DESCOBERTA DO ELÉTRON

A existência do elétron foi postulada por G. Johnstone Stoney como uma unidade de carga no campo da eletroquímica. O elétron foi descoberto por Thomson em 1897 no Laboratório Cavendish, da Universidade de Cambridge, enquanto estudava o comportamento dos raios catódicos. Influenciado pelo trabalho de Maxwell e o descobrimento dos raios X.

"O Tubo de Raios catódicos de J.J. Thomson". O tubo de raios catódicos é semelhante ao tubo de imagem de um aparelho de televisão. Partículas carregadas (hoje conhecidas como elétrons) são emitidas por um filamento aquecido em uma das extremidades de um tubo evacuado e aceleradas por uma diferença de potencial elétrico (V). Depois de passarem por uma fenda em um anteparo, formam um feixe estreito. Em seguida, passam por uma região onde existem dois campos cruzados e atingem uma tela fluorescente, onde produzem um ponto luminoso (na televisão os pontos são parte da imagem). As Forças a que o elétron é submetido na região de campos cruzados podem desviá-lo do centro da tela. (como o sentido da deflexão depende do sinal da carga das partículas, thomson foi capaz de provar que as partículas responsáveis pelo ponto luminoso na tela tinham carga negativa). Thomson também afirmou que essas partículas estavam presentes em todas as formas de matéria e também eram mais de 1000 vezes mais leves que o átomo mais leve conhecido (hidrogênio).

Ainda que Stoney haja proposto a existência do elétron, foi Thomson quem descobriu seu caráter de partícula fundamental. Para confirmar a existência do elétron, era necessário medir suas propriedades, em especial a sua carga elétrica. Este objetivo foi alcançado por Millikan, através da célebre experiência da gota de azeite, realizada em 1909.

George Paget Thomson, filho de J.J. Thomson, demonstrou a natureza ondulatória do elétron, provando a dualidade onda-corpúsculo postulada pela mecânica quântica. Esta descoberta lhe valeu o Prémio Nobel de física de 1937.

O spin do elétron foi observado pela primeira vez pela experiência de Stern-Gerlach. Sua carga elétrica pode ser medida diretamente através de um eletrômetro e a corrente gerada pelo seu movimento com um galvanômetro.

DESCOBERTA DO PRÓTON

No interior da ampola de descarga em gases rarefeitos é colocado um cátodo perfurado.
Do cátodo perfurado partem os elétrons ou raios catódicos (representados em vermelho), que se chocam com as moléculas do gás (em azul claro) contido no interior do tubo. Com o choque, as moléculas do gás perdem um ou mais elétrons, originando íons positivos (em azul escuro) que repelidos pelo ânodo, são atraídos pelo cátodo, atravessam os furos e colidem com a parede do tubo de vidro, enquanto os elétrons são atraídos pelo ânodo e ao colidirem com a parede de vidro do tubo produzem fluorescência.
Os raios canais são, na realidade, prótons.

A massa dos raios canais varia de acordo com o gás rarefeito. Assim, quando o gás é o hidrogênio, os raios canais são íons positivos de menor carga e massa, permitindo concluir que a massa dos raios canais depende do tipo do gás rarefeito, contido na ampola.

DESCOBERTA DO NÊUTRON

Num acelerador de partículas subatômicas, a partícula alfa , que é o núlceo do átomo de hélio, com dois prótons e dois nêutrons e número de massa quatro (4), é lançada contra o núcleo do átomo de berílio, com quatro prótons e cinco nêutrons e número de massa nove (9).
Na colisão o átomo de berílio adiciona a partícula alfa e transmuta-se no elemento químico carbono, com seis prótons e sete nêutrons, número de massa treze (13) e que por ser instável, elimina um nêutrons e transmuta-se no carbono estável de número de massa doze (12).

O nêutron eliminado, ao atravessar um campo elétrico, não sofre desvio, permitindo concluir que o nêutron é uma partícula que não possui carga elétrica, mas que possui massa praticamente igual a do próton.

Conceito sobre Átomo

N° Atômico = Z – quantidade de prótons. => Z = Prptons = Elétrons.

N° de Massa = A – Soma das partículas que constituem o átomo.

:. A = Z + N

OBS: o número de elétrons é desconsiderado por ser muito pequeno.

