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QUÍMICA A

química A • aula 1 ânions átomos que ganharam elétrons p < e

indica que o átomo ganhou 1 elétron; é a "carga do íon" S 32 16 ganha 1 elétron S 32 – 16 S 32 2– 16 ganha mais 1 elétron

indica que o átomo ganhou 2 elétrons Z = 16 A = 32 p = 16 e = 16 á t o m o Z = 16 A = 32 p = 16 e = 17 â n i o n Z = 16 A = 32 p = 16 e = 18 â n i o n ganhou 2 elétrons

Convencionou-se internacionalmente utilizar como símbolo a inicial, maiúscula, do nome do elemento quí-mico em latim, seguida ou não por uma segunda letra, minúscula, também pertencente ao seu nome.

Vejamos alguns exemplos:

Utilizamos a seguinte simbologia para representar um átomo:

X

A

Z

O

16

8

P

31

15

Íons

São átomos ou grupos de átomos que perderam ou ganharam elétrons, têm número de prótons diferente do número de elétrons (p ≠ e).

Se os íons forem negativos, nós os chamamos de ânions. Se forem positivos, nós os chamamos de cátions.

cátion carga ânion menos elétrons do que prótons mais elétrons do que prótons cátions átomos que perderam elétrons p > e

indica que o átomo perdeu 1 elétron; é a "carga do íon"

indica que o átomo perdeu 2 elétrons Mg 24 12 perde 1 elétron Mg 24 12 Mg 24 2+ 12 perde mais 1 elétron + Z = 12 A = 24 p = 12 e = 12 Z = 12 A = 24 p = 12 e = 10 á t o m o Z = 12 A = 24 p = 12 e = 11 c á t i o n c á t i o n perdeu 2 elétrons

A carga do íon indica que tipo de partícula carrega-da, prótons ou elétrons, existe em maior número no íon:

Cuidado

Quando um átomo se transforma em íon, apenas o número de elétrons é alterado. Os números de pró-tons, atômico, de massa e de nêutrons permanecem os mesmos!

Exercício

Determine os números atômico, de massa, de pró-tons, de nêutrons e de elétrons nas espécies quími-cas abaixo. 64 29 Z = A = p = e = n = Se2– 79 34 Z = A = p = e = n = Cu2+ Z = A = p = e = n = 13 27 13 10 14 34 79 34 36 45 29 64 29 27 35 27 13 Z = A = p = e = n = 13 27 13 13 14 27 13

química A • aula 2

515-1

Massas atômicas

Considere uma balança hipotética, que seja capaz de medir a massa de um único átomo. Qual seria o seu padrão de medida? Decerto, um padrão coerente com a dimensão do que se quer medir, o átomo. O padrão assumido internacionalmente foi o carbono, para o qual se atribui o valor de 12 u. A fração de _{12 da massa do}1 isótopo 12 do carbono é a referência conhecida como unidade de massa atômica (u).

Massas moleculares

Como determinar a massa de partículas formadas por agregados de átomos (moléculas, íons)? Somando as massas atômicas de todos os átomos constituintes da partícula.

Chamamos de massa molecular (MM) a soma das massas atômicas, em u, de cada átomo participante da partícula. Exemplo: 12 6C ⇒ MA = 12 u 40 20Ca ⇒ MA = 40 u 16 8O ⇒ MA = 16 u CaCO3 ⇒ MM = 1 × 40 u + 1 × 12 u + 3 × 16 u ⇒ MM = 100 u Ca C O Exercícios

1. As massas moleculares do álcool etílico (C₂H₅OH), do ácido acético (C₂H₄O₂) e do ácido oxálico (C₂H₂O₄) são respectivamente: Dados: H = 1 u; C = 12 u; O =16 u a) 60 u, 46 u e 120 u. b) 66 u, 40 u e 60 u. c) 46 u, 66 u e 150 u. d) 40 u, 66 u e 30 u. e) 46 u, 60 u e 90 u.

2. (VUNESP) Na Natureza, de cada 5 átomos de boro, 1 tem massa atômica igual a 10 u (unidade de massa atômica) e 4 têm massa atômica igual a 11 u. Com base nestes dados, a massa atômica do boro, expressa em u, é igual a a) 10. b) 10,5. c) 10,8. d) 11. e) 11,5.

3. (UFRS) A porcentagem ponderal de enxofre exis-tente no SO₂ é igual a Dado: O = 16 u, S = 32 u a) 2,0. b) 16,0. c) 32,0. d) 33,3. e) 50,0. Assim, dizer que um átomo de oxigênio tem massa

16 u significa dizer que ele tem uma massa 16 vezes maior que o _{12 do isótopo 12 do carbono. Esse valor}1 é aproximadamente igual ao número de massa desse isótopo. Dizemos, então, que a massa atômica desse áto-mo de oxigênio é 16 u.

