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Viviana Rocha 1
Química tecnológica
Introdução
Viviana Rocha 2
Noções preliminares
Química: O que, Por que e Como? Metodologia Científica Matéria Substâncias Transformações da matéria
Revisão
Viviana Rocha 3
Química: O que, Por que e Como?
Estudo da natureza, das propriedades da composição e das transformações da
matéria
Compreensão dos problemas da sociedade e revertê-los
Viviana Rocha 4
ESTRUTURA DA MATÉRIA
PROPRIEDADES
REAÇÕESTIPOS DE MATERIAIS
INTERAÇÕES
Viviana Rocha 5
Metodologia Científica
Observaçõese dados
Hipóteses ou teoria
LeisExperimentos
Viviana Rocha 6
Conceitos químicos: revisão
Tipos de substâncias:1. Puras: substâncias com composição definida e
características e propriedades físico-químicas definidas;
2. Misturas: Duas ou mais substâncias fisicamente misturadas. As propriedades físico-químicas depende da composição da mesma.
Viviana Rocha 7
Substâncias puras:1. Elementos: substância simples, fundamental e
elementar;
2. Compostos: Constituídos de dois ou mais elementos em uma composição definida.
Misturas:1. Homogêneas: Apresenta uma única fase.
2. Heterogêneas: Apresenta duas ou mais fases.
Conceitos químicos: revisão
Viviana Rocha 8
Matéria
Substâncias puras
Misturas
Misturas heterogêneas
Misturas homogêneas
(soluções)
CompostosElementos
Viviana Rocha 9
Transformações físicas
Viviana Rocha 10
O Plasma (ou quarto estado da matéria) trata-se de um gás ionizado, com átomos ionizados e elétrons (distribuição quase-neutra). Está presente principalmente nas televisões de LCD ou cristal líquido, ou ainda chamadas de "TVs de plasma". Neste estado há uma certa "pastosidade" da substância, que permite uma maior e melhor resposta quando recebe informações decodificadas pelos feixes de luz emitidos pelos componentes da TV.
4º Estado da Matéria: Plasma
Viviana Rocha 11
Transformações Químicas
Queima do carvão:As moléculas iniciais do carvão (reagentes) são quebradas e seus átomos são reagrupados para formar novas moléculas finais (produtos da reação) .
Viviana Rocha 12
Modelos atômicos
Evolução dos modelos atômicos:
- Átomo de Dalton- Átomo de Thomson- Átomo de Rutherford- Átomo moderno- Átomo de Bohr- Modelo atômico atual
Viviana Rocha 13
Pensamento CientíficoPensamento CientíficoPensamento CientíficoPensamento Científico
Limitações desta visão do mundo
Isaac Newton concretizou o sonho de Descartes
Tornar a teoria científica em poder.
Visão mecanicista (Mecânica)
“A natureza funciona como um relógio”
“O mundo é apenas uma máquina”Descartes
“Não há teoria eterna em ciência” - Albert Einstein
Viviana Rocha 14
O átomo Filosófico (450 a.C.)
Por volta de 450 a.C., o filósofo grego Leucipo afirmou que a matéria podia se dividida em partículas cada vez menores até um limite.
Demócrito (470 a.C.-380 a.C.), denominou essa partícula de ÁTOMO (do grego, “indivisível”).
Viviana Rocha 15
O Átomo de Dalton
Toda matéria é composta de partículas fundamentais: os ÁTOMOS
Os átomos são permanentes e indivisíveis, não são criados nem destruídos
Os elementos são caracterizados por seus átomos
As transformações químicas consistem em uma combinação, separação ou rearranjo de átomos
Compostos químicos são formados de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa
Viviana Rocha 16
O Átomo de Dalton
A diferença entre o modelo de Dalton e o modelo filosófico- presença de dados experimentais
John Dalton, físico inglês, em 1803, foi o primeiro modelo atômico elaborado (modelo da bola de bilhar).
Este modelo consegue explicar:
- A Lei da Conservação das massas (Lavoiser)- A Lei da Composição Definida (Proust)
Estímulo ao mundo científico- Química moderna- partículas subatômicas
Viviana Rocha 17
Experiência
Massa da água
decomposta
Massa de hidrogênio obtida
Massa de oxigênio obtida
1º 18g 2g 16g
2º 72g 8g 64g
3º 90g 10g 80g
Lavoiser
Proust
Viviana Rocha 18
Átomo- Modelo de Thomson
Partículas subatômicas:
Fica evidente com os trabalhos de Michel Faraday que a eletricidade era constituída por partículas materiais, hipótese confirmada pelos estudos sobre a capacidade dos gases de conduzir correntes elétricas.