Isótopos: Isótopos são átomos de um elemento químico cujos núcleos têm o mesmo número atômico, ou seja, os isótopos de um certo elemento contêm o mesmo número de prótons designado por “Z”, mas que contém diferentes números de massas atómicas, designadas por “A”. A palavra isótopo, que significa “no mesmo lugar“, vem do fato de que os isótopos se situam no mesmo local na tabela periódica. A diferença nos pesos atómicos resulta de diferenças no número de neutrons nos núcleos atómicos, ou seja, os isótopos são átomos que possuem a mesma quantidade de prótons, mas não a mesma de neutrons. Ex.: O átomo de Hidrogênio possui três formas de isótopos: o Prótio (1 próton sem néutron) o Deutério (1 próton e 1 nêutron) e o Trítio (1 próton e 2 nêutrons). Na nomenclatura científica, os isótopos são designados pelo nome do elemento seguido por um hífen e pelo número de núcleons (prótons e nêutrons) no núcleo atómico (ex: ferro-57, urânio-238, hélio-3). Na forma simbólica, o número de núcleons é escrito como um prefixo subido do símbolo químico (ex: 57Fe, 238U, ³He).

Isóbaros: Isóbaros são átomos de diferentes elementos químicos e, portanto, de diferentes números atômicos (Z), mas que apresentam o mesmo número de massa (A).
Exemplos:

■6C14 (A=14 e Z=6) e 7N14 (A=14 e Z=7)
■18Ar40 (A=40 e Z=18) e 20Ca40 (A=40 e Z=20)

A propriedade de dois ou mais elementos apresentarem o mesmo número de massa é denominada “isobaria“. Observa-se que mesmo os isóbaros apresentando o mesmo número de massa, isso não significa que apresentem exatamente a mesma massa atómica.

Isótonos: Em química, isótonos são átomos que diferem no número atômico (número de prótons) e no número de massa, porém apresentam o mesmo número de nêutrons. Exemplo: O Boro e o Carbono apresentam, cada um, 6 nêutrons:

■Boro: Z=5 e A=11 contém 5 prótons e 6 neutrons
■Carbono: Z=6 e A=12 contém 6 prótons e 6 neutrons
A propriedade entre os átomos de elementos químicos diferentes que apresentam o mesmo número de nêutrons é denominada isotonia.

Distribuição Eletrônica

No modelo Rutherford-Bohr, os elétrons giram ao redor do núcleo em diferentes órbitas. Um conjunto que está a uma mesma distância do núcleo é chamada de Camada Eletrônica.

Núcleo ) ) ) ) ) ) )
K L M N O P Q

■K – Suporta 2 Elétrons
■L – Suporta 8 Elétrons
■M – Suporta 18 Elétrons
■N – Suporta 32 Elétrons
■O – Suporta 32 Elétrons
■P – Suporta 18 Elétrons
■Q – Suporta 2 Elétrons (Alguns livros citam 8, possibilitando a distribuição eletrônica de elementos recém descobertos com número atômico entre 112 e 118 )

Para distribuir os elétrons em camadas eletrônicas, deve-se fazer o seguinte:

Na camada mais próxima ao núcleo, adicionamos o número máximo de elétrons.

■Observação 1: Se, numa camada, o número de elétrons for inferior a seu número máximo, coloca-se nela o número máximo da camada anterior.
■Observação 2: A última camada não pode conter mais que 8 elétrons, os elétrons restantes devem ser colocados na próxima camada.
Vejamos agora o diagrama Linus Pauling:

Os elétrons estão distribuídos em camadas ao redor do núcleo. Admite-se a existência de 7 camadas eletrônicas, designados pelas letras maiúsculas: K,L,M,N,O,P e Q. À medida que as camadas se afastam do núcleo, aumenta a energia dos elétrons nelas localizados. As camadas da eletrosfera representam os níveis de energia da eletrosfera. Assim, as camadas K,L,M,N,O, P e Q constituem os 1º, 2º, 3º, 4º, 5º, 6º e 7º níveis de energia, respectivamente.

Em cada camada ou nível de energia, os elétrons se distribuem em subcamadas ou subníveis de energia, representados pelas letras s,p,d,f, em ordem crescente de energia. O número máximo de elétrons que cabe em cada subcamada, ou subnivel de energia, também foi determinado experimentalmente.

