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AULA 2 - ATOMÍSTICA A ideia de que a matéria seria composta por partículas bem pequenas, tão pequenas que seria impossíveis enxerga-las a olho nu, surgiu com os filósofos gregos na antiguidade. Leucipo e Demócrito, acreditavam que se pegarmos um pedaço de uma rocha, e através da força, fragmentar, haverá um momento em que estes fragmentos serão tão pequenos, que não mais será possível fragmentá-los. Este fragmento, esta partícula, este estado indivisível da matéria eles o chamaram de átomo. A palavra átomo é de origem Grega e significa indivisível. Anos depois a ciência voltou sua atenção para o estudo destas partículas, o mundo todo voltou sua atenção para o estudo destas partículas, sendo criados verdadeiros modelos, ideias para explicar a composição e estrutura destas partículas fundamentais. Então vamos agora estudar os principais modelos atômicos. 1) MODELOS ATÔMICOS 1.1 - Modelo de John Dalton ( 1766 - 1844) O cientista John dalton, em 1803, propôs uma teoria que explicava as leis da conservação de massa e da composição definida: a chamada Teoria Atômica de dalton . essa teoria, baseada em diversos experimentos, levou à elaboração dos seguintes postulados: 1 . Toda matéria é formada de partículas fundamentais, os átomos . 2 . Os átomos não podem ser criados e nem destruídos, eles são permanentes e indivisíveis . 3 . Um composto químico é formado pela combinação de átomos de dois ou mais elementos em uma razão fixa . 4 . Os átomos de um mesmo elemento são idênticos em todos os aspectos, já os átomos de diferentes elementos possuem propriedades diferentes . Os átomos caracterizam os elementos . 5 . Quando os átomos se combinam para formar um composto, quando se separam ou quando acontece um rearranjo, são indícios de uma transformação química . Resumindo: dalton acreditava que o átomo era uma esfera maciça, homogênea, indestrutível, indivisível e de carga elétrica neutra . Se fizermos uma comparação, o átomo seria semelhante a bola de bilhar . 1.2 - Modelo de Joseph Tomson ( 1856 - 1940) A experiência logo se tornou necessária para o melhor entendimento da estrutura da matéria. Diferente de Dalton, que estava muito preso as ideias gregas, e que não estava errado, pois pra sua época explicou uma serie de fatos com seu modelo, Thomson realizou uma serie de experiências, com os chamados tubos de raios catódicos, ou tubos de Crookes, uma homenagem ao seu criador. Mas o que seria um tubo de Crookes: Este tubo deve abrigar um gás e, basicamente, a função destes tubos é de passar uma corrente elétrica por estes gases. Os antigos egípcios ja sabiam que existia uma relação muito intima entre matéria e eletricidade. Você provavelmente ja brincou de atritar uma caneta ao coro do seu cabelo, e notar como que ela “gruda” na parede, ou atrai um pequeno filete de agua. Se conseguirmos produzir eletricidade na matéria, pensou-se em utilizar a eletricidade para entender melhor a matéria. Assim, Thomson realizou uma serie de experimentos: 1) A primeira coisa que Thomson reparou era que um feixe de luz saia do cátodo, e ia em direção ao cátodo, como a figura acima. 2) Em segundo lugar, Thomson modificou a ampola de Crookes, colocando uma ventoinha, e que ao ligar o sistema, esta percorria em direção ao ânodo, polo positivo. Com isso, ele concluiu que estes feixes possuíam massa, isto é, são partículas. 3) Thomson aplicou um campo elétrico neste feixe, colocando uma placa positiva e negativa em uma posição transversal ao feixe e observou o seguinte: O feixe sofria um desvio em direção a placa positiva, o que o levou a concluir que este feixe possui carga elétrica negativa. 4) Thomson observou que, quando um obstáculo era colocado, a sombra deste obstáculo era projetada. Com isto ele concluiu que estas partículas se propagam em linha reta. Thomson repetiu a experiência muitas vezes, mudando os gases, mudando os eletrodos, e os resultados acima eram sempre os mesmos, o que levou a concluir que esta partícula misteriosa e que possui carga elétrica negativa, pertence a matéria. Esta partícula foi denominada de elétron. Assim, se existe uma parte negativa no átomo deve existir, também, uma parte positiva, o que levou Thomson a sugerir que o átomo era uma nuvem carregada positivamente, onde os elétrons negativos estavam incrustados. Repare que este modelo teórico é semelhante a um pudim de passas, assim o modelo de Thomson é por vezes chamado de modelo do pudim de passas. 