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empre que nos referimos a uma espécie química devemos usar a simbo-logia adequada que represente claramente o que se quer tratar. Para os elementos, usamos os símbolos químicos, abreviação contendo até duas letras, do nome em latim ou grego. Para representar a composição química das substâncias, são utilizados os símblolos químicos dos elementos, constituindo a linguagem química do composto. E, para os compostos ou substâncias, de qualquer natureza, usamos as fórmulas químicas.A fórmula é um símbolo único ou um grupo de símbolos que rerpesenta a composição de uma substância. Os símbolos numa fórmula identificam os elementos presentes na substância. Exemplos:
- K C l é a fórmula da substância cloreto de sódio (sal), que identifica os ele-mentos K (potássio) e Cl (cloro) como constituintes da referida substância. A fórmula de K C l indica também a presença de números iguais de átomos dos elementos K e C l;
- no caso da água, fórmula Representado por H2O, indica que o composto ou a molécula contém 2 átomos de H (hidrogênio) e 1 átomo de O (oxigênio);
- a fórmula do sulfato de alumínio, Al2(SO4)3, especifica: (1) cada grupo sulfato contém 1 átomo de S e 4 de O; (2) contém 2 átomos de Al para cada grupo de sulfato, SO4; e (3) a fórmula Al2(SO4)3 mostra o total de 2 átomos de Al (alumí-nio), 3 átomos de S (enxofre) e 12 de O (oxigênio).
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Assim, na escrita da fórmula química de um composto ou de uma subs-tância química, são colocados os símbolos dos elementos químicos constituin-tes desse composto, seguidos individualmente por números subescritos (ex-ceto no caso em que for o número 1), indicando a quantidade relativa ou a proporção molar ou atômica de cada elemento presente na substância.
Com o avanço da Química, a fórmula também pode representar o tipo de ligação química que ocorre entre os átomos formadores da substância. Para isso, há alguns tipos de representações adequadas que veremos em sequência.
12.1. Fórmula molecular
Indica o numero real de átomos de uma molécula. Mas não indica as liga-ções entre esses átomos e a distribuição eletrônica em tais ligaliga-ções. Por exem-plo, a fórmula molecular de H2O indica exatamente a presença de 2 átomos de H e 1 de O.
A carga em um átomo particular pode ser representada com um sobres-crito do lado direito. Por exemplo, Sódio (representado por Na sobrescrito o símbolo de mais) ou Cobre (representado por Cu sobrescrito
dois mais). A carga total em uma molécula ou em um íon poliatômico pode também
ser mostrada dessa maneira. Por exemplo: carbonato (Carbonato (representado por C O subscrito três e sobrescrito dois menos)
) ou sulfato (Sulfato (representado por S O subscrito quatro e sobrescrito dois menos) ).
Muitos compostos não contêm moléculas e sim partículas denominadas íons. Estes são átomos ou grupos de átomos eletricamente carregados ou apre-sentam carga, por exemplo, K+Cl-.
Para íons mais complexos, os colchetes [ ] são usados frequentemente para incluir a fórmula iônica, como do dodecarborato Dodecarbonato (representado por, abre colchete, B subscrito doze, H
subscrito doze, fecha colchete, sobrescrito dois menos). Os parênteses ( ) podem ser agrupados dentro dos
colche-tes para indicar uma unidade repetida, como Íon hexamincobalto 3mais, (representado por, abre colchete, Co, abre parêntese, N H subscrito três, fecha parêntese, subscrito seis, fecha colchete, sobrescrito três mais . Aqui, Abre parêntese NH subscrito três, fecha parêntese, subscrito seis indica que o íon contem seis grupos Amônia (representada por NH subscrito 3) , e os colchetes [ ] incluem a fórmula inteira do íon com a carga +3.
Para a construção da fórmula molecular dos compostos inorgânicos, em geral, associa-se os constituintes dos compostos de acordo com a classe a que pertencem, a saber:
• Óxidos iônico ou molecular: são compostos binários formados por oxigê-nio e outro elemento químico. A fórmula exibe o oxigêoxigê-nio precedido pelo símbolo do outro elemento. Exemplos: Óxido de magnésio (representado por Mg O), Monóxido de carbono, (representado por C O), Dióxido de silício (representado por Si O subscrito 2, Peróxido de hidrogênio (representado por H subscrito 2, O subscrito 2).
• Ácidos: a fórmula é constituída pelo hidrogênio seguido do não metal, ou de um grupo aniônico. Exemplos: Ácido Clorídrico, (representado por, H Cl) , Ácido Sulfúrico (representado por, H subscrito 2, S O subscrito 4).