Subnível s p d f Número máximo de elétrons 2 6 10 14

O número de subníveis que constituem cada nível de energia depende do número máximo de elétrons que cabe em cada nível. Assim, como no 1ºnível cabem no máximo 2 elétrons, esse nível apresenta apenas um subnível s, no qual cabem os 2 elétrons. O subnível s do 1º nível de energia é representado por 1s. Como no 2º nível cabem no máximo 8 elétrons, o 2º nível é constituído de um subnível s, no qual cabem no máximo 2 elétrons, e um subnível p, no qual cabem no máximo 6 elétrons. Desse modo, o 2º nível é formado de dois subníveis, representados por 2s e 2p, e assim por diante.

Resumindo:

Nível Camada Nº máximo de elétrons Subníveis conhecidos 1º K 2 1s 2º L 8 2s e 2p 3º M 18 3s, 3p e 3d 4º N 32 4s, 4p, 4d e 4f 5º O 32 5s, 5p, 5d e 5f 6º P 18 6s, 6p e 6d 7º Q 2 (alguns autores admitem até 7s *7p

Linus Gari Pauling (1901-1994), químico americano, elaborou um dispositivo prático que permite colocar todos os subníveis de energia conhecidos em ordem crescente de energia. É o processo das diagonais, denominado diagrama de Pauling, representado a seguir. A ordem crescente de energia dos subníveis é a ordem na seqüência das diagonais.


1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d.

Acompanhe os exemplos de distribuição eletrônica:

1 – Distribuir os elétrons do átomo normal de manganês (Z=25) em ordem de camada.

Solução:

Se Z=25 isto significa que no átomo normal de manganês há 25 elétrons. Aplicando o diagrama de Pauling, teremos:

K – 1s2 L – 2s2 2p6 M – 3s2 3p6 3d5 N – 4s2 4p 4d 4f O – 5s 5p 5d 5f P – 6s 6p 6d Q – 7s 7p

Resposta: K=2; L=8; M=8; N=7

Definições:

Matéria: Tudo aquilo que possui massa e ocupa espaço.

Corpo: Porção limitada da matéria.

Objeto: É uma porção trabalhada da matéria.

Energia: É tudo aquilo que pode modificar a matéria ou anular movimentos, ou ainda, causar sensações pela Lei da Conservação da Matéria e Energia, não podendo ser destruida, mas sim transformada.

Estados da Matéria:

Sólido: Apresenta uma forma rígida e um volume fixo (em uma temperatura estável).

Líquido: Apresenta volume fixo e uma forma variada (geralmente toma a forma do recipiente que o contém).

Gás: Apresenta volume e forma variaveis. É um fluido e tambpem assume a foma do recipiente que o contém.

Toda matéria consiste de pequenas partículas (átomos, moléculas) que estão em constante movimento. Nos sólidos, o arranjo das partículas é compácto, sendo que o único movimento possível é o da vibração. Nos líquidos e gases, os átomos e moléculas podem se mover, e possuem um arranjo ao acaso. Nos gases, há uma maior liberdade entre as partículas. Assim, o aumento na temperatura corresponde à movimentos cada vez mais rápidos entre os átomos e moléculas.
Elemento Químico: Denomina-se elemento químico todos os átomos que possuem o mesmo número de prótons em seu núcleo, ou seja, o mesmo número atômico (Z). O termo elemento químico pode se referir também a uma substância química pura composta por átomos com o mesmo número de prótons em seu núcleo. Este último conceito algumas vezes é chamado de substância elementar, diferindo da primeira definição, mas muitas vezes, o conceito de elemento químico é usado em ambos os casos.

Átomo: Átomo é a menor partícula que ainda caracteriza um elemento químico. Ele apresenta um núcleo com carga positiva (Z é a quantidade de prótons e “E” a carga elementar) que apresenta quase toda sua massa (mais que 99,9%) e Z elétrons determinando o seu tamanho. Até fins do século XIX, era considerado a menor porção em que se poderia dividir a matéria. Mas nas duas últimas décadas daquele século, as descobertas do próton e do elétron revelaram o equívoco dessa idéia. Posteriormente, o reconhecimento do nêutron e de outras partículas subatômicas reforçou a necessidade de revisão do conceito de átomo.

