ESTRUTURA DA MATÉRIA
ESTEQUIOMETRIA
Flavio Leandro de Souza
CONSTANTE DE AVOGADRO - MOL
CONSTANTE DE AVOGADRO - MOL
MASSA MOLAR
um mol de um sólido (NaCl) 58,5 gramas
um mol de um gás (CO2) 44 gramas
Lei da conservação da massa:
Reagentes limitantes
ESTRUTURA DA MATÉRIA
EVIDÊNCIAS DO ELÉTRON
Flavio Leandro de Souza
Carga Elétrica
Ao friccionar um bastão a uma estopa vemos
Carga Elétrica
Se dois bastões forem
friccionadas por um tecido
de seda, vemos que eles
repelem entre si porém
Carga Elétrica
Atribuimos ao material
uma carga elétrica e essa
carga pode ser positiva ou
negativa, a convenção foi
adoptada por Benjamin
Carga Elétrica
A carga elétrica pode ser
medida por um
eletroscópio e a unidade
no SI é o coulomb (C).
Força e energia potencial elétrica
• Coulomb determinou uma expressão para a
força elétrica no seu experimento de torção.
F
12
=
kq
1
q
2
r
2
Força e energia potencial elétrica
• Podemos contabilizar o trabalho necessário para trazer uma
carga q do infinito até uma distância R de uma carga Q, esse
trabalho será:
W=F
12
R=
kqQ
R
2
R=
Energia potencial elétrica
• Dizemos que existe uma energia potencial elétrica a qual
está amarzenada na carga em presença de outra. Se soltarmos
a carga ela vai realizar trabalho e transformar a energia
potencial em cinética.
Campo Elétrico
Como um objeto carregado exerce uma força em outro
objeto carregado, podemos dizer que esse objeto
carregado produz em sua volta um campo de forças
chamado de campo elétrico. Se dois ou mais objetos
estiverem carregados, o campo elétrico gerado será a
soma de cada.
E
q
=
F
Michael Faraday
= Força elétrica
= Campo elétrico
Potencial elétrico
Dois objetos carregados geram um potencial elétrico para um terceiro
Potencial elétrico
• O valor desse potencial é proporcional a diferença de cargas e a
constante de proporcionalidade é a capacitância.
• O potencial tem como unidade no SI o volt V e, muitas vezes, é
chamado de tensão.
• No exemplo usaremos duas placas paralelas.
Potencial de Placas Paralelas
Verificamos que na região central de um capacitor de placas
paralelas o campo elétrico é constante e aponta para direção
perpendicular. Seu valor depende da tensão aplicada às placas e a
distância entre elas.
Tipos de materiais
Quanto a mobilidade de cargas, observamos dois tipos de materiais,:
Isolantes
Conceito de Elementos
ISOLANTES:
os materiais isolantes não conduzem cargas elétricas e, portanto,
Conceito de Elementos
CONDUTORES:
Corrente Elétrica
Caso dois objetos que possuam cargas e forem separados
por um material condutor, as cargas se moverão até que os
objetos tenham a mesma carga. Nesse movimento haverá uma
corrente elétrica entre os objetos.
I
=
Q
Corrente Elétrica
A unidade de corrente no SI é ampere A.
A corrente elétrica será proporcional ao potencial.
V
=
R I
André-Marie Ampère
Georg Simon Ohm
Materiais Supercondutores
Há determinados mateirais que ao serem submetidos à
temperaturas baixas tem sua resistência indo a zero tornando-se
Fontes de Eletricidade
Das diversas fontes de eletricidade, podemos citar:
Atrito
Química
Térmica
Mecânica
Fontes de Eletricidade
Fontes Químicas
Alessandro Volta observou a existência de corrente elétrica
quando, em uma célula, duas placas de metais diferentes são
colocados numa solução de ácido sulfúrico.
Dissociação eletrolítica
Com uma pilha observamos que, ao diluir sal em água, há
corrente elétrica passando, porém quando colocamos açúcar não
observamos.
Dissociação eletrolítica
Hipótese de Arrhenius
Para explicar esse fato, Arrhenius propôs que o açúcar ou o sal se
dividem em moléculas menores quando estão em solução de
água. Na dissociação do sal as moléculas são chamados de íons:
Eletrólise
Para entendermos melhor o que acontece, vemos no processo de
eletrólise a hipótese de Arrhenius.