• Hidróxidos: a fórmula é constituida pelo cátion metálico precedendo o íon hidróxido. Exemplos: Hidróxido de Magnésio (representado por Mg, abre parêntese, O H, fecha parêntese, subscrito 2), Hidróxido de alumínio, (representado por A1, abre parêntese O H, fecha parêntese subscrito3).
• Sais: a fórmula exibe o cátion seguido pelo ânion. Exemplos: Cloreto de potássio, (representado por K Cl) , Brometo de zinco, (representado por Zn Br subscrito 2), Carbonato de Chumbo (representado por, Pb C O subscrito 3), Cloreto de Ferro 3 hexahidratado (representado por Fe Cl subscrito
3, ponto 6 H2O).
• Hidretos: a fórmula exibe o cátion seguido pelo íon hidreto. Exemplos: Hidreto
de sódio (representado por Na H), Hidreto de berílio (representado por Be H subscrito 2).
A fórmula dos compostos orgânicos, como dos inorgânicos, deve con-templar todos os átomos que constituem o composto: os átomos da cadeia de hidrocarbonetos, todas as ramificações e grupos funcionais presentes. No entanto, em alguns casos a fórmula molecular não está relacionada a uma única substância.
Veja a seguinte fórmula molecular: C subscrito 3, H.subscrito 6, O. A partir dela, pode-se con-cluir que em 1 mol dessa substância existem 3 mols de átomos de carbono, 6 de hidrogênio e 1 de oxigênio. Porém, não podemos saber a qual substância ela se refere, porque duas substâncias possuem essa fórmula:
Uma cetona: propanona (dimetilcetona ou acetona) abre parêntese, H subscrito3, C traço, C O, traço, C H subscrito 3, fecha parêntese.
Um aldeído: propanal (propaldeído) Abre parêntese, H subscrito 3, C traço, C H subscrito 2, traço C H O, fecha parêntese.
Pode-se observar que a fórmula molecular pode não determinar a substância, principalmente na química orgânica. Porém, ela pode ser muito útil quando se deseja simplificar equações de reações químicas.
Fórmulas mais completas que a molecular e, também, mais utilizadas na Química Orgânica, são a fórmula estrutural e a fórmula eletrônica ou de Lewis.
Início da descrição:
Representação da fórmula estrutural completa do propanal:
Cadeia principal formada por três carbonos. O carbono da esquerda esta ligado a três átomos de hidrogênio, o carbono central está ligado a dois átomos de hidrogênio e o terceiro carbono esta ligado a um hidrogênio e faz uma dupla ligação com um átomo de oxigênio. (as ligações são representadas por traços).
- Representação da fórmula estrutural Completa da propanona:
Cadeia principal formada por três carbonos. O carbono da esquerda esta ligado a três átomos de hidrogênio, o carbono central esta ligado a um átomo de oxigênio por uma dupla ligação e o terceiro carbono esta ligado a três átomos de hidrogênio. (as ligações são representadas por traços).
Fim da descrição.
12.2. Fórmula estrutural
Denominada, também, de fórmula de Couper. Representa todos os áto-mos do composto e suas ligações. Há dois tipos de fórmula estrutural, a com-pleta e a condensada.
Completa: apresenta todos os átomos do composto, o tipo de ligação entre eles (simples, dupla ou tripla), indicado por traços ou linhas, além de mostrar o grupo funcional, desenhado de forma não linear e apresentando cada átomo de cada elemento, e como se ligam entre si.
propanal
Condensada: apresenta de forma linear, colocando os símbolos dos elementos com subscrito relativo, na sequência correta do composto ou substância quími-ca, como podem ser vistas as fórmulas condensadas de propanona e propanal:
propanona (dimetilcetona ou acetona): Propanona (representada por, H subscrito 3 , C, traço C O, traço, C H subscrito 3.
propanal (propaldeído): Propanal (representado H subscrito 3, C, traço, C H subscrito 2, traço C H O.
- Representação da fórmula estrutural Condensada Linear do propanal.
A mesma representação acima, sem colocar os símbolos dos átomos de hidrogênio e carbono dos dois primeiros carbonos. A representação é feita só com os traços , onde a ligação entre dois traços representa aos átomos de carbono.
- Representação da fórmula estrutural Condensada Linear da propanona.
A mesma representação anterior sem os símbolos dos átomos de hidrogênio e carbono, apenas com os traços, onde a ligação entre dois traços representa aos átomos de carbono.