Elétron: O elétron ou electrão, geralmente representado como e-, é uma partícula subatômica que circunda o núcleo atômico, identificada em 1897 pelo inglês John Joseph Thomson. Subatómica e de carga negativa, é o responsável pela criação de campos magnéticos e eléctricos. É o número de electrões de um átomo que define a sua carga, sendo que um número de electrões igual ao número de protões origina uma partícula electricamente neutra. Nas escalas de distâncias dos átomos o comportamento da partícula é regido pela mecânica quântica, segundo a qual os electrões ficam “espalhados” pela maior parte do átomo, numa área denominada “nuvem electrónica”. Por outro lado, o núcleo que comporta a carga positiva do átomo está localizado no centro deste. O elétron, além de interagir com outras partículas pela força electromagnética, também interage pela força nuclear fraca, onde normalmente vem acompanhado do seu neutrino associado. Sua antipartícula é o posítron, com a mesma massa, mas carga positiva.

Nêutron: Um nêutron ou neutrão é um bárion neutro formado por dois quarks down e um quark up. É uma das partículas, junto com o próton, que formam os núcleos atômicos. Fora do núcleo atômico é instável e tem uma vida média de cerca de 15 minutos, emitindo um eletrón e um antineutrino para se converter em um próton. Sua massa é muito similar à do próton. Foi descoberto pelo físico britânico James Chadwick em 1932, que por essa descoberta recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1934. Para saber a quantidade de nêutrons que um átomo possui, basta fazer a subtração entre o número de massa (A) e o número atómico (Z).

Misturas Homogênea e Heterogênea

Homogênea: São aquela que apresentam uma única fase, são completamente uniformes do ponto de vista macroscópico. Ex: Água líquida, leite, álcool e água com sal.

Heterogênia: São aquelas que apresentam mais de uma fase, ou seja, não são uniformes do pontode vista macroscópico. Ex: Água e areia, água e gelo e óleo e água.

Modelos Atômicos

Modelo de Dalton

John Dalton, em 1807, criou um modelo que retomava o antigo conceito dos gregos. Ele imaginou o átomo como uma pequena esfera, com massa definida e propriedades características. Dessa forma, todas as transformações químicas podiam ser explicadas pelo arranjo de átomos. Toda matéria é constituída por átomos. Esses são as menores partículas que a constituem; são indivisíveis e indestrutíveis, e não podem ser transformados em outros, nem mesmo durante os fenômenos químicos. Os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos em massa e se comportam igualmente em transformações químicas. As transformações químicas ocorrem por separação e união de átomos. Isto é, os átomos de uma substância que estão combinados de um certo modo, separam-se, unindo-se novamente de uma outra maneira, formando outras substâncias.

O modelo atômico de Thomson

Entre 1813 e 1834, um cientista chamado Michael Faraday estudou a relação entre as quantidades de materiais em transformações químicas e de eletricidade necessária para realizar essas transformações. Esses estudos evoluíram até que, em 1891, a unidade mais simples de eletricidade foi determinada e denominada elétron. A descoberta de partículas com carga elétrica fez com que o modelo atômico de Dalton ficasse superado. Em 1897, Thomson idealizou um experimento para medir a carga elétrica do elétron. Com base em seu experimento, e considerando o átomo eletricamente neutro (com quantidades iguais de partículas positivas e negativas), ele representou o átomo como uma esfera uniforme, de carga positiva, incrustada de elétrons (partículas negativas). Daí vem o nome do modelo:”pudim de passas”.

O modelo atômico de Rutherford

Em 1908, realizando experiências de bombardeio de lâminas de ouro com partículas alfa (partículas de carga positiva, liberadas por elementos radioativos), Rutherford fez uma importante constatação: a grande maioria das partículas atravessava diretamente a lâmina, algumas sofriam pequenos desvios e outras, em número muito pequeno (uma em cem mil), sofriam grandes desvios em sentido contrário.

A partir dessas observações, Rutherford chegou às seguintes conclusões:

■No átomo existem espaços vazios; a maioria das partículas o atravessava sem sofrer nenhum desvio.
■No centro do átomo existe um núcleo muito pequeno e denso; algumas partículas alfa colidiam com esse núcleo e voltavam, sem atravessar a lâmina.
■O núcleo tem carga elétrica positiva; as partículas alfa que passavam perto dele eram repelidas e, por isso, sofriam desvio em sua trajetória.