Nas experiências com tubo de Crookes foi possível constatar eletricidade.
Viviana Rocha 19
Raios catódicos
Em 1875, o físico William Crookes idealizou um tubo com dois eletrodos e vácuo quase perfeito (pressão interna aprox. 0,0001 atm). Aplicando uma diferença de potencial entre os eletrodos e tendo um vácuo, ocorria emissão de raio luminoso entre cátodo e ânodo. Ao introduzir-se um objeto no tubo, aparecia uma sombra nítida. Também pode-se constatar que a emissão desse raio sofre desvio ao passar por um campo elétrico.
Viviana Rocha 20
Experimento de Millikan (1908)
Descoberta da carga do elétron: -1,6 x10-19 C
Todos os elétrons são idênticos, isto é, todos têm a mesma massa e carga. Razão carga/massa igual para todos os elétrons.
Viviana Rocha 21
Raios canais
Goldstein demonstrou que, ao perfurar o cátodo de uma ampola de descarga de gás, aparecia uma luminescência por trás do cátodo. Esses raios eram positivos e que sua massa e sua carga dependiam da natureza do gás que ocupava o interior do tubo. A menor massa, obtida com o H, coincidia com a massa do próton, sendo a carga também igual à do próton.
Viviana Rocha 22
Átomo- Modelo de Thomson
Massa fluida positiva, com elétrons (carga negativa) dispersos nesta massa fluida
Pudim de passas
Viviana Rocha 23
Átomo-Modelo de Rutherford
Descoberta da radioatividade, ou seja, que os elementos químicos se degradam em partículas menores
Experimento de Rutherford, Geiger e Mardsen, colocam em dúvida o modelo atômico proposto por Thomson
Viviana Rocha 24
Experimento de Rutherford
Um fluxo de partículas alfa (uma carga positiva) emitidas por um elemento radioativo é bombardeado em uma finíssima lâmina de ouro de aprox. 100 nm de espessura (1nm = 10-9m). Umas poucas se desviavam, pouquíssimas ricocheteavam e a maioria atravessava a lâmina
Viviana Rocha 25
Modelo Planetário
Núcleo carregado positivamente cercado de elétrons em órbitas (região extra nuclear)
Átomo-Modelo de Rutherford
Viviana Rocha 26
J. Chadwick, em 1932, descobriu o nêutron. Rutherford tinha ciência de que os prótons não poderiam compor toda a massa do núcleo
Átomo-Modelo de Rutherford
Viviana Rocha 27
O diâmetro do núcleo < 10 mil vezes que o da eletrosfera;
(Z) – número atômico = o número de prótons que compõem um núcleo.
(A) – número de massa = o número de núcleons (prótons + nêutrons).
Estrutura planetária: Elétron estacionário / Elétron em órbita
Viviana Rocha 28
Thompsom
Rutherford
Dalton
Lavoisier: Lei da conservação das
massas.
Proust: Lei das proporções definidas
Faraday: eletricidade tem
massa.
Tubo de Crookes
Descoberta da radioatividade
Viviana Rocha 29
Vamos pensar sobre os elétrons em átomos?
Existem 2 possibilidades que retratam o estado de movimento de elétrons em um átomo:
1ª possibilidade: O elétron está parado. O núcleo positivo e o elétron com carga positiva, o que você espera que aconteça?
2ª possibilidade: O elétron está em movimento. Considerando também o modelo planetário, ou seja, elétrons em órbitas se movendo ao redor do núcleo. Ocorreria perda de energia?
Viviana Rocha 30
Átomo-Modelo de Bohr
Física clássica era inadequada para explicar a estabilidade do átomo
Niels Bohr, físico dinamarquês, apresentou a primeira tentativa importante para desenvolver um novo modelo atômico não-clássico.
A elucidação da estrutura atômica seria encontrada na natureza da luz emitida pelas substâncias a altas temperaturas ou sob influência de uma descarga elétrica.
