CONCEITOS BÁSICOS DA
QUÍMICA
01. O átomo e sua constituição.
02. Número atómico, número de massa e massa atómica.
03. Símbolo químico.
04. Estrutura electrónica dos átomos.
05. Tabela Periódica.
06. Ião e massa iónica.
07. Isótopos. Radioactividade.
08. Molécula, massa molecular, ião polinuclear.
09. Fórmula química.
10. Elemento, composto e mistura.
11. Estados físicos da matéria.
12. Electronegatividade. Ligação química.
13. Regra do octeto.
14. Fórmulas de estrutura.
15. Mole. Massa molar.
16. Reacção química. Equação química. Estequiometria.
17. Concentração de uma solução. Molaridade. Diluição.
18. Equilíbrio químico.
CONCEITOS BÁSICOS DA
QUÍMICA
01. O átomo e sua constituição
O átomo é a partícula básica da matéria organizada, constituída por uma região central (núcleo) contendo a quase totalidade da massa da partícula, representada pelos nucleões (protões e neutrões) e por um invólucro electrónico (ou nuvem electrónica), que ocupa a quase totalidade do volume atómico (99,9 %) e contém os electrões.
O protão nuclear transporta uma unidade elementar de carga eléctrica positiva e tem a
massa de 1 u (unidade de massa atómica, ou dalton, d), ou seja, 1,7 x 10-27 kg.
O neutrão nuclear não transporta carga eléctrica e tem massa igual à do protão.
Tanto o protão como o neutrão são constituídos por partículas fundamentais designadas por quarks.
O electrão é uma partícula fundamental que transporta uma unidade elementar de carga eléctrica negativa, tem uma massa 1836 vezes menor que a massa de um nucleão e preenche o invólucro electrónico dos átomos.
O diâmetro do núcleo é da ordem de 10-15 m e o do átomo é da ordem de 10-10 m.
O átomo constitui o limite da divisibilidade da matéria simples ou elementar, para além do qual se deixa de ter uma matéria (elemento) com propriedades bem definidas e se passa a ter apenas partículas fundamentais.
O átomo é electricamente neutro (o número de cargas positivas do núcleo - protões - é Igual ao número de cargas negativas - electrões) e representa-se por símbolos químicos.
02. Número atómico, número de massa e massa atómica
O número atómico representa-se pela letra maiúscula Z e coloca-se do lado esquerdo do
símbolo químico, em índice inferior (ZX), e corresponde ao número de protões nucleares do
átomo. É característico de um dado elemento, identificando-o, caracterizando-o e permitindo distingui-lo de outro qualquer. Dado que, num átomo, o número de cargas positivas (dado pelo número atómico) é igual ao de cargas negativas, o valor do número atómico informa, indirectamente, que o número de cargas negativas (electrões) é igual. O número de massa representa-se pela letra maiúscula A e coloca-se do lado esquerdo do
símbolo químico, em índice superior (AX), e corresponde à soma do número de protões com
o número de neutrões que um átomo possui no núcleo. Pode variar dentro do mesmo elemento devido à variação do número de neutrões no caso dos isótopos.
A massa atómica é a quantidade de matéria existente num átomo, fazendo-se corresponder este valor à massa do núcleo (soma da massa dos nucleões que o constituem), uma vez que a massa total dos electrões do invólucro, insignificante quando comparada com a massa
nuclear, não é considerada significativa. Exprime-se em unidades de massa atómica (u, ou d) ou sem unidade, tratando-se da massa atómica relativa, quando resulta da comparação entre a massa absoluta do átomo (x u) e a massa tomada como padrão de comparação (1/12 da massa do carbono - 12).
03. Símbolo químico
Um símbolo químico é representado por uma letra ou duas (quando a primeira é usada para mais do que um elemento químico) que representa(m) abreviadamente o nome de um elemento químico. A primeira é sempre maiúscula e a segunda, quando existe, sempre minúscula (para não ser tomada por outro símbolo químico). Os conjuntos de letras não são lidos, mas soletrados.
Os nomes dos elementos químicos têm origem no nome latino do elemento, homenageiam pessoas ou lugares ou sugerem propriedades do elemento (por exemplo, o elemento de Z = 43 chama-se tecnécio por ser artificial).
O símbolo químico é uma representação com as vantagens da rapidez de escrita e do carácter universal.
04. Estrutura electrónica dos átomos
A estrutura electrónica dos átomos consiste no modo como os electrões se distribuem em torno do núcleo, no invólucro electrónico (ou nuvem electrónica).