Pelo modelo atômico de Rutherford, o átomo é constituído por um núcleo central, dotado de cargas elétricas positivas (prótons), envolvido por uma nuvem de cargas elétricas negativas (elétrons). Rutherford demonstrou, ainda, que praticamente toda a massa do átomo fica concentrada na pequena região do núcleo. Dois anos depois de Rutherford ter criado o seu modelo, o cientista dinamarquês Niels Bohr o completou, criando o que hoje é chamado modelo planetário. Para Bohr, os elétrons giravam em órbitas circulares, ao redor do núcleo. Depois desses, novos estudos foram feitos e novos modelos atômicos foram criados. O modelo que representa o átomo como tendo uma parte central chamado núcleo, contendo prótons e nêutrons, serve para explicar um grande número de observações sobre os materiais.

O modelo atômico de Niels Bohr e a mecânica quântica

O modelo planetário de Niels Bohr foi um grande avanço para a comunidade científica, provando que o átomo não era maciço. Segundo a Teoria Eletromagnética, toda carga elétrica em movimento em torno de outra, perde energia em forma de ondas eletromagnéticas. E justamente por isso tal modelo gerou certo desconforto, pois os elétrons perderiam energia em forma de ondas eletromagnéticas, confinando-se no núcleo, tornando a matéria algo instável. Bohr, que trabalhava com Rutherford, propôs o seguinte modelo: o núcleo contendo os prótons e nêutrons e definiu as órbitas estacionárias, onde o elétron orbitaria o núcleo, sem que perdesse energia. Entre duas órbitas, temos as zonas proibidas de energia, pois só é permitido que o elétron esteja em uma das órbitas. Ao receber um quantum, o elétron salta de órbita, não num movimento contínuo, passando pela área entre as órbitas (daí o nome zona proibida), mas simplesmente desaparecendo de uma órbita e reaparecendo com a quantidade exata de energia. Se um pacote com energia insuficiente para mandar o elétron para órbitas superiores encontrar o elétron, nada ocorre. Mas se um fóton com a energia exata para que o elétron salte para órbitas superiores, ele certamente o fará, depois, devolvendo a energia absorvida em forma de ondas eletromagnéticas.

Propriedades das Substâncias

Propriedades Físicas: Uma propriedade física é, segundo um entendimento inicial, uma propriedade geral, ou seja, que não está ligada em particular a nenhuma substância. Poder-se-ia dar uma noção mesmo que um tanto vaga do que seria uma propriedade física pela seguinte lista: massa, volume, massa específica, índice de refração, etc. A cor, o ponto de fusão, o ponto de ebulição e densidades são exemplos de propriedades fisicas. Uma propriedade física tem a caracteristica de poder ser medida ou observada sem que a composição ou integridade da substancia respectiva seja afetada.

Propriedade Química: Uma propriedade química é uma propriedade qualificada das substâncias, ou seja, varia de substância para substância, seja ela simples (elemento) ou não (composto). Seria por assim dizer uma propriedade acidental e não essencial. Dentro dessa compreensão, as propriedades puramente químicas seriam ligadas à substância, e ligados à aspectos particulares, ao passo que as propriedades físicas seriam, por assim dizer, ligadas aos corpos. Ou seja: a extensões bem definidas de matéria, e relacionadas à aspectos gerais, abrangentes. Limitando-se a essa interpretação, teríamos a massa, o volume, a carga elétrica (propriedades extensivas), a densidade e a constante dielétrica (propriedades intensivas) como propriedades físicas. Já as propriedades químicas seriam a eletronegatividade, eletropositividade, raio atômico, raio iônico, raio covalente e eletroafinidade. Contudo, uma classificação melhor seria; propriedades gerais da matéria e propriedades específicas da matéria. Ainda outra divisão seria a de propriedades intensivas e propriedades extensivas. Também poderia se caracterizar as propriedades como qualitativas ou como quantitativas. Didaticamente, as propriedades físicas remetem ao, por exemplo, ponto de fusão ou ebulição de uma substância, assim como outros determinantes que alterariam sua maneira de reagir sob a ação da temperatura, pressão, etc, já as propriedades químicas são relativas à sua função, são muito importantes na produção de medicamentos, já que existem isômeros que podem alterar as propriedades químicas de um determinado medicamente e causar um efeito indesejável.