1.3 - Modelo de Ernest Rutherford ( 1871 - 1937) O modelo de Thomson foi um divisor de aguas, pois alem de introduzir a experiência, nos estudos da estrutura atômica, foi o primeiro a reconhecer a existência de partículas carregadas eletricamente na estrutura do átomo. Assim, não era mais possível negar a existência de partículas ainda menores que os átomos, e ai Rutherford decidiu colocar o experimento de Thomson a prova. Rutherford decidiu bombardear uma fina camada de ouro com partículas alfa. Estas partículas alfa, são partículas dotadas de carga elétrica positiva, e possuem uma massa considerável. Viajam a cerca de 1/20 da velocidade da luz. Assim, se o átomo fosse como Thomson sugeriu, estas partículas não teriam dificuldade nenhuma de atravessar esta fina lamina de ouro. Para a surpresa de Rutherford, estas partículas sofreram grandes desvios, o que levou a conclusão obvia de que o átomo não era exatamente como Thomson havia proposto. Observando os resultados da experiencia, Rutherford escreveu “ é como se eu realizasse um disparo de uma arma de fogo em uma folha de papel, e o projetil retornasse a mim, ao colidir com o papel”. Repare, na figura que a maioria das partículas atravessam sem sofrerem desvios, mas algumas sofrem desvios absurdamente grandes. Assim,Rutherford entendeu que, como a maioria das partículas alfas atravessavam sem desvio, que o atomo em sua maioria é composto de um espaço vazio, e que a carga positiva nao estava bem distribuída, em uma nuvem, como Thomson havia sugerido, mas estava bem concentrada. Assim, Rutherford escreveu: “ Um átomo é composto por um pequeno núcleo carregado positivamente e rodeado por uma grande eletrosfera, que é uma região envolta do núcleo que contém elétrons. No núcleo está concentrada a carga positiva e a maior parte da massa do átomo.” Rutherford também entendeu que a eletrosfera é a parte negativa do átomo, porque contem partículas negativas, assim, o núcleo é positivo porque deve conter partículas carregadas positivamente. Em estudos posteriores, Rutherford chamou estas partículas de prótons. Mais tarde, em 1932, um cientista inglês chamado James Chadwick também dedicou seus estudos à região positiva do átomo. O fato de o núcleo conter vários prótons extremamente próximos uns dos outros levaria a uma repulsão muito grande e consequentemente a uma enorme instabilidade. Então, a fim de explicar a estabilidade nuclear, Chadwick propôs a existência de partículas neutras que isolam os prótons e evitam as tais forças de repulsão. Essas partículas foram denominadas nêutrons. Note que o modelo de Rutherford para o átomo, é semelhante ao sistema planetário, com o núcleo sendo o sol por analogia, e os elétrons orbitando ao redor, seriam os planetas. Por isso, o modelo de Rutherford é, por vezes, chamado de modelo planetário do átomo. 1.4 - Modelo de Rutherford - Bohr O modelo do “sistema planetário” apresenta dois problemas fundamentais que não foram justificados por Rutherford. Primeiramente, a teoria física clássica prevê que toda carga elétrica em movimento acelerado deve emitir energia e por isso, estando os elétrons acelerados em torno do núcleo, eles deveriam ter suas energias diminuídas continuamentee mais cedo ou mais tarde se chocariam com o núcleo, levando ao colapso da matéria. Além disso, os elétrons não poderiam estar parados no espaço, ja que se assim fosse, nada impediria do nucleo positivo atrair este elétron. Entao como seria a estrutura da eletrosfera? O que estariam fazendo os elétrons? Estas perguntas foram respondidas pelo fisico dinamarques Niels Bohr. A principal função de Bohr era fazer com que o modelo de Rutherford e a fisica classica concordassem, assim ele admitiu que o elétron nao teria uma energia infinita para ir perdendo, perdendo, ate colidir com o núcleo, mas que a energia do elétron era quantizada, quantificada. Os eletrons so podem ter certas quantidades de energia, e estas quantidades estão associadas a posição ocupada por estes elétrons na eletrosfera. A eletrosfera seria compostas por níveis de energia, e que os elétrons poderiam sofrer transições entre estes níveis, liberando ou absorvendo energia. Veja: O modelo de Bohr era completamente revolucionario, porem funcionava apenas para o atomo de hidrogênio. Porem, quando os cientistas tentavam aplicar as ideias aos atomos mais complexos, o modelo falhava drasticamente. Entao os estudos estavam longe de chegarem ao fim. 1.5 - O Modelo de Sommerfield Basicamente, Sommerfield concluiu que alem de níveis de energia, representados pelas orbitas circulares, haviam subsidies de energia, isto é, divisões dos níveis, representados por orbitas elipticas. 2) PRINCIPAIS PARTÍCULAS SUBATÔMICAS Como podemos ver, na evolução dos modelos, uma das principais contribuições foi a descoberta de que o atomo nao é menor partícula da matéria, como um dia acreditamos. Mas que existem partículas menores, prótons, elétrons, e nêutrons. Segue, abaixo, as principais características destas partículas. Repare que a massa de um elétron é muito menor do que a de um próton ou nêutron. São necessários quase 2000 elétrons para igualar a massa de um único próton. 