Chamamos de massa atômica (MA) o número que diz quantas vezes o átomo em questão é mais pesa-do que ₁₂1 do átomo de 12_{C – é a massa do átomo,}

dada em u.

Nem todos os átomos do mesmo elemento quími-co têm a mesma massa – os isótopos de maior número de massa pesam mais. A massa atômica referida de um elemento químico leva em conta os números de massa de todos os isótopos desse elemento existentes na na-tureza e suas abundâncias relativas. Faz-se, então, uma média ponderada desses valores.

Dica

A massa atômica de um isótopo do elemento quími-co é quími-considerada quími-como o seu número de massa, em unidades de massa atômica(u).

química A • aula 3

Ordem crescentre de número atômico.

Observe que os elementos estão organizados em ordem crescente de número atômico. As linhas horizontais são chamadas de períodos.

São 7 no total.

As linhas verticais são chamadas de grupos. São 18 no total2_.

Grupos e períodos

Convencionalmente, os grupos ou famílias na ta-bela periódica correspondem aos arranjos verticais (colunas). Pela nova classificação, são 18 grupos.

Entre os grupos 3 e 12, estão os elementos conheci-dos como de transição simples e os de transição interna (que corresponde às séries dos lantanídios e actinídios). De 13 a 18 estão os grupos dos elementos represen-tativos.

Muitos grupos da tabela periódica são comumente referidos pelos seus nomes, não só pela numeração. Vejamos alguns exemplos:

• grupo 1: metais alcalinos

• grupo 2: metais alcalinos terrosos • grupo 16: calcogênios

• grupo 17: halogênios • grupo 18: gases nobres

Observação

O hidrogênio apresenta propriedades bastante pe-culiares. Só está no grupo por conveniência.

Períodos correspondem aos arranjos horizontais da tabela. Como exemplo, vamos focar o segundo período.

2. Até recentemente, a numeração das linhas verticais seguia outro critério. Ainda hoje é comum encontrar livros que utilizam o antigo critério. Na tabela, o antigo critério é apresentado logo abaixo do número do grupo.

elemento químico: lítio: Li Z = 3 berílio: Be Z = 4 boro: B Z = 5 carbono: C Z = 6 nitrogênio: N Z = 7

símbolo número atômico

Veja observação no final desta aula.

Os três grandes conjuntos de elementos:

metais, não

metais e semimetais

Voltemos à tabela periódica. Observe que identifi-camos, nitidamente, três grupos de elementos. O maior conjunto é o dos metais, que inclui quase 80% dos ele-mentos.

Vejamos algumas de suas propriedades: • são bons condutores de eletricidade e calor, • são sólidos à temperatura ambiente, dúcteis e

ma-leáveis,

• têm elevados pontos de fusão e ebulição, • perdem elétrons com facilidade e,

• de um modo geral, têm brilho característico. O segundo grande bloco refere-se aos não-metais. Este conjunto de elementos apresenta propriedades opostas às dos metais. Não têm brilho, são maus con-dutores de eletricidade e de calor, têm tendência a re-ceber elétrons e formar ânions (íons negativos) e não são dúcteis ou maleáveis.

Por fim, os semimetais agrupam elementos com propriedades intermediárias entre os metais e os não metais.

Observação

Atualmente a IUPAC recomenda apenas a diferencia-ção entre metais e ametais, não mais a classificadiferencia-ção semi-metais. Na tabela anteriormente apresentada há ambas as classificações.

Dê uma olhada!

Exercício

Responda rapidamente:

a) qual o critério usado para ordenar os elementos na tabela? elemento químico: Observação oxigênio: O Z = 8 flúor: F Z = 9 neônio: Ne Z = 10

símbolo número atômico

Ao percorrer um período da tabela, da esquerda para a direita, o número atômico aumenta.

515-1

b) como são chamadas as linhas verticais da tabela periódica?

c) como são chamadas as linhas horizontais da tabela periódica?

d) qual é o grupo, ou família, dos metais alcalinos?

Estudo orientado exercícios

1. Por qual nome podemos nos referir aos seguintes grupos? Escreva o símbolo de todos os elementos (ex-ceto aquele recente e sem nome definido) de cada grupo.

a) grupo 1 d) grupo 17 b) grupo 2 e) grupo 18 c) grupo 16

2. Consultando a tabela periódica, diga qual elemen-to se encontra no 4º período do grupo 17.

roda de leitura

Propriedades periódicas

Referem-se às propriedades que se repetem em de-terminados intervalos regulares. Por exemplo? A menstruação das mulheres é um evento que aconte-ce com regularidade, é periódica – umas são mais re-gulares do que outras, mas são periódicas sempre. Se esta regra não acontecer, é por que provavelmente ela será mãe. (Calma, pode não ser o fim do mundo, tal-vez seja o começo de uma nova vida, literalmente.)

