7/23/2019 1º capitulo quimica

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1

Margarida Figueiredo 1

1. INTRODUÇÃO AO ESTUDO DA QUÍMICA

QuímicaQuímicaQuímicaQuímica  AGRONOMIA  AGRONOMIA  AGRONOMIA  AGRONOMIA 

Margarida Figueiredo 2

A Química estuda a matéria e as suas transformações

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Compostas(CO2, SO3)

Matéria

Misturas

Substâncias puras

Homogéneas (soluções)

Heterogéneas

Coloidais

Elementares(H2, O2, O3)

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Margarida Figueiredo 3

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Até agora foram descobertos ou sintetizados muitos tipos de átomos diferentes

(elementos químicos) organizados na Tabela Periódica

Margarida Figueiredo 4

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

A organização dos elementos na Tabela Periódica reflecte a existência desemelhança nas propriedades físicas

Substâncias elementares gasosas a 25º C

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Margarida Figueiredo 5

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A organização dos elementos na Tabela Periódica reflecte também a existência desemelhança nas propriedades químicas

Metais

Metalóides

Não-metais

Margarida Figueiredo 6

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Margarida Figueiredo 7

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Grupo 1A (1) – Metais alcalinos

Grupo 2A (2) – Metais alcalino-terrosos

Grupo 6A (16) – Calcogéneos

Grupo 7A (17) – Halogéneos

Grupo 8A (18) – Gases nobres

Grupo 1B (11) – Grupo dos metais cunháveis (Cu, Ag, Au)

Alguns Grupos importantes

Margarida Figueiredo 8

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Cada linha horizontal é um período

Cada coluna vertical é um grupoCada coluna vertical é um grupo

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Margarida Figueiredo 9

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A que se deve a diversidade nas propriedades das substânciaselementares?

O Bromo é umliquído vermelho

O iodo é um sólido

O Cloro é um gásamarelo-esverdeado

Margarida Figueiredo 10

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

A Razão dessas diferenças deve estar nas entidadesque as constituem: os átomos

Átomo

Núcleo

Nuvemelectrónica

NeutrõesNão tem cargam= 1,67x10-27 kg

ProtõesCarga positivam= 1,67x10-27 kg

ElectrõesCarga negativam= 1,67x10-31kg

Um átomo neutro tem o mesmo numero de electrões e de protões

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Margarida Figueiredo 11

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Número de Massa = Nº de Protões + Nº de Neutrões

Um elemento químico pode ser representadosimbolicamente por

 X  A

 Z 

 X – Símbolo químico do elemento

 A – Número de Massa

Z – Número atómico = Nº de Protões

Margarida Figueiredo 12

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

O16

8  O

17

8  O

18

8

Existem átomos do mesmo elemento químico comdiferente Nº de Massa

Representam isótopos  do elemento Oxigénio

 H 1

1  H 

2

1  H 

3

1

Representam isótopos  do elemento Hidrogénio

Hidrogénio Deutério Trítio

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Margarida Figueiredo 13

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Os átomos podem

Perder electrões formar catiões (iões positivos)

+225

12 Mg

Representa o ião Magnésio

12 protões

10 electrões (12-2)13 neutrões (25-12)

Margarida Figueiredo 14

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Os átomos podem

Ganhar electrões formar aniões (iões negativos)

−

Cl35

17

Representa o ião Cloreto(ião mononegativo)

17 protões

18 electrões (17+1)

18 neutrões (35-17)

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Margarida Figueiredo 15

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Muitos átomos formam iões monoatómicos

Margarida Figueiredo 16

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

−2

3CO

−

3 NO

Os átomos dos diferentes elementos químicos podemtambém formar iões poliatómicos

Ião Nitrato

+

4 NH 

Ião Carbonato   Ião Amónio

Ou moléculas

poliatómicas

diatómicasHeteronucleares –  HBr, HCl

Homonucleares –  N2, F2, O2, I2

Homonucleares –  S8, O3, P4

Heteronucleares –  CO2, SO3

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Margarida Figueiredo 17

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Para compreender o modo como os átomos se ligam énecessário conhecer a sua estrutura.