3) CARACTERÍSTICAS ATÔMICAS Dois conceitos que caracterizam os átomos de determinado elemento químico são importantíssimos para o estudo da Química. São eles: 3.1 - Número atômico (Z): Número de prótons presentes no núcleo de um átomo. 3.2 - Número de massa (A): Corresponde a uma aproximação da massa atômica real de um elemento quimico. Parte do principio de que se o átomo é composto, basicamente, de protons, nêutrons, e elétrons, a soma do número de prótons (Z) com o número de nêutrons (N) presentes no núcleo de um átomo. Matematicamente: A = Z + N Note que a massa dos eletrons fica de fora da equação, pois lembre-se que a massa dele é muito menor que a massa dos protons e nêutrons. 3.3 - Representação dos Elementos: Convencionou-se utilizar a notação na qual o número atômico está situado na parte inferior do símbolo do elemento e o número de massa na parte superior. Por exemplo: 16O8 ou 8O16 (Z = 8 caracteriza o elemento oxigênio) 12C8 ou 6C12 (Z = 6 caracteriza o elemento carbono) 4) ÁTOMOS NEUTROS X ÍONS 4.1 - Átomo Neutro O átomo será eletricamente neutro quando o número de prótons positivos for igual ao numero de elétrons negativos . Z = p = e 4.2 - Íons Existem atomos que possuem o numero de protons diferentes do numero de elétrons. Z = p ≠ e Assim, so existem duas possibilidades de íons: a) CÁTIONS: São íons onde o número de prótons é maior que o numero de elétrons, e por isso possuem carga positiva. Exemplo: 12Mg 2+ No cátion magnésio temos 12 prótons e 10 elétrons. b) ÂNIONS: São íons onde o número de elétrons é maior que o numero de prótons, e por isso, possuem carga negativa. Exemplo: 8O2- No ânion oxigenio temos 8 prótons e 10 elétrons MALDADE: Note que saber o numero de protons é muito facil, é só olhar o numero atômico, agora para saber o numero de elétrons, devemos levar em consideração que a carga positiva diz quantos prótons temos a mais em relação ao numero de elétrons, e que a carga negativa diz quantos elétrons temos a mais em relação ao numero de protons. 5 - SEMELHANÇAS ATÔMICAS 5.1 - Átomos Isótopos: Correspondem a atomos de um mesmo elemento químico, um mesmo Z, porem com números de neutrons diferentes. Consequentemente, o numero de massa também sera diferente. 5.2 - Átomos Isóbaros: São átomos de elementos químicos diferentes, isto é, diferentes Z, mas com números de massa(A) iguais. É claro que o número de nêutrons será diferente também. Exemplo: 14C e 14N; 57Fe e 57Co. 5.3 - Átomos Isótonos: São átomos de elementos químicos diferentes, isto é, Z diferentes, mas com números de nêutrons iguais. É claro que o numero de massa (A) será diferente também. Exemplo: 13C e 14N; 37Cl e 40Ca 6) ESTUDO DA ELETROSFERA 6.1 - Níveis ou Camadas de Energia: Conforme estudamos nos modelos atômicos, a maior contribuição de Bohr, foi entender que o elétron só pode possuir certas quantidades de energia, e que estas quantidades estavam associadas ao nível de energia que se encontra o elétron. Estudos demonstram que a eletrosfera é composta por 7 níveis ou camadas de energia . Estas camadas podem ser representadas por numero. Veja: O numero que representa os níveis é chamado de numero quântico principal, e é representado pela letra “n”. Teoricamente o numero de maximo de eletrons que um nível consegue abrigar é dado pela seguinte expressão: numero maximo de eletrons = 2 x n2 Veja: Repare que o número máximo de eletrons é dado pela expressão até o nível 4. Depois não observamos o valor dado pela expressão. Não é que a expressão esteja errada, mas simplesmente não encontramos na natureza átomos com um numero de elétrons maior que 32 na camada O por exemplo. O máximo ja encontrado é 32. 6.2 - Subníveis de Energia: No modelo de Sommerfeld, vimos que alem de uma órbita circular (camadas de energia) os elétrons também realizavam órbitas elípticas (subniveis de energia), dando a ideia de que os níveis de energia, possuem divisões, os chamados subníveis de energia. Atualmente conhecemos quatro: s (sharp), p (principal), d (diffuse) ou f (fundamental) 6.3 - Representação dos Subníveis: Se os subniveis são divisões dos niveis, quando representarmos os subníveis, é importante demonstrarmos em qual nível o subnivel em questão está presente. Assim convencionou-se escrever primeiro o numero que representa o nível, acompanhado da letra que representa o subnivel, elevado a um numero, que indica a quantidade de elétrons naquele subnivel. Quando escrevemos, por exemplo, 1s2, devemos ler isto da seguinte forma: subnível s da primeira camada abrigando 2 elétrons. Ou quando escrevemos 5f12, devemos ler isto como subnível f da quinta camada com 12 elétrons. Note que nao é possível ter um sunível s com um numero de elétrons maior que 2, mas podemos ter com 1. Assim, tambem, nao podemos ter um subnivel f com um número de elétrons maior que 14, mas nada impede de ter um número menor que 14. O que não pode nunca acontecer, é escrevermos um subnível com um número de elétrons maior que o permitido. Assim os subníveis 1s4 ou 2s3 ou 4d13 não existem. 