Portanto, quando nos referimos à classificação

periódica dos elementos químicos, estamos falando de

um tipo de organização dos elementos, em grupos, dentro dos quais certas características são comuns e se repetem em dados intervalos.

Cuidado!

Certifique-se de que você tem bem nítida a diferen-ça entre grupos (ou famílias) e períodos. Se não tiver, dirima esta dúvida.

Vamos conhecer duas propriedades periódicas.

Raio atômico

Conversa sobre raio atômico parece conversa de bêbados. Aquele fim de noite em que o garçom está pedindo pelo amor de Deus para fechar a conta por-que precisa ir embora, pois tem coisa mais importan-te para fazer, como dar milho aos pombos.

Certamente há coisas mais interessantes a saber do que raio atômico. Afinal, como falar de algo que sequer conseguimos enxergar? Que é abstrato? Mes-mo teoricamente assumido, o raio atômico refere-se a uma grandeza que dificilmente pode ser precisada, já que os elétrons não estão localizados em distân-cias e posições definidas em torno do núcleo do áto-mo, mas em constante movimento ao redor.

Se, entretanto, assumirmos os átomos como se ti-vessem forma esférica e estiti-vessem em contato uns com os outros, então a distância entre os seus núcle-os dividida por dois equivaleria ao raio do átomo.

Percorrendo cada um dos períodos da tabela pe-riódica da esquerda para a direita, sabemos que o mero atômico aumenta. Pois bem, se aumentam o nú-mero de prótons e, conseqüentemente, o núnú-mero de elétrons, aumenta também a intensidade da força atrativa (INTRA) núcleo ↔ eletrosfera, já que aumen-tam as cargas positiva e negativa. Isto resulta em um “encolhimento”, uma diminuição do raio atômico, da distância entre os átomos. Assim, num mesmo perío-do da tabela periódica, o raio atômico aumenta da direita para a esquerda e de cima para baixo. Se pre-ferir, diminui da esquerda para a direita e de baixo para cima. O esquema a seguir ilustra o comporta-mento.

raio atômico crescente

Raio atômico na tabela periódica

Eletronegatividade

O termo eletronegatividade está associado à tendência do átomo em atrair elétrons de um outro átomo quando os dois estabelecem uma ligação

Grupos ou famílias.

Períodos.

química A • aula 4

1ª print – 29/04/2005 - Valéria Cad 2 • 2005 / Hermes / Selene

Vesp SQS/FS Hum/Mat e Not

Estudo orientado exercícios

1. (UNICAMP) “Os peixes estão morrendo porque a água do rio está sem oxigênio, mas nos trechos de maior corredeira a quantidade de oxigênio aumenta”. Ao ouvir essa informação de um técnico do meio am-biente, um estudante que passa pela margem do rio ficou confuso e fez a seguinte reflexão: “Estou vendo a água no rio e sei que a água contém, em suas molé-culas, oxigênio; então como pode ter acabado o oxi-gênio do rio?”

a) Escreva a fórmula das substâncias mencionadas pelo técnico.

b) Qual é a confusão cometida pelo estudante em sua reflexão?

2. (UFMG) Observe a figura que representa a água no estado líquido.

Se em um determinado composto existir uma liga-ção iônica, então haverá íons positivos (cátions) e ne-gativos (ânions). Estes íons podem se referir a um ele-mento (Na+_{, K}+_{, Mg}2+_{, A}l3+_{, C}l–_{, Br}–

, S2– _{etc.), como}

tam-bém a um agrupamento de átomos – neste caso, o íon é formado por elementos que se ligam por ligação co-valente.

Observação

Na fórmula do composto iônico escreve-se primei-ramente o elemento menos eletronegativo (o cátion) e depois o mais eletronegativo (o ânion).

Veja que curioso...

Nos exemplos anteriores, a fórmula indica quantos cátions e ânions estão presentes no composto. Repare que essas quantidades variam de um composto para outro, conforme variam as cargas dos íons.

No MgBr₂, por exemplo, há dois íons Br– _{(cada um}

com uma carga negativa) para cada Mg2+ _{(que possui}

duas cargas positivas). As cargas dos dois Br– _{anulam as}

duas cargas positivas do Mg2+_{, de modo que o}

compos-to resultante é eletricamente neutro. E isso se repete nos outros casos mostrados...

Se não entendeu bem, fique tranqüilo! Voltaremos a esse assunto – e com mais afinco – num outro momento.