Ao longo da história da Química o átomo foi descrito pormodelos atómicos diversos.

Actualmente os electrões nos átomos são descritos por um

conjunto de números quânticos que por sua vez constituemsoluções de uma equação fundamental da mecânica quântica: aequação de Schrödinger

Margarida Figueiredo 18

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Cada electrão no átomo é descrito por um conjunto de númerosquânticos:

n – Número quântico principal – n =1,2,3,….

(relacionado com a distância do electrão ao núcleo)

l – Número quântico de momento angular – l =0, 1, 2, …n-1(relacionado com a forma da orbital)

l=0 ( s ) l=1(  p ) l=2( d ) l=3(  f  )

ml – Número quântico magnético – ml = -l, …,0, …+l(relacionado com a orientação no espaço da orbital)

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Margarida Figueiredo 19

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Cada electrão é ainda caracterizado por um 4º número quântico

O número quântico de spin electrónico ms (relacionado com o 

movimento de rotação do electrão)

(ms= +1/2, -1/2)

Dois electrões só podem ocupar a mesma orbital se tiverem nº quânticode spin diferente (electrões emparelhados)

Margarida Figueiredo 20

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Camada ( n ) Subcamada ( l ) Orbital ( ml ) Nº deOrbitais

Nº máximo deelectrões

1 1s  0 1 2

22s  0 1 2

2p  -1,0,+1 3 6

33s  0 1 2

3p  -1,0,+1 3 6

3d  -2,-1,0,+1,+2 5 10

4

4s  0 1 2

4p  -1,0,+1 3 6

4d  -2,-1,0,+1,+2 5 10

4f  -3,-2,-1,0,+1,+2,+3 7 14

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Margarida Figueiredo 21

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Orbital 1s

Orbitais 2p

Margarida Figueiredo 22

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Orbitais 3d

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Margarida Figueiredo 23

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Em átomos monoelectrónicos as orbitais da mesma camada têma mesma energia

Margarida Figueiredo 24

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Em átomos polielectrónicos as orbitais da mesma camada têmdiferentes energiasNestes átomos as diferentes subcamadas numa camada nãotêm a mesma energia

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Margarida Figueiredo 25

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O preenchimento das orbitais obedece a um conjunto de regras

 Princípio de exclusão de Pauli – No mesmo átomo não podemexistir 2 electrões com os 4 nºs quânticos iguais. Se n, l, m l foremiguais Os electrões pertencem à mesma orbital), ms tem que ser diferente (cada orbital pode ter no máximo 2 electrões)

 Regra de Hund – Ao preencher orbitais pertencentes à mesmasubcamada (mesmo l) os electrões são colocados um em cadaorbital, todos com o mesmo spin, só depois se faz oemparelhamento

 Princípio de aufbau – Os electrões são adicionados ao átomo,um de cada vez, até que todos os electrões do átomo estejamdistribuídos

Margarida Figueiredo 26

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

As orbitais são preenchidas por ordem crescente de energia

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Margarida Figueiredo 27

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 H 1

 He2

Podemos representar cada átomo pela sua configuração electrónica

1s

1s1

1s

1s2

 Li3

1s 2s

1s22s1

 Be41s22s2

 B5

1s 2s

1s 2s

1s22s22p1

2px 2py 2pz

Margarida Figueiredo 28

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

C 6

 N 7

Podemos representar cada átomo pela sua configuração electrónica

1s

1s

1s 2s

1s22s22p4O8

1s22s22p5

 Ne10

1s 2s

1s 2s

1s22s22p6

2px 2py 2pz

2px 2py 2pz

1s22s22p2

1s22s22p3

2px 2py 2pz

2px 2py 2pz

2s

2s

F 9

2px 2py 2pz

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Margarida Figueiredo 29

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Em alternativa, a configuração eletrónica de um átomo podeescrever-se com base na configuração eletrónica do gás nobre

de número atómico inferior

1s22s22p63s23p3 = [Ne] 3s23p3

Camadas internasou CERNE

Margarida Figueiredo 30

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Existem contudo algumas excepções que não seguema ordem de preenchimento das orbitais