6.4 - Distribuição eletrônica em subníveis: Distribuição eletrônica significa arrumar os elétrons na eletrosfera. Esta arrumação, segue uma ordem crescente de energia. Para nos auxiliar nesta arrumação, um químico norte- americano chamado Linnus Pauling, construiu um diagrama através de cálculos avançados da mecânica quântica. Assim, a ordem que deve ser seguida na distribuição é: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, 5p6, 6s2, 4f14 5d10, 6p6, 7s2, 5f14, 6d10, 7p6. a) Distribuiçãoem átomos neutros: Em um átomo neutro, o número de prótons corresponde ao numero de elétrons, assim, para ilustrar como devemos fazer a distribuição, vamos considerar dois exemplos: Exemplo 1: Magnésio (12Mg) Devemos distribuir 12 elétrons, ja que o numero de prótons corresponde a 12 tambem. Ordem energética da distribuição eletrônica do 12Mg: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2. Exemplo 2: Vanádio (23V): Devemos distribuir 23 elétrons ja que o numero de protons corresponde a 23. Ordem energética da distribuição eletrônica do 23V: 1s2, 2s2, 2p6,3s2, 3p6, 4s2 e 3d3. Observe que, nesse exemplo, no último subnível preenchido (3d) cabiam 10 elétrons; porém, apenas 3 foram necessários para completar o número de elétrons. b) Distribuição em íons: A distribuição eletrônica de um átomo neutro em níveis e subníveis de energia deve seguir o diagrama de Linus Paulling, que apresenta os subníveis em ordem crescente de energia. Para efetuarmos a distribuição eletrônica de íons, devemos sempre fazer a distribuição do átomo neutro e só então analisar quais elétrons serão retirados (no caso de um cátion) ou onde os elétrons novos (no caso de um ânion) serão alocados. No caso dos cátions, devemos sempre retirar o(s) elétron(s) do último nivel, ou seja do nível mais afastado do nucleo. No caso dos ânions, devemos colocar no último nível. Exemplo 1: Vamos fazer a distribuição eletrônica do íon Mg+2: 1) Distribuição eletrônica do Mg12 neutro: 1s2 2s2 2p6 3s2 2) Retirada dos dois elétrons mais afastados: 1s2 2s2 2p6 3s2>>>>>1s2 2s2 2p6 Exemplo 2: Vamos fazer a distribuição eletrônica do íon Fe3+: 1) Distribuição do Fe26 neutro: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 2) Retirada dos três elétrons mais afastados: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 >>>1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 Note que tiramos tres eletrons, tiramos 2 do 4s que é o subnivel mais afastado, e depois tiramos do 3d, pois passou a ser o mais afastado. Exemplo 3: Vamos fazer a distribuição eletrônica do íon O–2: 3) Distribuição eletrônica do O8 neutro: 1s2 2s2 2p4 2) Adicao de dois novos elétrons: 1s2 2s2 2p4>>>> 1s2 2s2 2p6 Repare que adicionamos elétrons na última camada, a segunda, e adicionamos no subnivel p, pois era o subnível que ainda conseguia abrigar mais elétrons. Cada subnível p guarda no máximo 6 e no oxigênio neutro o subnivel p tinha apenas 4. c) Distribuição eletrônica em níveis de energia É possível distribuirmos os elétrons apenas em níveis de energia. Devemos sempre distribuir em subnívies e só depois fazer em níveis de energia. Veja: Exemplo: distribuição do magnesio em níveis de energia 1) Em subniveis: 12Mg: 1s2, 2s2, 2p6 e 3s2. 2) Em níveis de energia: K = 2 ; L = 8 ; M = 2 A distribuição em níveis consiste apenas em escrever quantos elétrons temos em cada nível, apenas isso. MALDADE: Chamamos de camada de valencia, o nível mais afastado do núcleo. E subnível mais energético, o último subnível que escrevemos na distribuição eletrônica, pois lembre-se que esta distribuição segue uma ordem crescente de energia. Exemplo: ferro-26 Fe26 = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 A camada de valencia é a camada N ou nivel 4, e o subnivel mais energetico é o 3d. NÍVEL BÁSICO 1. (G1 - cftmg 2018) A figura seguinte representa um fenômeno ocorrido ao atritar um pente em uma flanela e depois aproximá-lo de papel picado pelo fato de o pente ficar eletrizado por atrito. Tendo em vista a evolução dos modelos atômicos, de Dalton até Bohr, o primeiro modelo que explica o fenômeno da eletrização é o de a) Bohr. b) Dalton. c) Thomson. d) Rutherford. 