Origem da luz:alterações de energia
Viviana Rocha 31
• O primeiro princípio → (estado estacionário)
• O segundo admite apenas certas órbitas possíveis para o elétron ao redor do núcleo
• O terceiro princípio → variações de energia são saltos entre órbitas
Átomo-Modelo de Bohr (1913)
Viviana Rocha 32
Energia Radiante
Espectros de Emissão:
Viviana Rocha 33
Espectro EletromagnéticoEspectro Eletromagnético
Viviana Rocha 34
Energia Radiante
Espectros de Emissão:
Cores do espectro visível
Cor Comprimento de onda Freqüência
vermelho ~ 625-740 nm ~ 480-405 THz
laranja ~ 590-625 nm ~ 510-480 THz
amarelo ~ 565-590 nm ~ 530-510 THz
verde ~ 500-565 nm ~ 600-530 THz
ciano ~ 485-500 nm ~ 620-600 THz
azul ~ 440-485 nm ~ 680-620 THz
violeta ~ 380-440 nm ~ 790-680 THz
Viviana Rocha 35
Espectro EletromagnéticoEspectro Eletromagnético
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Dispersão da luz
Linha espectral - característica de um átomo, produzida pela luz de um comprimento de onda discreta
As séries de linhas mostradas são encontradas na região do visível do espectro e são chamadas de séries de Balmer
Existem outras séries de linhas: Séries de Lyman (ultravioleta) e Séries de Paschen (infravermelho)
Viviana Rocha 37
Espectro descontínuoEspectro de linhas
Viviana Rocha 38
Equação de Rydberg
22
21
111
nnR
n2 > n1
R = 1,0974 x 10-2 nm-1
Séries Lyman n1 = 1 n2 = 2, 3, 4, 5,..., ∞ Séries Balmer n1 = 2 n2 = 2, 3, 4, 5, 6,..., ∞ Séries Paschen n1 = 3 n2 = 3, 4, 5, 6, 7, ..., ∞
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Viviana Rocha 40
Como explicar a cor dos fogos de artifícios?
Viviana Rocha 41
Teste de chama
Viviana Rocha 42
hE fóton
As radiações eletromagnéticas se comportavam como minúsculos pacotes de energia chamados fótons. A energia do fóton é proporcional a frequência da radiação:
hc
E
c
fóton
h= 6,63 x 10-34 j s
Saltos quânticos:
(E2)elétron – (E1)elétron = Efóton
Viviana Rocha 43
O elétron só absorve ou emite um “pacote” de energia denominada quanta.
Átomo de Bohr
Viviana Rocha 44
Átomo de Bohr
Falhas do modelo de Bohr:
Cada nível de energia era uma órbita eletrônica circular onde esta localizado o elétron;
O átomo possui regiões de probabilidade e densidade eletrônica.
Viviana Rocha 45
Átomo- Modelo Moderno
Modelo da mecânica quântica:
• Explica o porquê da quantização da energia eletrônica
• Propriedades atômicas
• Como ocorre as ligações entre átomos
Este modelo apóia-se nos seguintes princípios:
Teoria sobre a dualidade onda-partícula, de Louis De Broglie;
Princípio da incerteza, enunciado por Werner Heisenberg.
Viviana Rocha 46
A dualidade onda-partícula
Partícula ou Onda?
Em 1924, Louis Victor de Broglie estendeu aos elétrons o caráter dualístico da LUZ, como comprovado experimentalmente por Albert Einstein com o Efeito Fotoelétrico.
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Viviana Rocha 48
Louis Victor de Broglie estendeu aos elétrons o caráter dualístico da LUZ, como comprovado experimentalmente por Albert Einstein - Efeito Fotoelétrico.
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Propriedades das ondas
DIFRAÇÃO: espalhamento de ondas quando elas passam por obstáculos ou aberturas comparáveis, em
tamanho, aos seus comprimentos de onda.
Partícula ou Onda?
Viviana Rocha 50
A dualidade onda-partícula
2mcE hE
c
hm
A expressão da energia de qualquer partícula de massa m :
Expressão de Planck (energia de uma onda com frequência, ʋ:
2c
hm
Relação de
De Broglie
Viviana Rocha 51
O Princípio da Incerteza de Heisenberg (1926)
“Quanto mais certeza tivermos quanto a posição do elétron, tanto menor será a precisão com que podemos definir sua
velocidade e vice-versa”
“Quanto mais certeza tivermos quanto a posição do elétron, tanto menor será a precisão com que podemos definir sua
velocidade e vice-versa”
Não é possível localizar com precisão uma partícula se ela se comporta como uma onda
Os cálculos requerem informações precisas sobre a posição e velocidade do elétron.
Viviana Rocha 52
O Modelo atômico atual
Proposto por Erwin Schrödinger, de Broglie e Werner Heisenberg
A mecânica quântica deu origem ao estudo das funções de onda e dos números quânticos, pois o átomo de Schrödinger é um modelo matemático.