Leis de Faraday
Ao observar a eletrólise Faraday formulou as seguintes leis:
1) A massa de uma substância produzida por um catodo ou anodo
de uma eletrólise é proporcional a carga passada na célula.
2) As massas de diferentes substâncias produzidas pela mesma
Leis de Faraday
Número de Faraday
Dessas leis supomos que para a produção de 1mol de substância
foi usado 1mol de carga elétrica, e a quantidade de carga
contida nesse mol é o número de Faraday.
Funcionamento de uma pilha
Com a hipótese de Arrhenius podemos entender melhor como se dá o funcionamento de uma célula voltáica.
Cu0
(s) + Ag+(aq) Cu2+(aq) + Ag0(s)
Cu0
(s) + AgNO3(aq) Cu(NO3)(aq) + Ag0(s) AgNO3(aq)
Cu(s)
Cu(NO3)2(aq)
Funcionamento de uma pilha
Hipótese do elétron
Como 1mol de cargas foram usados para a
eletrólise de 1mol de substância, leva-nos crer que
esse mol de cargas seja o número de Avogadro de
uma partícula com uma determinada carga. A
eletricidade existe em unidades discretas e essa
partícula começou a ser chamada de elétron por
Stoney. George Johnstone
ESTRUTURA DA MATÉRIA
EVIDÊNCIAS DO ELÉTRON
Flavio Leandro de Souza
Fontes de Eletricidade
Fontes Químicas
Alessandro Volta observou a existência de corrente elétrica
quando, em uma célula, duas placas de metais diferentes são
colocados numa solução de ácido sulfúrico.
Leis de Faraday
Ao observar a eletrólise
Faraday formulou as seguintes
leis:
1) A massa de uma substância produzida
por um catodo ou anodo de uma eletrólise é
proporcional a carga passada na célula.
2) As massas de diferentes substâncias
produzidas pela mesma carga são
proporcionais a massa equivalente das
Leis de Faraday
Número de Faraday
Dessas leis supomos que para a produção de 1mol de substância
foi usado 1mol de carga elétrica, e a quantidade de carga
contida nesse mol é o número de Faraday.
Hipótese do elétron
Como 1mol de cargas foram usados para a
eletrólise de 1mol de substância, leva-nos crer que
esse mol de cargas seja o número de Avogadro de
uma partícula com uma determinada carga. A
eletricidade existe em unidades discretas e essa
partícula começou a ser chamada de elétron por
Stoney. George Johnstone
Raios catódicos
1870: Em um tubo de vidro com uma pressão interna muito baixa
é colocado uma placa paralela e essa submetida a uma tensão
de 10.000V. Observamos um raio que percorre por dentro do
tubo em linha reta até atingir atinge um material fluorescente.
Dentro do tubo de vidro: pequena quantidade de gás e dois eletrodos ligados a uma
fonte elétrica externa.
Circuito ligado: aparecia um feixe de raios provenientes do cátodo (eletrodo negativo), que se dirigia para o ânodo (eletrodo positivo).
Experimento de Perrin
Perrin coletou parte dos raios que saíam do anôdo e observou que
a carga do coletor era negativa. Por isso ele concluiu que o
feixe era de partículas carregadas negativamente.
Experimento de Thomson
1897
Thomson acoplou ao tubo de raios catódicos um ímã para produzir
uma força magnética e um capacitor para produzir uma força
contrária a força magnética. Ajustando o potencial no capacitor
ele pode controlar o desvio do feixe até a situação sem desvio
obtendo com isso a velocidade das partículas do feixe.
v
=
6
×
10
7m
/
s
O elétron (e)
Observando os desvios que os raios faziam quando a tensão no
capacitor mudava, ele obteve uma razão entre a massa e a carga
do elétron. Hoje sabemos que essa razão é de:
Com base nesse experimento, Thomson concluiu que:
a) os raios eram partículas (corpúsculos) 1000 vezes menores que
os átomos;
b) os raios apresentavam carga elétrica negativa. Essas partículas
foram denominadas elétrons (e).