2. (Uerj simulado 2018) O desastre de Chernobyl ainda custa caro para a Ucrânia. A radiação na região pode demorar mais de 24.000 anos para chegar a níveis seguros. Adaptado de Revista Superinteressante, 12/08/2016. Após 30 anos do acidente em Chernobyl, o principal contaminante radioativo presente na região é o césio-137, que se decompõe formando o bário-137. Esses átomos, ao serem comparados entre si, são denominados: a) isótopos b) isótonos c) isóbaros d) isoeletrônicos 3. (G1 - ifsul 2017) Os isótopos radioativos do cobalto apresentam grande importância na medicina, sendo utilizados na destruição de células cancerosas. O isótopo na forma de cátion bivalente, 60Co, apresenta os seguintes números de prótons, elétrons e nêutrons, respectivamente: a) 27 27 35− − b) 27 25 33− − c) 60 29 33− − d) 60 27 35− − 4. (Ufpr 2017) As propriedades das substâncias químicas podem ser previstas a partir das configurações eletrônicas dos seus elementos. De posse do número atômico, pode-se fazer a distribuição eletrônica e localizar a posição de um elemento na tabela periódica, ou mesmo prever as configurações dos seus íons. Sendo o cálcio pertencente ao grupo dos alcalinos terrosos e possuindo número atômico Z 20,= a configuração eletrônica do seu cátion bivalente é: a) 2 2 6 21s 2 s 2 p 3 s b) 2 2 6 2 61s 2 s 2 p 3 s 3 p c) 2 2 6 2 6 21s 2 s 2 p 3 s 3 p 4 s d) 2 2 6 2 6 2 21s 2 s 2 p 3 s 3 p 4 s 3 d e) 2 2 6 2 6 2 21s 2 s 2 p 3 s 3 p 4 s 4 p 5. (G1 - cftrj 2017) As luzes de neônio são utilizadas em anúncios comerciais pelo seu poder de chamar a atenção e facilitar a comunicação. Essa luz se aproveitam da fluorescência do gás neônio, mediante a passagem de uma corrente elétrica. Sobre o isótopo de número de massa 21 desse elemento químico, considere as afirmações a seguir. I. Possui 10 prótons, 10 elétrons e 10 nêutrons; II. É isoeletrônico do íon 2O ;− III. Sua camada mais externa encontra-se com o número máximo de elétrons. É correto o que se afirma apenas em a) II; b) I e II; c) I e III; d) II e III. 6. (G1 - ifsul 2017) Um ânion de carga 1− possui 18 elétrons e 20 nêutrons. O átomo neutro que o originou apresenta número atômico e de massa, respectivamente, a) 17 e 37 b) 17 e 38 c) 19 e 37 d) 19 e 38 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto para responder à(s) questão(ões) a seguir. Cinco amigos estavam estudando para a prova de Química e decidiram fazer um jogo com os elementos da Tabela Periódica: - cada participante selecionou um isótopo dos elementos da Tabela Periódica e anotou sua escolha em um cartão de papel; - os jogadores Fernanda, Gabriela, Júlia, Paulo e Pedro decidiram que o vencedor seria aquele que apresentasse o cartão contendo o isótopo com o maior número de nêutrons. Os cartões foram, então, mostrados pelos jogadores. 56 16 40 7 35 26 8 20 3 17 PedroFernanda Gabriela Júlia Paulo Fe O Ca Li C 7. (Fatec 2017) Observando os cartões, é correto afirmar que o(a) vencedor(a) foi a) Júlia. b) Paulo. c) Pedro. d) Gabriela. e) Fernanda. 8. (G1 - ifce 2016) Um íon pode ser conceituado como um átomo ou grupo de átomos, com algum excesso de cargas positivas ou negativas. Nesse contexto, a distribuição eletrônica do íon 2Mg+ pode ser representada corretamente por ( )24 12Dado : Mg a) 2 2 6 2 6 2 21s 2s 2p 3s 3p 4s 3d . b) 2 2 6 21s 2s 2p 3s . c) 2 2 6 2 21s 2s 2p 3s 3p . d) 2 2 61s 2s 2p e) 2 2 6 2 6 2 61s 2s 2p 3s 3p 4s 3d . 9. (G1 - utfpr 2016) O chumbo é um metal tóxico, pesado, macio, maleável e mau condutor de eletricidade. É usado na construção civil, em baterias de ácido, em munição, em proteção contra raios-X e forma parte de ligas metálicas para a produção de soldas, fusíveis, revestimentos de cabos elétricos, materiais antifricção, metais de tipografia, etc. No chumbo presente na natureza são encontrados átomos que têm em seu núcleo 82 prótons e 122 nêutrons (Pb 204),− átomoscom 82 prótons e 124 nêutrons (Pb 206),− átomos com 82 prótons e 125 nêutrons (Pb 207)− e átomos com 82 prótons e 126 nêutrons (Pb 208).− Quanto às características, os átomos de chumbo descritos são: a) alótropos. b) isômeros. c) isótonos. d) isótopos. e) isóbaros. 10. (G1 - ifce 2016) Sabe-se que os elétrons de um átomo podem ser distribuídos em até 7 níveis, nomeados pelas letras K, L, M, N, O, P, Q. Cada nível pode conter até 4 subníveis, denominados s, p, d, f. O número máximo de elétrons que o subnível f pode possuir é a) 14. b) 12. c) 10. d) 8. e) 6. NÍVEL MÉDIO 1. (G1 - utfpr 2018) Cientistas de cinco centros de pesquisa sobre o câncer nos EUA concluíram que cigarros “light” são mais perigosos para a saúde que os normais e têm contribuído para um forte aumento de um certo tipo de câncer de pulmão, devido aos seus filtros serem perfurados. Entre as substâncias presentes na fumaça do cigarro, podemos citar nicotina, CO, materiais particulados, como polônio, carbono, arsênio, níquel, chumbo e cádmio, entre outros. (Adaptado de http://www.uol.com.br, acessado em 23/05/2017) Considerando as informações acima, assinale a alternativa correta. a) A fumaça do cigarro é uma mistura homogênea formada somente por substâncias simples. b) Entre os elementos citados, 74 33 As , 207 82Pb , 58 28Ni , 112 48Cd , 209 84Po e 14 6C , há um par de isótonos. c) A queima do cigarro é considerada um processo físico. d) O monóxido de carbono representa uma substância simples. e) Os compostos polônio e carbono são representados pelos símbolos P e C, respectivamente. 