Exercício

Identifique o(s) tipo(s) de ligação(ões) existente(s) nas espécies abaixo. a) N₂ covalente apolar covalentes polares ligações iônicas ligação iônica composto iônico b) SO₂ c) Fe₂O₃ d) LiF e) Na₂SO₄

química A • aula 5

515-2

Cad 2 • 2005 / Hermes / Selene Vesp SQS/FS Hum/Mat e Not

1o _{gasolina: mistura de substâncias, não elemento químico;}

2o _{água: polar, não apolar como dito;}

3o _{água e gasolina não são perfeitamente miscíveis.}

H δ+ δ– δ+ H O molécula de água representação das pontes de hidrogênio: interações entre as moléculas de água H H O H H O H H O H H O H H O

tituem um caso particular, em que forças intermole-culares, dipolo-dipolo, atuam intensamente. A figura a seguir ilustra este texto usando a molécula da água como exemplo.

Pois saiba que tais temperaturas, de ebulição e fu-são, são explicadas pelas forças de atração e repulsão que agem entre as partículas e, por conseguinte, por que algumas substâncias são sólidas, outras líquidas e outras gasosas nas condições ambientes.

Nos compostos iônicos, por exemplo, as forças de atra-ção são muito intensas, o que explica o fato de esses com-postos serem sempre sólidos nas condições ambientes. Já nas substâncias moleculares, que são formadas exclusivamente por ligações covalentes, a intensidade das forças de atração varia muito e, por esta razão, es-tas substâncias podem ser encontradas no estado sóli-do, outras no estado líquido ou gasoso. A água, por exemplo, pode existir em mais de um estado físico si-multaneamente, dependendo das condições, pode co-existir até nas três.

Exercícios

1. Qual das substâncias abaixo, no estado líquido, apresenta maior temperatura de ebulição?

a) CH₄ b) N₂ c) HCl d) H₃C – OH e) H₃C – CH₃

2. (UELondrina) Numa prova, um estudante afirmou: “A gasolina é um elemento químico mais volátil1 _do que a água, porque na água as moléculas se unem mais fortemente do que na gasolina. Por serem líqui-dos apolares, ambos são perfeitamente miscíveis.” Quantos erros o aluno cometeu?

a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 Estudo orientado exercícios

1. (PUC-SP) As forças de London, também denomina-das forças de dispersão, representam um dos tipos de forças intermoleculares e podem ser atribuídas: a) à atração decorrente da existência de íons de carga

oposta.

b) à atração proveniente do fato de a substância apre-sentar dipolos permanentes.

Estabelecimento de pontes de hidrogênio entre as moléculas da água, que são dipolos permanentes. Lembre-se de que esta representação é planar (plano da folha); considere que as moléculas efetivamente interagem no espaço – a interação de uma molécula se dá com muitas e muitas outras moléculas.

A geometria (angular) das moléculas de água e a disposição espacial delas, devido às pontes de hidrogênio existentes, na água sólida implicam uma menor densidade do gelo, que portanto flutua na água líquida.

Forças de atração intermolecular e os estados físicos

Vimos que as substâncias podem existir (e até coe-xistir) em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. Tanto a fusão (passagem do estado sólido para o líqui-do) quanto a ebulição (passagem do estado líquido para o gasoso) de uma substância ocorrem a uma tempera-tura constante: a temperatempera-tura (ponto) de fusão (T_F) e a temperatura (ponto) de ebulição (T_E).

Co re l S to c k P h oto

química A • aulas 6 e 7

Exercícios

1. Podemos denominar os ânions a partir do nome do respectivo ácido ionizado mudando apenas a termi-nação do ácido. Para isso, utilizamos as seguintes re-lações:

Com base nas informações dadas, dê nome aos âni-ons obtidos na ionização dos ácidos abaixo; apro-veite a oportunidade para rever os nomes de alguns ácidos. a) H₂S 2H+ _{+ S}2– b) H₂CO₃ 2H+ _{+ CO} 3 2 – c) HNO₃ H+ _{+ NO}– 3 d) H₂SO₄ 2H+ _{+ SO} 4 2 –

2. A seguir temos uma tabela de cátions que o auxi-liará sempre que necessário:

ânion sulfeto ânion carbonato ânion nitrato ânion sulfato ácido sulfídrico ácido carbônico ácido nítrico ácido sulfúrico

Dê o nome dos hidróxidos a seguir. a) NaOH

b) Pb(OH)₂

c) hidróxido de alumínio

3. Formule o sal, e dê seu nome, a partir do cátion e do ânion fornecidos (se necessário, utilize a tabela de cátions): a) Cu2+ _{e SO} 4 2 – b) Ca2+ _{e NO} 3 – c) Na+ _{e HCO} 3 – d) Al3+ _{e CO} 3 2 – hidróxido de sódio

hidróxido de chumbo (II)

sulfato de cobre (II), CuSO₄

nitrato de cálcio, Ca(NO₃)₂

bicarbonato de sódio, NaHCO₃ carbonato de alumínio, A_l2(CO₃)₃ Al(OH)₃