Os electrões mantêm-se no invólucro porque têm carga negativa e, portanto, são atraídos pelos protões carregados positivamente e que se encontram no núcleo. Mas, cargas iguais repelem-se, pelo que os electrões são, ao mesmo tempo, atraídos pelo núcleo e repelidos entre si. A resultante deste sistema de forças atractivas e repulsivas é que determina a estabilidade da nuvem electrónica, logo do átomo. Os electrões não podem amontoar-se todos à mesma distância do núcleo pois, nesse caso, a resultante seria repulsiva.
Assim, ao construir-se a estrutura electrónica dos átomos, os electrões vão ocupando posições de que resulte a estabilidade global. Não se movem em “órbitas” porque isso implicaria uma trajectória definida, a qual não é possível. Movem-se em “orbitais”, que correspondem a um volume do espaço perto do núcleo onde existe uma probabilidade apreciável de se encontrar um electrão que lhe pertença.
Cada átomo possui um conjunto de orbitais virtuais que se irão preenchendo consoante o número de electrões que o átomo possua. Cada orbital é caracterizada por um conjunto de números ditos “quânticos” (de “quantum”, que significa “unidade elementar”) e que são: n, l, m (que definem uma orbital podendo conter 2 electrões) e s (que define o estado de cada electrão). O n é o “número quântico principal” e está relacionado com a distância média do electrão ao núcleo, o que determina, em grande parte, a energia associada ao electrão e o tamanho da orbital. Já l, “número quântico secundário”, está relacionado com a forma geométrica das orbitais e também com a energia dos electrões que nelas se movem. E m, “número quântico magnético”, está relacionado com as diferentes orientações
espaciais possíveis das orbitais. E s, “número quântico de spin” (to spin = girar), traduz um dos dois estados possíveis de cada electrão numa orbital, algo como: um roda para a direita e outro roda para a esquerda. Assim, em cada orbital, só podem existir 2 electrões e, quando existem, têm spins opostos.
Os valores possíveis para n são: 1, 2, 3, 4, …, n (ou seja, qualquer valor inteiro, não nulo). Quando n aumenta, assim também a distância média do electrão ao núcleo, logo maior é a orbital. Os valores possíveis para m são: 0, 1, 2, 3, …, n-1. Para cada valor de n, o l pode assumir todos os valores inteiros compreendidos entre 0 e n-1, isto é, pode tomar n valores diferentes. Assim:
n = 1 → l = 0 (orbital esférica) n = 2 → l = 0
l = 1 (orbitais bilobulares, semelhantes a halteres) l = 0
n = 3 → l = 1
As formas das orbitais representam-se pelas letras minúsculas s, p, d, f: l = 0 → orbitais s (de sharp)
l = 1 → orbitais p (de principal) l = 2 → orbitais d (de diffuse) l = 3 → orbitais f (de fundamental)
O número quântico m está associado às diferentes orientações espaciais possíveis das orbitais. Os valores possíveis para m são todos os números inteiros que vão de - l até + l, em que l é o número quântico secundário. Portanto, para cada valor de l, m pode tomar 2 l + 1 valores: l = 0 → m = 0 → 1 orbital s m = -1 l = 1 → m = 0 → 3 orbitais p m = +1 m = -2 m = -1 l = 2 → m = 0 → 5 orbitais d m = +1 m = +2 m = -3 m = -2 m = -1 l = 3 → m = 0 → 7 orbitais f m = +1 m = +2 m = +3
Ao longo da Tabela Periódica, onde os elementos estão colocados por ordem crescente do respectivo número atómico, ao passar-se de um elemento para o seguinte há um novo electrão para inserir na estrutura electrónica. Ele entrará na orbital de mais baixa energia disponível, de preferência vazia, para minimizar as repulsões. Se só houver uma orbital já semipreenchida, ele entrará nela, mas adoptando spin oposto ao do que lá se encontra. O nível de energia mais baixo tem n = 1. Para n = 1, é l = 0 e m = 0. Só é possível uma