2. (Espcex (Aman) 2018) Quando um átomo, ou um grupo de átomos, perde a neutralidade elétrica, passa a ser denominado de íon. Sendo assim, o íon é formado quando o átomo (ou grupo de átomos) ganha ou perde elétrons. Logicamente, esse fato interfere na distribuição eletrônica da espécie química. Todavia, várias espécies químicas podem possuir a mesma distribuição eletrônica. Considere as espécies químicas listadas na tabela a seguir: I II III IV V VI 2 20Ca 2 16S − 1 9F − 1 17C − 2 38Sr + 3 24Cr A distribuição eletrônica 2 2 6 2 61s , 2s , 2p , 3s , 3p (segundo o Diagrama de Linus Pauling) pode corresponder, apenas, à distribuição eletrônica das espécies a) I, II, III e VI. b) II, III, IV e V. c) III, IV e V. d) I, II e IV. e) I, V e VI. 3. (Ufu 2018) O “brilho” das placas de trânsito, quando recebem luz dos faróis dos carros no período da noite, pode ser compreendido pelo efeito da luminescência. Sem esse efeito, teríamos dificuldade de visualizar a informação das placas no período noturno, o que acarretaria possíveis acidentes de trânsito. Esse efeito, conhecido como a) fosforescência, pode ser explicado pela quantização de energia dos elétrons e seu retorno ao estado mais energético, conforme o Modelo Atômico de Rutherford. b) bioluminescência, pode ser explicado pela mudança de nível energético dos elétrons e seu retorno ao nível menos energético, conforme o Modelo de Rutherford-Bohr. c) fluorescência, pode ser explicado pela excitação dos elétrons e seu retorno ao estado menos energético, conforme o Modelo Atômico de Bohr. d) luminescência, pode ser explicado pela produção de luz por meio da excitação dos elétrons, conforme o Modelo Atômico de Thomson. 4. (G1 - cps 2018) Um fogo de artifício é composto basicamente por pólvora (mistura de enxofre, carvão e salitre) e por um sal de um elemento determinado, por exemplo, sais de cobre, como 2CuC , que irá determinar a cor verde azulada da luz produzida na explosão. Observe as representações dos elementos enxofre e cobre presentes em um fogo de artifício: 32 16 S e 64 29Cu. A partir da análise dessas representações, assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, o número de massa do enxofre e o número de nêutrons do cobre. a) 32 e 29 b) 32 e 35 c) 16 e 29 d) 16 e 35 e) 16 e 64 5. (Ufrgs 2018) Considere as seguintes afirmações a respeito do experimento de Rutherford e do modelo atômico de Rutherford-Bohr. I. A maior parte do volume do átomo é constituída pelo núcleo denso e positivo. II. Os elétrons movimentam-se em órbitas estacionárias ao redor do núcleo. III. O elétron, ao pular de uma órbita mais externa para uma mais interna, emite uma quantidade de energia bem definida. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 6. (Uemg 2018) O selênio, um não metal do grupo dos calcogênios, possui extrema importância biológica, pois é um micronutriente indispensável para todas as formas de vida. É formado por átomos que possuem a representação 79 34Se . É correto afirmar que o selênio apresenta a) 45 partículas nucleares. b) 113 partículas nucleares. c) 6 elétrons na camada de valência. d) 2 elétrons na camada de valência. 7. (G1 - col. naval 2017) O elemento químico A (alumínio), largamente utilizado em utensílios domésticos, tem número atômico 13, número de massa 27 e seu íon 3A + é muito utilizado no solo. Assinale a opção que apresenta, respectivamente, o número de prótons, elétrons e nêutrons presentes no íon 3A .+ a) 13,10,14. b) 10,10,14. c) 13,13, 27. d) 10,10, 27. e) 13,16,14. 8. (G1 - ifsul 2017) Devido aos efeitos ao meio ambiente e à saúde, países do mundo inteiro vem desenvolvendo ações com o intuito de minimizar os riscos oriundos da utilização de mercúrio (Hg). A distribuição eletrônica para o mercúrio elementar é a) 14 6[Rn] 5f 6d . b) 10 4[Ar] 3d 4p . c) 10 6[Kr] 4d 5p . d) 2 14 10[Xe] 6s 4f 5d . 9. (Unesp 2017) A carga elétrica do elétron é 191,6 10 C−− × e a do próton é 191,6 10 C.−+ × A quantidade total de carga elétrica resultante presente na espécie química representada por 40 2Ca + é igual a a) 1920 ( 1,6 10 ) C.−× + × b) 1920 ( 1,6 10 ) C.−× − × c) 192 ( 1,6 10 ) C.−× − × d) 1940 ( 1,6 10 ) C.−× + × e) 192 ( 1,6 10 ) C.−× + × 10. (Pucrj 2017) O elemento selênio (Se) tem massa atômica igual a 78,96 u.m.a. Os dois isótopos mais abundantes do selênio são o 80Se e o 78Se. Sobre estes isótopos de selênio, é correto dizer que eles têm Dado: Se (Z 34).