Condensada linear: nesse caso, a fórmula é apresentada na forma de segmento de retas (linhas), nos quais os carbonos e os hidrogênios liga-dos a eles ficam subentendiliga-dos (cada extremidade da linha subtende-se ter um átomo de carbono, como cada átomo de carbono pode ter 4 ligações, quando não especificado deve ser subentendido ter ligações com átomo de H, completando as quatro ligações). Os heteroátomos são representados, assim como grupos funcionais, quando necessários.
propanal
H O
propanona
O
12.3. Fórmulas eletrônica ou de Lewis
A fórmula eletrônica ou representação de Lewis é um tipo mais completa, mesmo que não muito utilizada, pois exige muito tempo para ser elaborada.
Representa todos os elétrons da última camada de cada átomo, bem como cada ligação (covalente simples, covalente dativa e iônica). Tal fórmula tem fun-damento segundo a regra do octeto: cada átomo necessita ter a última camada de valência (elétrons) completa.
Representação de Lewis para o elemento químico: a representação dos elétrons da última camada do átomo é dada pelo símbolo Abre parêntese, Ponto, fecha parêntese, ao redor do símbolo do elemento químico.
H ponto (representando o átomo de Hidrogênio e seu único elétron de valência).
He dois pontos (representando o átomo de Hélio e seus dois elétrons de valência).
O rodeado por 3 pares de pontos(representando o átomo de Oxigênio e seus seis elétrons de valência.)
Representação de Lewis para a propanona.
Cadeia principal formada por três átomos de carbono, ligados entre si por ligações simples (um traço). No átomo de carbono a esquerda existe três átomos de hidrogênio ligados por ligações simples ( um traço). No carbono central existe uma dupla ligação com um atomo de oxigenio. E o carbono a direita, tambem apresenta 3 hidrogenios por ligações simples.
São demostrados os pontos que formam a ligação simples Carbono- hidrogênio e dupla carbono – oxigênio. No átomo de oxigenio são demostrados 2 pares de pontos livres.
Hidrogênio – 1 elétron na última camada eletrônica
H
Hélio – 2 elétrons na última camada eletrônica
He
Oxigênio – 6 elétrons na última camada eletrônica
O
Representação de Lewis para o composto: para a representação de compostos, é utilizado a sua fórmula estrutural completa, em que os elétrons são mostrados na forma de pontos colocados na extremidade de cada traço que representa a ligação estabelecida entre os átomos. Podemos ter ligaçao simples (-), ligação dupla (=) e ligação tripla (
≡).
Nesse tipo de representação não são colocados os elétrons que não estabelecem ligações químicas entre os átomos.Representação de Lewis para o Iodeto de potássio.
Símbolo do átomo de potássio representado por K, sobrescrito com um sinal positivo , abre colchetes símbolo do átomo de iodo representado pelo I com 4 pares de elétrons ao redor do símbolo, fecha colchete, sobrescrito um sinal negativo.
Representação de Lewis para o ácido sulfúrico.
O átomo de enxofre, representado por S, centralizado com 4 átomos de oxigênio ao redor, um acima, um abaixo, um a esquerda e outro a direita, todos representador por O. Os átomos de hidrogênio são colocados ao lado dos oxigênios localizados a esquerda, a direita e a baixo do enxofre. Os elétrons são representados através de pontos e estão localizados um par de elétrons entre o enxofre e cada um dos 4 átomos de oxigênio e um par de elétron entre os três oxigênios que estão ligados aos hidrogênios.
Completa-se o octeto para os átomos de oxigênio periféricos (3 pares de elétrons para o oxigênios que está ligado apenas ao enxofre, e 2 pares de elétrons para os 3 oxigênios que estão ligados aos hidrogênios).
A fórmula empírica de uma substância química é a expressão mais sim-ples do número relativo de cada tipo de átomo ou da relação dos elementos no composto. Por exemplo, a fórmula molecular da água é H2O, e a empírica é também H2O, visto que a razão mais simples é 1 H para 2 O. No caso do benze-no, a fórmula molecular C6H6 indica a relação de 6 átomos de C para 6 de H e a relação mais simples é 1 de C para 1 de H. Portanto, para o benzeno a fórmula empírica é CH. Uma fórmula empírica não faz nenhuma referência a [ref. 23]
isomerismo, estrutura, ou número absoluto dos átomos.