orbital, s, esférica, a qual fica completa com 2 electrões. O 1º período da T. P. (n = 1) só tem, assim, 2 elementos (H e He), para os quais se preenche esta orbital:
1H: 1s1 2He: 1s2 [He]
Para n = 2 (2º período da T.P.), temos l = 0 e l = 1. O conjunto (n = 2, l = 0, m = 0) define uma orbital 2s, esférica e maior que a 1s. Completam-na:
3Li: [He] 2s1 4Be: [He] 2s2
Passa-se então para l = 1, caso em que m pode assumir 3 valores. Temos, portanto, não uma, mas um conjunto de três orbitais: (n = 2, l = 1, m = -1), (n = 2, l = 1, m = 0) e
(n = 2, l = 1, m = +1). São três orbitais p, que se preenchem com os seis elementos que se seguem ao Be: 5B: [He] 2s2 2p1 6C: [He] 2s2 2p2 7N: [He] 2s2 2p3 8O: [He] 2s2 2p4 9F: [He] 2s2 2p5
10Ne: [He] 2s2 2p6 = [Ne]
Fica assim completo o 2º nível de ebergia, no 2º período da T.P. O electrão a mais do elemento seguinte (Na) já terá de entrar na orbital de mais baixa energia do 3º nível: 3s. Como antes: 11Na: [Ne] 3s1 12Mg: [Ne] 3s2 13 Al: [Ne] 3s2 3p1 14Si: [Ne] 3s2 3p2 15P: [Ne] 3s2 3p3 16S: [Ne] 3s2 3p4 17Cl: [Ne] 3s2 3p5 18Ar: [Ne] 3s2 3p6 = [Ar]
Note-se que, no 3º nível de energia, quando n = 3, l também pode assumir o valor l = 2, além do l = 0 (orbital s) e do l = 1 (orbitais p). Quando l =2, o m pode assumir 5 valores: -2, -1, 0, 1 e 2, ou seja, para l = 2, temos um conjunto de 5 orbitais (d).
Seria de esperar que no elemento seguinte ao Ar o electrão entrasse numa orbital 3d do mesmo nível de energia. No entanto, isso não acontece por razões de estabilidade global da nuvem electrónica (a resultante do jogo de forças atractivas e repulsivas). Para conseguir esta estabilidade, é necessário que, primeiro, entrem electrões na orbital do nível de energia seguinte (4s) a fim de criar um “tampão” que permita a entrada dos electrões 3d. Assim:
19K: [Ar] 4s1
20Ca: [Ar] 4s2
21Sc: [Ar] 4s2 3d1
. . .
30Zn: [Ar] 4s2 3d10
e assim se completar o preenchimento do 3º nível de energia, podendo-se, então, retomar o preenchimento do 4º: 31Ga: [Ar] 4s2 3d10 4p1 . . . 36Kr: [Ar] 4s2 3d10 4p6 = [Kr]
Mas, tal como antes, n = 4 admite também, além de l = 0 (s) e l = 1 (p), não só l = 2 (d) mas também l = 3 (orbitais f). No entanto, pelas razões já referidas, e como aconteceu no 3º período, as orbitais 4d só se preencherão no 5º período (após o preenchimento da orbital 5s) e as orbitais 4f só se preencherão no 6º período (entre o primeiro e o segundo electrão 5d). Assim: 37Rb: [Kr] 5s1 38Sr: [Kr] 5s2 39Y: [Kr] 5s2 4d1 . . . 48Cd: [Kr] 5s2 4d10 49 In: [Kr] 5s2 4d10 5p1 . . . 54Xe: [Kr] 5s2 4d10 5p6 = [Xe]
Chegámos ao final do 5º período. A seguir, como nos períodos anteriores, completa-se a orbital s de n igual ao do período (6s):
55Cs: [Xe] 6s1 56Ba: [Xe] 6s2
Em seguida, como nos períodos anteriores, inicia-se o preenchimento das orbitais d com o n do período anterior (5d). Mas só entra o primeiro electrão:
57La: [Xe] 6s2 5d1
porque o lantânio (La) é o elemento que antecede o conjunto de 14 elementos, designados por lantanóides (“semelhantes ao lantânio”) e nos quais se preenchem as 7 orbitais 4f com que se completa o 4º nível de energia:
58Ce: [Xe] 6s2 5d1 4f1
. . .
71Lu: [Xe] 6s2 5d1 4f14
A seguir, volta-se ao preenchimento das orbitais 5d:
72Hf: [Xe] 6s2 4f14 5d2
. . .