= a) o mesmo número de massa. b) abundâncias percentuais iguais. c) o mesmo número de nêutrons. d) diferentes configurações eletrônicas quando átomos de ambos se encontram neutros. e) o mesmo número de prótons. NÍVEL ENEM 1. (Enem 2017) Um fato corriqueiro ao se cozinhar arroz é o derramamento de parte da água de cozimento sobre a chama azul do fogo, mudando-a para uma chama amarela. Essa mudança de cor pode suscitar interpretações diversas, relacionadas às substâncias presentes na água de cozimento. Além do sal de cozinha (NaC ), nela se encontram carboidratos, proteínas e sais minerais. Cientificamente, sabe-se que essa mudança de cor da chama ocorre pela a) reação do gás de cozinha com o sal, volatilizando gás cloro. b) emissão de fótons pelo sódio, excitado por causa da chama. c) produção de derivado amarelo, pela reação com o carboidrato. d) reação do gás de cozinha com a água, formando gás hidrogênio. e) excitação das moléculas de proteínas, com formação de luz amarela. 2. (Enem 2009) Na manipulação em escala nanométrica, os átomos revelam características peculiares, podendo apresentar tolerância à temperatura, reatividade química, condutividade elétrica, ou mesmo exibir força de intensidade extraordinária. Essas características explicam o interesse industrial pelos nanomateriais que estão sendo muitopesquisados em diversas áreas, desde o desenvolvimento de cosméticos, tintas e tecidos, até o de terapias contra o câncer. LACAVA, Z. G. M; MORAIS, P. C. Nanobiotecnologia e Saúde. Disponível em: http://www.comciencia.br (adaptado). A utilização de nanopartículas na indústria e na medicina requer estudos mais detalhados, pois a) as partículas, quanto menores, mais potentes e radiativas se tornam. b) as partículas podem ser manipuladas, mas não caracterizadas com a atual tecnologia. c) as propriedades biológicas das partículas somente podem ser testadas em microrganismos. d) as partículas podem atravessar poros e canais celulares, o que poderia causar impactos desconhecidos aos seres vivos e, até mesmo, aos ecossistemas. e) o organismo humano apresenta imunidade contra partículas tão pequenas, já que apresentam a mesma dimensão das bactérias (um bilionésimo de metro). 3. (Enem 2009) Os núcleos dos átomos são constituídos de prótons e nêutrons, sendo ambos os principais responsáveis pela sua massa. Nota-se que, na maioria dos núcleos, essas partículas não estão presentes na mesma proporção. O gráfico mostra a quantidade de nêutrons (N) em função da quantidade de prótons (Z) para os núcleos estáveis conhecidos. O antimônio é um elemento químico que possui 50 prótons e possui vários isótopos ¯ átomos que só se diferem pelo número de nêutrons. De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem a) entre 12 e 24 nêutrons a menos que o número de prótons. b) exatamente o mesmo número de prótons e nêutrons. c) entre 0 e 12 nêutrons a mais que o número de prótons. d) entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons. e) entre 0 e 12 nêutrons a menos que o número de prótons. GABARITO NÍVEL BÁSICO Resposta da questão 1: [C] Thomson introduziu o conceito da natureza elétrica da matéria, onde o átomo seria positivo com cargas negativas incrustadas. Resposta da questão 2: [C] Césio-137 e bário-137 são isóbaros, pois apresentam o mesmo número de massa, ou seja, 137 (soma da quantidade de prótons e de nêutrons presentes no núcleo). Resposta da questão 3: [B] 60 2 27Co p 27 e 25 n A Z 60 27 33 + − = = = − = − = Resposta da questão 4: [B] Configuração eletrônica do cátion bivalente do cálcio: 2 2 6 2 6 2 20 2 2 2 6 2 6 0 20 2 2 2 6 2 6 20 Ca : 1s 2s 2p 3s 3p 4s Ca : 1s 2s 2p 3s 3p 4s Ca : 1s 2s 2p 3s 3p + + Resposta da questão 5: [D] [I] Incorreta. 21 10Ne 10 prótons 10 elétrons A n p n 21 10 11 nêutrons = + = − = [II] Correta. Serão isoeletrônicos, ou seja, apresentam o mesmo número de elétrons. 21 2 10 8Ne O 10 prótons 8 prótons 10 elétrons 10 elétrons − [III] Correta. O neônio por apresentar 10 elétrons, apresenta a camada de valência completa. 2 2 6 10Ne 1s 2s 2p= Resposta da questão 6: [A] O átomo ganhou 1e− e ficou com 18 e ,− então, o átomo neutro tem 17 e .− Para o átomo neutro: p e+ −= Assim, o átomo neutro apresenta 17 prótons e massa: A Z n Z 17 20 37. = + = + = Resposta da questão 7: [E] Sabendo que A Z n,= + teremos que: Fernanda: n 56 26 30= − = Gabriela: n 16 8 8= − = Júlia: n 40 20 20= − = Paulo: n 7 3 4= − = Pedro: n 35 17 18= − = A vencedora será a Fernanda com 30 nêutrons. Resposta da questão 8: [D] 2 1 2 2 6 2 1s 2s 2p (1M e )g 0+ −= Resposta da questão 9: [D] Trata-se do mesmo elemento, pois possuem o mesmo número de prótons no núcleo, e por isso são chamados de isótopos. 204 206 207 82 82 82 mesmo número de prótons Pb Pb Pb Resposta da questão 10: [A] Os subníveis são: s, p, d, f. Onde apresentam o número máximo de elétrons: 2 6 10 14s p d f . GABARITO NÍVEL MÉDIO Resposta da questão 1: [B] [A] Incorreta. A fumaça do cigarro é uma mistura formada somente por substâncias simples e compostas. [B] Correta. 