[Ar]4s13d5Cr 

24[Ar]4s23d4

Cu29

[Ar]4s23d9 [Ar]4s13d104s 3d3d 4s

4s4s

3d3d

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Margarida Figueiredo 31

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

São particularmente estáveis em termos energéticos

as configurações electrónicas com todas as orbitais

do mesmo nível completamente semi-preenchidas ou

completamente preenchidas

Margarida Figueiredo 32

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

A partir da configuração electrónica de um elementopodemos saber a sua localização na Tabela Periódica

1s22s22p63s23p3

Nº de electrões devalência indica o

GRUPO

Última camadacom electrões

indica oPERÍODO

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Margarida Figueiredo 33

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Podemos localizar um elemento na Tabela Periódica através do tipo deorbital que os seus átomos têm em preenchimento

Margarida Figueiredo 34

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Na notação de Lewis estão apenas representados os electrões devalência (electrões da última camada) 

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Margarida Figueiredo 35

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Tendências periódicas dos elementos

O Tamanho dos átomos

RAIO ATÓMICOmetade da distância entre dois

átomos adjacentes numamolécula

Margarida Figueiredo 36

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Variação do tamanho dos átomos ao longo da Tabela Periódica

   O   R   A   I   O   A   T    Ó   M   I   C   O   A   U

   M   E   N   T   A   A   O

   L   O   N   G   O   D   E   C   A   D   A

   G   R   U   P   O

   O   R   A   I   O   A   T    Ó

   M   I   C   O

   D   I   M   I   N   U   I   A   O

   L   O   N   G   O

   D   E   C   A   D   A   P   E   R    Í   O   D   O

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Margarida Figueiredo 37

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Essa tendência verifica-se também de um modo geral no tamanho dosiões

Margarida Figueiredo 38

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Verificam-se contudo algumas inversões nessa tendência geral

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Margarida Figueiredo 39

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Um Catião é sempre menor do que o átomo a partir do

qual se formou

r (Na+) < r (Na)

Um Anião é sempre maior do que o átomo a partir do

qual se formou

r (F-) > r (F)

Margarida Figueiredo 40

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Em séries isoelectrónicas (grupo de átomos e iões que têm omesmo número de electrões) o tamanho depende da carga

nuclear (número de protões no núcleo) e decresce à medida queo número de protões aumenta

++−− 2

1211109

2

8  Mg Na NeF O

1s22s22p6

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Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

X(g) + 1ª Ei X+(g) + 1e-

Outra das propriedades que apresenta uma variação periódica aolongo da Tabela Periódica é a Energia de Ionização

Energia de Ionização – é a energia necessária para remover o electrãode energia mais elevada de um átomo ou ião no estado gasoso e no seu

estado fundamental

X+

(g) + 2ª Ei X2+

(g) + 1e-

X2+(g) + 3ª Ei X3+

(g) + 1e-

1ªE< 2ªEi<3ªEi

Margarida Figueiredo 42

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Embora existam algumas inversões nessa tendência, regra geral,a 1ª Energia de ionização

Aumenta ao longo de um períodoDiminui ao longo de um grupo

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Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Y(g) + 1e- Y-(g)+ AE

Outra das propriedades que apresenta uma variação periódica aolongo da Tabela Periódica é a Afinidade Electrónica

Afinidade electrónica – é a variação de energia que acompanha a adiçãode um electrão a um átomo gasoso para formar um anião

De todos os elementos da tabela Periódica os do VII grupo são osque apresentam a maior tendência para captar electrões

Margarida Figueiredo 44

Introdução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da QuímicaIntrodução ao estudo da Química

Variação da Afinidade electrónica ao longo da tabela PeriódicaEmbora existam algumas inversões nessa tendência, regra geral,

Aumenta ao longo de um períodoDiminui ao longo de um grupo