80Hg: [Xe] 6s2 4f14 5d10
Ainda falta preencher as orbitais 5f mas estas, como aconteceu com as 4f, que se
preencheram dois períodos depois, só se preencherão no 7º período e do mesmo modo que as 4f: depois de completa a orbital 7s e entrado 1 electrão no conjunto de orbitais 6d. Por agora, vai-se chegar ao final do 6º período completando as orbitais de valência 6p (às quais se junta a orbital 6s para perfazer o octeto de electrões de valência):
81Tl: [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p1 . . . 86Rn: [Xe] 6s2 4f14 5d10 6p6 = [Rn] E então, a seguir: 87Fr: [Rn] 7s1 88Ra: [Rn] 7s2 89Ac: [Rn] 7s2 6d1
Preenche-se agora o segundo conjunto de elementos do bloco f, os actinóides, assim
designados por serem semelhantes ao elemento do bloco d que os antecede, o actínio, com as orbitais 5f: 90Th: [Rn] 7s2 6d1 5f1 . . . 103Lr: [Rn] 7s2 6d1 5f14
e retoma-se então o preenchimento das orbitais 6d:
104Rf: [Rn] 7s2 5f14 6d2
. . .
A seguir, viriam os 6 elementos que completariam o 7º período e preencheriam as orbitais 7p. No entanto, desde o neptúnio, Np, com Z = 93, inclusive, que os elementos são todos artificiais, não existem na Natureza, são sintetizados em laboratório. E, antes dele, o
tecnécio, 43Tc, e o promécio, 61Pm, são também artificiais. Ou seja, na Natureza existem 90
elementos. Os outros são todos fabricados. O próprio Cn, Copernício (em honra de
Copérnico), só existe uma fracção de segundo no momento da experiência, desintegrando- se logo. Assim, escrever a estrutura electrónica de um átomo com existência tão efémera é apenas um exercício. Depois do Cn já foram sintetizados outros dois dos 6 que faltam no
bloco p, 7º período: o 114Fl e o 116Lv. Os outros serão também sintetizados, um dia.
O modo de entrada, na estrutura electrónica, dos electrões das orbitais d (depois de preenchida a orbital s do nível de energia seguinte) e o dos electrões das orbitais f (entre o primeiro e o segundo electrão d do nível de energia anterior) tem a ver com razões de estabilidade global da nuvem electrónica, ou seja, com a resultante do sistema de forças atractivas e repulsivas em presença e, portanto, com a menor energia possível do sistema ultramicroscópico constituído por um átomo.
05. Tabela Periódica
Ao longo de cada linha horizontal da Tabela Periódica (T.P.), um período, os elementos químicos estão ordenados por ordem crescente do respectivo número atómico (Z) e do número de electrões de valência do átomo. Cada período inicia-se com um elemento contendo 1 electrão de valência e termina com um elemento contendo 8 electrões de valência.
Assim, ao longo de um período, as propriedades químicas dos elementos vão variando gradualmente, de acordo com a tendência dos átomos para reagir como for necessário para adquirir 8 electrões no nível de energia de valência, situação a que corresponde a estabilidade máxima. Conseguido isso, no final de cada período, salta-se para outro
período, para outro nível de energia, e reinicia-se a tendência (daí a designação “periódica”). Os elementos conhecidos estão presentes em 7 períodos, numerados de 1 a 7.
Esta arrumação faz com que fiquem uns sobre os outros, em colunas verticais (grupos), os elementos que têm o mesmo número de electrões de valência e, portanto, o mesmo comportamento químico.
Há dezoito grupos, numerados de 1 a 18, correspondentes ao preenchimento sucessivo da orbital s, de valência, com número quântico principal, n, igual ao número do período (dois elementos), das 5 orbitais d, que não são de valência, com número quântico principal, n, inferior em uma unidade ao da orbital s (dez elementos) e das 3 orbitais p, de valência, com número quântico principal, n, igual ao da orbital s e ao número do período (seis elementos). À entrada sucessiva de 18 electrões correspondem, pois, 18 grupos.
Os primeiros dois grupos constituem o bloco s (por, neles, se preencher a orbital s), os dez grupos seguintes (desde o 4º período) o bloco d (por, neles, se preencherem as 5 orbitais d) e os seis últimos grupos o bloco p (por, neles, se preencherem as 3 orbitais p). Os elementos
dos blocos s e p são designados por principais (ou representativos) e os do bloco d são designados por elementos secundários (ou de transição).
Existem ainda dois conjuntos de 14 elementos nos quais se preenchem as 7 orbitais f de número quântico principal, n, inferior em duas unidades ao do período em que se
encontram (o primeiro conjunto encontra-se no 6º período, preenchendo as orbitais 4f, e o segundo conjunto encontra-se no 7º período, preenchendo as orbitais 5f). São designados por lantanóides os do 6º período (do nome do elemento do bloco d que os antecede, o lantânio) e por actinóides os do 7º período (do nome do elemento do bloco d que os antecede, o actínio) ou, ainda, por metais de transição interna.