O elétron (e)
e
m
=
1,75
×
10
11
Em 1897 Thomson descobriu a
primeira partícula fundamental do
Modelo Padrão e em 1906 ganhou
o prêmio Nobel em reconhecimento
a essa descoberta.
Em 1907, o cientista russo Boris Rosing usou um Tubo de Raios
Catódicos na extremidade de recepção de um sinal de vídeo
experimental para formar uma imagem. Ele conseguiu mostrar
formas geométricas simples na tela, o que marcou a primeira vez
que a tecnologia de Tobos de Raios
Catódicos foi usada para o que hoje
é conhecida como a televisão.
Thomson propôs um novo modelo, denominado pudim de passas:
“O átomo é maciço e constituído por um fluido com carga elétrica positiva, no qual estão dispersos os elétrons”.
Como um todo, o átomo seria eletricamente neutro.
Experimento de Millikan
1909
Podemos estimar através do experimento de Thomson e com a
constante de Faraday a massa e a carga do elétron. Porém foi
somente com o experimento de Millikan que pudemos ter a carga
e a massa do elétron diretamente.
Experimento de Millikan
1909
No experimeto, uma gota de óleo cai em uma câmara. Com a
ultilização de um campo elétrico podemos cessar a queda da gota.
A carga do elétron (e)
vídeo
No equilíbrio temos na direção vertical,
0
=
P
F
e
d
qV
=
P
d
V
=
E
A carga do elétron (e)
qE
=
F
e
Ao fazer a gota subir, ele observou que sua velocidade era
constante devido a força de arrasto da gota com o ar que era
conhecida.
0
=
F
P
F
e
a
A carga do elétron (e)
Experimento de Millikan
Em vários experimentos com diferentes gotas, ele determinou
valores como:
Carga da gota X 10-20 C
16 16 32 32 80 80
A carga do elétron (e)
Experimento de Millikan
Dessa forma ele concluiu que cada gota tinha um número inteiro
de elétrons a menos. E como os valores da carga da gota eram
múltiplos de um valor, ele pode afirmar que esse valor é a carga
do elétron.
C
=
e
1,60217646
10
19
A carga do elétron (e)
Experimento de Millikan
Conhecida a carga o elétron pudemos ultilizar o experimento de
Thomson para determinar a massa do elétron.
kg
=
m
e
0,91083
10
30
H
e
=
m
m
1837
1
C
=
e
1,60217646
10
19
Numero de Avogadro
l
96.490C/mo
Visto que os elétrons são partículas e que o átomos podem gerar
elétrons. Thomson propôs um modelo estável para o átomo na
qual os elétrons estavam dentro de uma geléia carregada
positivamente, ficando conhecido como modelo do pudim de
passas.
1886: o físico alemão Eugen Goldstein, usando uma aparelhagem
semelhante à de Thomson, observou o aparecimento de um
feixe luminoso no sentido oposto ao dos elétrons.
Concluiu que os componentes desse feixe deveriam apresentar
carga elétrica positiva.
1904: Ernest Rutherford, ao realizar o mesmo experimento com o
gás hidrogênio, detectou a presença de partículas com carga
elétrica positiva ainda menores, as quais ele denominou
prótons (p).
A massa de um próton é aproximadamente 1.836 vezes maior que a de um elétron.
A comparação do número de partículas que atravessavam a
lâmina com o número de partículas que voltavam levou
Rutherford a concluir que o raio do átomo é 10 mil vezes
maior que o raio do núcleo.
A partir dessas conclusões, Rutherford propôs
um novo modelo atômico, semelhante ao
sistema solar.
1932: Essas partículas foram descobertas por Chadwick, durante
experiências com material radioativo. Ele as denominou
nêutrons.
Os nêutrons estão localizados no núcleo e apresentam massa muito
próxima à dos prótons, mas não têm carga elétrica.
O modelo atômico mais utilizado até hoje é o de
Rutherford, com a inclusão dos nêutrons no núcleo.
Bibliografia
Química — volume único, João Usberco e Edgard
Salvador, Saraiva - 5ª ed. reform.
Princípios de Química, Questionando a vida moderna e o
meio ambiente, Peter Atkins e Loretta Jones, Editora Bookman - 3ª edição
Física Moderna para iniciados, interessados e