Outro exemplo: o hexano tem uma fórmula molecular de Hexano (representado por C subscrito seis H subscrito quatorze), ou estrutural Hexano fórmula estrutural (representado por C H subscrito três, um traço C H subscrito dois, um traço C H subscrito dois, um traço C H subscrito dois, um traço C H
subs-crito dois, um traço C H subssubs-crito três), implicando ter uma estrutura de cadeia de 6 átomos de carbono,
e 14 átomos de hidrogênio. A fórmula empírica para o hexano é Hexano (representado por C subscrito três
H subscrito sete), que indica relação de 3 C para 7 H. Do mesmo modo, a fórmula empírica
para peróxido de hidrogênio, Peróxido de Hidrogênio (representado por H subscrito dois, O subscrito dois), é simplesmente HO, que expressa a relação de Um para um (representada por, um dois pontos um). de elementos componentes.
12.5. Outras representações importantes numa fórmula química
Polímeros
Polímero constitui repetição de uma unidade de estrutura molecular, por exemplo: uma molécula orgânica que é descrita pela fórmula CH subscrito três, abre parentes, CH subscrito
dois, fecha parentes subscrito cinquenta, C H subscrito três. Ela indica uma molécula com 50 unidades de Abre parêntese, CH subscrito
dois, fecha parêntese repetidas.
No caso do composto ter repetições de unidades (por exemplo, Traço CH subscrito dois traço), e o número de unidades repetitivas for desconhecido ou variável, a letra n pode ser usada como indicativo: CH subscrito três, abre parêntese, CH subscrito dois , fecha parêntese, subscrito n, C H subscrito três.
Isótopos
Para falarmos sobre isótopos, precisamos mencionar o número de massa (A) e o número atômico (Z). Número de massa corresponde à soma do número de prótons e nêutrons de um determinado átomo. E o número atômico corres-ponde à quantidade de prótons no núcleo de um determinado átomo. Átomos com mesmo número atômico correspondem ao mesmo elemento químico. A representação de Z e A de um determinado átomo é: X subscrito z ao lado esquerdo, e sobrescrito A ao lado direito ou
Subscrito Z e sobrescrito A, ao lado esquerdo de X.
Isótopos são átomos que exibem propriedades químicas idênticas, mas que diferem no número de massa, ou seja, átomos contendo igual número atô-mico e diferentes números de massa são isótopos entre si. Os átomos podem ser classificados em radioativos (que em geral são mais instáveis) e não radioa-tivos. Por exemplo:
Átomo de hidrogênio, de número de massa (A) igual a 1, e número atômico (Z) igual a 1 (representado por H sobrescrito 1 ao lado esquerdo, e subscrito 1 ao lado direito)., denominado de prótio, é o mais abundante na natureza (99,9 Por cento) e o mais estável;
Átomo de hidrogênio, de número de massa (A) igual 2 e número atômico (Z) igual a 1. (Representado por H, sobrescrito dois ao lado esquerdo, e subscrito um ao lado direito)., denomina-do de deutério, presente em cerca de 0,017Por cento na natureza, é isótopo radioativo e é utlizado na fabricação das bombas de hidrogênio;
Átomo de hidrogênio, H, de número de massa (A) igual a 3, e número atômico (Z) igual a 1 (Representado por H, sobrescrito 3 ao lado esquerdo, e subscrito 1 ao lado direito), denomina-do trítio, ocorre em quantidades menores e também é radioativo.
Outros tipos de isótopos radioativos e sua aplicação:
Átomo de urânio, U, de número de massa (A) igual 235 e número atômico (Z) igual a 92 (Representado por U, sobrescrito 235 ao lado esquerdo e subscrito 92 ao lado direito.) – usado para construir reatores nucleares e bombas atômicas.
Átomo de cobalto, Co, de número de massa (A) igual a 60 e número atômico (Z) igual a 27. (Representado por Co, sobrescrito 60 ao lado esquerdo, e subscrito 27 ao lado direito).– utilizado no tratamento de tumores.
Átomo de carbono, C, de número de massa (A) igual a 14 e número atômico (Z) igual a 6 . (Representado por C, sobrescrito 14 ao lado esquerdo, e subscrito 6 ao lado direito). – está pre-sente numa proporção constante nos seres vivos. Pelo seu tempo de meia-vida (~5600 anos) é utilizado para verificar a provável época do cadáver ou do fóssil animal e vegetal.
Os compostos, em sua constituição, também podem conter isótopo ra-dioativo. Nesse caso, esse isótopo deve ser mencionado na fórmula. Por exem-plo: o íon fosfato que contem fósforo-32 radioativo deve ser escrito como: Íon fosfato que contém fósforo, P, de número de massa (A) igual 32. A carga do íon é 3 menos. (Representado por PO subscrito 4 e sobrescrito 32 ao lado esquerdo e ao lado direito 3 menos)..
Ao escrever equações para as reações nucleares, a indicação correta do isótopo é muito importante para mostrar claramente as variações que ocorrem durante o processo.