Dadas as propriedades químicas muito semelhantes dentro destes conjuntos e com os elementos antecedentes, os 14 elementos de cada conjunto aparecem na T.P. à parte do corpo principal da mesma e considera-se estarem todos inseridos dentro da casa do
elemento antecedente (lantânio, 6º período, ou actínio, 7º período) e, portanto, pertencem todos ao grupo 3 da Tabela Periódica.
06. Ião e massa iónica
Um ião (mononuclear) é uma partícula que resulta de um átomo que perdeu ou ganhou electrões. Se o átomo perdeu electrões, o ião mononuclear resultante é um ião positivo, ou catião (o número de protões nucleares excede o de electrões remanescentes). Se o átomo ganhou electrões, o ião mononuclear resultante é um ião negativo, ou anião ( o número de electrões presentes é superior ao de protões nucleares).
Uma vez que qualquer ião mononuclear difere do átomo que lhe deu origem apenas por possuir diferente número de electrões, não havendo alteração no número de protões nucleares (que é o que define um elemento), continua a ser o mesmo elemento (embora o seu comportamento químico se altere), pelo que um ião mononuclear se representa através do símbolo químico do átomo que lhe deu origem acrescido da indicação, em índice
superior direito, da qualidade e quantidade da carga eléctrica adquirida.
A massa iónica é a quantidade de matéria existente em um ião. Uma vez que a contribuição do total de electrões para a massa da partícula não é considerada significativa, por ser muito pequena, a massa do ião considera-se sempre igual à massa da partícula que lhe deu origem, independentemente da variação do número de electrões.
07. Isótopos. Radioactividade
Isótopos são átomos do mesmo elemento que só diferem entre si pelo número de neutrões que têm no núcleo. Podem existir na Natureza em proporções variáveis ou ser fabricados. Quase todos os elementos químicos possuem isótopos. Identificam-se pelo respectivo símbolo químico, que é comum, uma vez que o número de protões é o mesmo, seguido de um traço e do correspondente número de massa (que permite identificar quantos neutrões
estão presentes no núcleo), como em N-15, que se lê: “azoto quinze” ou “isótopo 15 do azoto”.
Um radioisótopo é um isótopo radioactivo, isto é, um isótopo que possui a propriedade da radioactividade, natural ou induzida artificialmente.
A radioactividade é uma propriedade natural (eventualmente, artificial) do núcleo de alguns isótopos que consiste na emissão espontânea (quer dizer, não provocada por acções
exteriores ao núcleo) de partículas e/ou radiação a partir desses núcleos. Tal emissão dar-se-á até que a instabilidade nuclear que a provoca cesse, dando-se assim a
transformação desse isótopo num outro, não radioactivo, do mesmo elemento ou, com mais frequência, de outro elemento. O tempo necessário para que uma dada quantidade de material radioactivo se reduza a metade, por desintegração, é chamado período de
meia-vida.
Existem várias e importantes aplicações práticas da radioactividade (militar, Medicina, datação, investigação).
08. Molécula, massa molecular, ião polinuclear
Uma molécula é uma associação de dois ou mais átomos, iguais (elemento) ou diferentes (composto) ligados entre si. Constitui o limite da divisibilidade da matéria composta, para além do qual se passa a ter os elementos constituintes. Representa-se por fórmulas químicas.
A massa molecular é a quantidade de matéria existente numa molécula, a qual corresponde à soma da massa de todos os núcleos atómicos que a constituem.
Um ião polinuclear é uma partícula que resulta de uma molécula que perdeu ou ganhou electrões, assim adquirindo uma determinada qualidade e quantidade de carga eléctrica. Num ião polinuclear, o número total de electrões presentes é superior (anião) ou inferior (catião) ao número total dos protões existentes nos vários núcleos que o constituem.
09. Fórmula química
Uma fórmula química é um conjunto de dois ou mais símbolos químicos que representa abreviadamente o nome duma molécula de uma substância elementar (símbolos iguais) ou duma substância composta (símbolos diferentes). Do lado direito de cada símbolo químico, em índice inferior, indica-se quantos átomos dessa espécie estão presentes na molécula. Se estiver presente um determinado grupo de átomos, que seja adequado pôr em evidência, coloca-se entre parênteses e indica-se em índice inferior direito quantos são. A fórmula química é uma representação com as vantagens da rapidez de escrita e do carácter universal.