207 209 82 84Pb e Po são isótonos. 74 33 207 82 58 28 112 48 209 84 14 6 As 74 33 41 nêutrons Pb 207 82 125 nêutrons Ni 58 28 30 nêutrons Cd 112 48 64 nêutrons Po 209 84 125 nêutrons C 14 6 8 nêutrons ⇒ − = ⇒ − = ⇒ − = ⇒ − = ⇒ − = ⇒ − = [C] Incorreta. A queima do cigarro é considerada um processo químico, pois ocorrem reações químicas e rearranjos atômicos neste fenômeno. [D] Incorreta. O monóxido de carbono ( )CO é exemplo de uma substância composta pelos elementos carbono e oxigênio. [E] Incorreta. Os elementos químicos polônio e carbono são representados pelos símbolos Po e C, respectivamente. Resposta da questão 2: [D] 2 2 6 2 6 2 20 2 2 2 6 2 6 20 2 2 6 2 4 16 2 2 2 6 2 6 16 2 2 5 9 1 2 2 6 9 2 2 6 2 5 17 1 2 2 6 2 6 17 2 2 6 2 6 2 10 6 2 38 38 Ca : 1s 2s 2p 3s 3p 4s Ca : 1s 2s 2p 3s 3p (I) S : 1s 2s 2p 3s 3p S : 1s 2s 2p 3s 3p (II) F : 1s 2s 2p F : 1s 2s 2p C : 1s 2s 2p 3s 3p C : 1s 2s 2p 3s 3p (IV) Sr : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s S + − − − 2 2 2 6 2 6 2 10 6 2 2 6 2 6 2 4 2 2 6 2 6 1 5 24 24 3 2 2 6 2 6 3 24 r : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p Cr : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d Cr : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d Cr : 1s 2s 2p 3s 3p 3d + + ⇒ Resposta da questão 3: [C] De acordo com o modelo atômico de Bohr, quando um elétron está em uma órbita ele não ganha e nem perde energia, por isso, a fluorescência, pode ser explicada pela excitação dos elétrons e seu retorno ao estado menos energético. Resposta da questão 4: [B] 32 64 16 29 A p n 32 64 29 35 nêutrons S Cu = + = − = Resposta da questão 5: [D] [I] Incorreta. A maior parte do volume do átomo constitui a “eletrosfera”. [II] Correta. De acordo com o modelo de Bohr, os elétrons movimentam-se em órbitas estacionárias ao redor do núcleo. [III] Correta. Um átomo só pode ganhar ou perder energia em quantidades equivalentes a um múltiplo inteiro (quanta). Resposta da questão 6: [C] 2 2 6 2 6 2 10 4 34 2 4 6 elétrons Se : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p Camada de valência : 4s 4p grupo 16 (calcogênios)⇒ Resposta da questão 7: [A] 27 2 2 6 2 1 13 27 3 2 2 6 13 A : 1s 2s 2p 3s 3p A : 1s 2s 2p 13 prótons 10 elétrons 27 13 14 nêutrons + − = Resposta da questão 8: [D] 2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 14 10 80 [Xe] 2 14 10 80 Hg 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d Hg [Xe] 6s 4f 5d = = Resposta da questão 9: [E] } ( ) ( ) ( ) + − − −= + × + × + × − × = × + × 2 2 6 2 6 2 20 2 2 2 6 2 6 20 19 19 19 Ca : 1s 2s 2p 3s 3p 4s Ca : 1s 2s 2p 3s 3p 20 prótons e 18 elétrons Carga elétrica do cátion 20 1,6 10 C 18 1,6 10 C 2 1,6 10 C . Resposta da questão 10: [E] [A] Incorreta. O número de massa dos dois isótopos é diferente, ou seja, 80 78.≠ [B] Incorreta. As abundâncias percentuais dos isótopos são diferentes. 80 78 78,96 x% 80 (1 x%) 78 78,96 x% 80 78 x% 78 2 x% 78,96 78 0,962 x% 0,96 x% 0,48 2 x% 0,48 48 % ( Se) 100 % 48 % 52 % ( Se) = × + − × = × + − × × = − × = ⇒ = = = = − = [C] Incorreta. Os isótopos do selênio possuem números de nêutrons diferentes. 80 34 78 34 Se Número de nêutrons 80 34 46. Se Número de nêutrons 78 34 44. ⇒ = − = ⇒ = − = [D] Incorreta. Os isótopos neutros do selênio apresentam a mesma configuração eletrônica. 2 2 6 2 6 2 10 4 34Se : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p [E] Correta. Átomos isótopos são aqueles que possuem o mesmo número de prótons (número atômico). GABARITO NÍVEL ENEM Resposta da questão 1: [B] No caso da abordagem da questão, para chegar-se a uma alternativa deve-se fazer a associação com o único metal citado no enunciado, ou seja, o sódio, pois outras possibilidades para a mudança da cor da chama, como a ocorrência de uma combustão incompleta do gás utilizadodevido ao derramamento da água de cozimento, não são citadas. Pressupõe-se, então, que na água de cozimento estejam presentes cátions Na+ dissociados a partir do NaC . O elemento metálico sódio, mesmo na forma iônica, libera fótons quando sofre excitação por uma fonte de energia externa e a cor visualizada é o amarelo. Resposta da questão 2: [D] A ordem de grandeza do diâmetro de um átomo é de 10-10 m (1 Angstron), ou seja, 10-1 nm, ainda é impossível para a ciência prever o comportamento de partículas tão pequenas. A utilização de nanopartículas na indústria e na medicina requer estudos mais detalhados, pois as partículas podem atravessar poros e canais celulares, o que poderia causar impactos desconhecidos aos seres vivos e, até mesmo, aos ecossistemas. Resposta da questão 3: [D] Observe o gráfico: De acordo com o gráfico, os isótopos estáveis do antimônio possuem entre 12 e 24 nêutrons a mais que o número de prótons.