A equação de função de onda (Ψ) determina matematicamente a região de máxima probabilidade de se encontrar um elétron no átomo (Equação de Schrödinger)
Viviana Rocha 53
O modelo atômico atual
Os níveis eletrônicos de energia:
Região de máxima probabilidade onde possa estar o elétron.
Esta região é chamada orbital, que correspondem aos estados individuais que podem ser ocupados pelos elétrons no átomo.
Viviana Rocha 54
O que é um orbital atômico?
Viviana Rocha 55
Modelo atômico atual
núcleo
Densidade de probabilidade eletrônica
Viviana Rocha 56
Como se localizar?
Viviana Rocha 57
Números quânticos
1 - Número Quântico Principal (n):
Determina o nível energético principal do elétron, a energia do átomo. Sempre será um número inteiro positivo e diferente de zero.
2- Número Quântico do momento angular (secundário) (l):
Determina o momento angular do elétron. Valores mais altos de l, correspondem a um momento angular maior. Determina a forma da nuvem eletrônica.
Viviana Rocha 58
Números Quânticos
3- Número Quântico Magnético (m)
Determina a orientação de um orbital no espaço.
4- Número Quântico de Spin (s)
Determina o campo magnético intrínseco quando uma partícula carregada gira em torno do seu próprio eixo.
Viviana Rocha 59
Número Quântico de Spin (s)
O número quântico de spin indica a orientação do elétron ao redor do seu próprio eixo. Como existem apenas dois sentidos possíveis, este número quântico assume apenas os valores -1/2 e +1/2, indicando a probabilidade do 50% do elétron estar girando em um sentido ou no outro.
Viviana Rocha 60
Paramagnéticos - são materiais que possuem elétrons desemparelhados e que quando na presença de um campo magnético os mesmos se alinham. Ex: o alumínio, o magnésio, o sulfato de cobre, etc.
Diamagnéticos – são materiais que se colocados na presença de um campo magnético tem seus ímãs elementares orientados no sentido contrário ao sentido do campo magnético aplicado. Ex: o bismuto, o cobre, a prata, o chumbo, etc.
Ferromagnéticos – as substâncias que compõem esse grupo apresentam características bem diferentes dos materiais paramagnéticos e diamagnéticos. Eles se imantam fortemente se colocados na presença de um campo magnético. Ex: ferro, o cobalto, o níquel e as ligas que são formadas por essas substâncias. Os materiais ferromagnéticos são muito utilizados quando se deseja obter campos magnéticos de altas intensidades.
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n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
l = 0, 1, 2, 3 (s, p, d, f)
m = -3, -2, -1, 0, + 1, +2, +3
s = - 1/2; + 1/2
Valores dos Números Quânticos
Princípio de Exclusão de PauliPrincípio de Exclusão de Pauli
“Não existem dois elétrons num átomo que possuam os mesmos valores para todos os números quânticos”.
Cada orbital poderá conter no máximo dois elétrons
Com isso torna-se possível calcular o número máximo de elétrons com cada nível energético principal.2, 8, 18, 32, 32, 18, 2
Viviana Rocha 62
Distribuição Eletrônica Linus Pauling
Regras e princípios gerais para distribuição dos elétrons no átomo:
1. A energia total do elétron é dada por: E = n + l.
2. O elétron, como qualquer sistema da natureza, tende a ocupar as posições de menor energia.
3. Princípios de Exclusão de Pauling – nenhum átomo pode conter elétrons com números quânticos iguais.
4. Regra de Hund – os orbitais são preenchidos parcialmente com elétrons do mesmo spin depois completados com elétrons de spins contrários.
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s
px py pz
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dxy dyz
dx2y2 dz2
dxz
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Questão
Nos conjuntos de quatro números quânticos (n, l, m, s), identifique quais os que não podem existir e explique o porquê:
(a) (4, 2, -1, +1/2)(b) (5, 0, -1, +1/2)(c) (4, 4, -1, +1/2)
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Referências Bibliográficas
- RUSSELL, J.B.; Química Geral. McGraw-Hill - 2ª edição – Vol. I - São Paulo.
- BRADY, J.E.; HUMISTON, G.E.; Química Geral, Livros Técnicos e Científicos. 2ª edição – Vol. I - Rio de Janeiro.
- MAHAN, B. Química: um curso universitário. Edgard Blucher – São Paulo.