10. Elemento, composto e mistura
Um elemento é um tipo de matéria formada por átomos de uma só espécie, ligados ou não, incluindo os vários isótopos que possam ocorrer.
Um composto é um tipo de matéria formada por átomos de duas ou mais espécies diferentes, ligados entre si, formando moléculas.
Uma mistura é um tipo de matéria formada por duas ou mais unidades estruturais diferentes, não ligadas entre si. Pode ser homogénea (se não se consegue, à vista desarmada, distinguir os componentes) ou heterogénea (se se consegue, à vista desarmada, distinguir os componentes). As misturas podem ser sólidas, líquidas ou gasosas.
11. Estados físicos da matéria
À temperatura e pressão normal, a matéria encontra-se em essencialmente três estados
físicos: sólido, líquido e gasoso. Noutras condições, considera-se a existência de outros estados, como o condensado de Bose-Einstein (temperatura muito baixa) ou o plasma (temperatura muito alta).
12. Electronegatividade. Ligação química
A electronegatividade de um átomo é um valor numérico, fornecido pela Tabela Periódica, que traduz a maior ou menor tendência que um átomo tem para atrair para si os electrões duma ligação química. Varia de 0,7 (para o frâncio, o átomo menos electronegativo) até 3,98 (para o flúor, o átomo mais electronegativo).
Quando dois átomos estabelecem uma ligação química, a diferença entre as respectivas electronegatividades irá determinar o carácter da ligação química que se estabelece. Se a diferença entre os valores de electronegatividade (ΔEN) for igual ou superior a 1,7 (valor este que corresponde a 51% de carácter iónico) a ligação diz-se predominantemente iónica.
E diz-se assim porque não há ligações iónicas puras (a 100%), pois a ligação entre o átomo mais electronegativo (F) com o menos electronegativo (Fr), ou seja, a ligação entre o átomo com mais tendência para ganhar electrões com o átomo com mais tendência para perder electrões, apresenta uma ΔEN = 3,28 a que corresponde 93% de carácter iónico e, portanto,
7% de carácter covalente. A proximidade entre os iões duma ligação iónica induz sempre alguma compartilha.
Se os átomos forem ambos não-metálicos, a ΔEN é inferior a 1,7 e a ligação é dita predominantemente covalente (ou covalente polar). Se os átomos não-metálicos forem iguais, é ΔEN = 0 e a ligação é covalente pura (ou covalente apolar).
13. Regra do octeto
A regra do octeto consiste na tendência dos átomos para adquirirem a configuração
electrónica de gás nobre (nível de energia de valência completo) o que, com a excepção do hidrogénio – para o qual o seu único primeiro nível de energia fica completo com 2
electrões – significa ter 8 electrões (um octeto) no nível de valência.
Esta configuração electrónica (oito electrões no nível de energia de valência) corresponde à máxima estabilidade e, logo, a reactividade nula. Numa reacção química, a reorganização que ocorre nos níveis de energia de valência dos átomos participantes tem como objectivo que todos eles adquiram esses oito electrões (quatro pares). Em geral, isso é conseguido através da compartilha (covalência, valência em comum, electrões a serem atraídos simultaneamente por mais do que um núcleo) de um ou mais pares de electrões, o que é representado nas fórmulas de estrutura por traços desenhados entre os símbolos químicos. Os electrões que não são compartilhados (são atraídos por um só núcleo), mas participam na formação do octeto (são electrões de valência) são representados por traços nas vizinhanças do núcleo a que pertencem.
14. Fórmulas de estrutura
Uma fórmula química indica a qualidade e a quantidade dos átomos que, ligados, formam uma molécula. Mas nada diz sobre o modo como esses átomos estão ligados entre si, o que é importante saber pois isso permite compreender melhor como a molécula se formou, em que reacções pode ainda participar e quais os mecanismos envolvidos.
A fórmula de estrutura mostra, precisamente, o modo como os átomos estão ligados entre si, usando traços (cada um dos quais representa um par de electrões) colocados entre os símbolos químicos para representar electrões envolvidos na ligação e traços em torno de cada símbolo para representar electrões não compartilhados, isto é, não envolvidos na ligação, mas que, por serem de valência, têm de estar representados. Assim, numa fórmula de estrutura, têm de estar representados todos os electrões de valência de todos os átomos
intervenientes e estarem distribuídos (entre os símbolos – compartilhados – ou em volta dos símbolos – não compartilhados) de modo que todos os átomos da molécula consigam atingir o octeto. Note-se que um par de electrões colocado entre símbolos (compartilhado) vale, ao mesmo tempo, para ambos os átomos: são dois que valem por quatro !
