Figura) e, por isso, tem um campo magnético próprio. O spin do elétron, porém, está sujeito a restrições de caráter quântico sobre as direções possíveis do eixo do spin. As direções resultantes do magnetismo do spin correspondem aos números quânticos do spin, ms = + ½ e ms = - ½.
Figura 1 Representação do spin do elétron.
As duas orientações possíveis do spin estão indicadas nos modelos. Convencionalmente, a direção do spin é a da grande seta sobre o eixo. Os elétrons comportam-se como pequeninos imãs, com pólos norte e sul, como mostra a figura.