Por vezes, para se alcançar este objectivo, faltam, ou estão em excesso, electrões. Daí a existência de Iões polinucleares com uma carga que é fácil de deduzir sabendo quantos electrões de valência foram fornecidos pelos átomos intervenientes e quantos são necessários para construir uma fórmula de estrutura em que todos os núcleos apresentem um octeto de valência.
15. Mole. Massa molar
A mole é a “dúzia dos químicos”, é a unidade S.I. de quantidade de matéria e refere-se a
um número constante de partículas (Número de Avogadro, NA, 6,02 x 1023) às quais
corresponde uma massa que, expressa em grama, é numericamente igual à massa da partícula.
A massa molar é a quantidade de matéria existente em uma mole de partículas, sejam
átomos, moléculas ou iões.
16. Reacção química. Equação química. Estequiometria
Uma reacção química é um processo que ocorre quando substâncias elementares ou compostas são colocadas em contacto e interagem, reformulando as ligações químicas e dando origem a novas substâncias.
Esse processo é representado através de equações químicas, que apresentam as vantagens da rapidez de escrita e do carácter universal. Numa equação química, representam-se os símbolos ou fórmulas químicas das substâncias que reagem (os reagentes), ligados pelo sinal +, acompanhados dos respectivos símbolos de estado físico, seguidos de uma seta que significa “dá” ou “produz” e depois os símbolos ou fórmulas químicas, acompanhados dos respectivos símbolos de estado físico, das novas substâncias resultantes da reacção química (os produtos da reacção), separados pelo sinal +.
Por vezes, por cima da seta, indica-se algo que, não tendo participado directamente na reacção, contribuiu para ela, como é o caso do calor (representado por Δ) ou de
Uma vez estabelecida, a equação química deve ser acertada, a fim de que traduza correctamente as proporções de combinação das substâncias. A estequiometria é este acerto que traduz, através dos coeficientes numéricos colocados antes de cada símbolo ou fórmula química, a proporção exacta de combinação. Antes e depois da seta têm de estar representados todos os átomos de cada espécie interveniente na reacção.
17. Concentração de uma solução. Molaridade. Diluição
Uma solução é uma mistura homogénea em que uma substância (o soluto) é dissolvida numa outra (o solvente). Para o mesmo volume de solvente, quanto mais soluto estiver dissolvido assim a solução fica mais concentrada desse soluto. A concentração exprime a quantidade de soluto por unidade de volume de solução, por exemplo, gramas (de soluto) por litro (de solução).
A molaridade (M) é uma forma habitual de referir a concentração e refere-se a moles por litro de solução: mol L-1, ou mol dm-3.
A diluição é uma operação através da qual se diminui a concentração de uma solução através da adição de solvente. A mesma quantidade de soluto fica dispersa num volume maior de solvente, logo fica menos concentrada, ou mais diluída.
18. Equilíbrio químico
Quando se misturam, em sistema fechado, substâncias que reagem entre si, a reacção ocorre até que as propriedades macroscópicas da mistura reagentes + produtos da reacção permaneçam invariáveis. Diz-se então que foi atingido um estado de equilíbrio, o que pode acontecer ao fim de um tempo mais ou menos longo, dependendo da reacção em questão. Aparentemente, a reacção cessou. Porém, estudos experimentais revelam
continuar a haver conversão de reagentes em produtos e vice-versa. Se A + B → C + D também C + D → A + B
Este tipo de reacção química diz-se reversível e pode traduzir-se por uma única equação química com uma dupla seta:
A + B ↔ C + D
com iguais velocidades, razão pela qual deixam de variar as concentrações de todos os componentes. Assim, o equilíbrio químico é um estado no qual, em cada instante, se realizam transformações a nível microscópico que em nada afectam o aspecto macroscópico. É um equilíbrio dinâmico.
Apesar de as reacções, num sistema em equilíbrio, se processarem nos dois sentidos, chamam-se, por convenção, reagentes às substâncias que figuram do lado esquerdo da dupla seta e produtos da reacção às que figuram do lado direito.
O estado de equilíbrio, em certas reacções químicas, encontra-se notavelmente deslocado para o lado dos produtos e então pode dizer-se que, praticamente, as reacções são completas. Porém, noutros casos, quando o equilíbrio é atingido, existem ainda reagentes em concentrações consideráveis. Tais reacções são incompletas.
Podem, portanto, considerar-se várias “gradações” na extensão das reacções químicas e, em termos qualitativos, elas podem ser mais ou menos extensas consoante no equilíbrio os produtos (coexistentes com os reagentes) existam em valores de concentração mais ou menos elevados, respectivamente.
A maior ou menor extensão das reacções químicas foi objecto de estudo quantitativo, tendo sido descoberta uma lei, a lei do equilíbrio químico, que se traduz, relativamente à reacção hipotética:
aA + bB ↔ cC + dD pela seguinte expressão:
Ke = { [C]c [D]d / [A]a [B]b }e
Quando se trata de líquidos ou sólidos puros, dado que as suas concentrações são constantes, elas não figuram na expressão da lei do equilíbrio, sendo os seus valores incluídos na própria constante Ke.
1 H hydrogen [1.007; 1.009] 1 18 3 Li lithium [6.938; 6.997] 4 Be beryllium 9.012 11 Na sodium 22.99 12 Mg magnesium 24.31 19 K potassium 39.10 20 Ca calcium 40.08 37 Rb rubidium 85.47 38 Sr strontium 87.62 38 Sr strontium 87.62 55 Cs caesium 132.9 55 Cs caesium 132.9 56 Ba barium 137.3 87 Fr francium 88 Ra radium 5 B boron [10.80; 10.83] 13 Al aluminium 26.98 31 Ga gallium 69.72 49 In indium 114.8 81 Tl thallium [204.3; 204.4] 6 C carbon [12.00; 12.02] 14 Si silicon [28.08; 28.09] 32 Ge germanium 72.63 50 Sn tin 118.7 82 Pb lead 207.2 7 N nitrogen [14.00; 14.01] 15 P phosphorus 30.97 33 As arsenic 74.92 51 Sb antimony 121.8 83 Bi bismuth 209.0 8 O oxygen [15.99; 16.00] 16 S sulfur [32.05; 32.08] 34 Se selenium 78.96(3) 52 Te tellurium 127.6 84 Po polonium 9 F fluorine 19.00 17 Cl chlorine [35.44; 35.46] 35 Br bromine 79.90 53 I iodine 126.9 85 At astatine 10 Ne neon 20.18 2 He helium 4.003 18 Ar argon 39.95 36 Kr krypton 83.80 54 Xe xenon 131.3 86 Rn radon 22 Ti titanium 47.87 22 Ti titanium 47.87 40 Zr zirconium 91.22 72 Hf hafnium 178.5 104 Rf rutherfordium 23 V vanadium 50.94 41 Nb niobium 92.91 73 Ta tantalum 180.9 105 Db dubnium 24 Cr chromium 52.00 24 Cr chromium 52.00 42 Mo molybdenum 95.96(2) 74 W tungsten 183.8 106 Sg seaborgium 25 Mn manganese 54.94 43 Tc technetium 75 Re rhenium 186.2 107 Bh bohrium 26 Fe iron 55.85 44 Ru ruthenium 101.1 76 Os osmium 190.2 108 Hs hassium 27 Co cobalt 58.93 45 Rh rhodium 102.9 77 Ir iridium 192.2 109 Mt meitnerium 28 Ni nickel 58.69 46 Pd palladium 106.4 78 Pt platinum 195.1 110 Ds darmstadtium 29 Cu copper 63.55 47 Ag silver 107.9 79 Au gold 197.0 30 Zn zinc 65.38(2) 48 Cd cadmium 112.4 80 Hg mercury 200.6 111 Rg roentgenium 112 Cn copernicium 114 Fl flerovium 116 Lv livermorium 57 La lanthanum 138.9 89 Ac actinium 58 Ce cerium 140.1 90 Th thorium 232.0 59 Pr praseodymium 140.9 91 Pa protactinium 231.0 60 Nd neodymium 144.2 92 U uranium 238.0 61 Pm promethium 93 Np neptunium 62 Sm samarium 150.4 94 Pu plutonium 63 Eu europium 152.0 95 Am americium 64 Gd gadolinium 157.3 96 Cm curium 65 Tb terbium 158.9 97 Bk berkelium 66 Dy dysprosium 162.5 98 Cf californium 67 Ho holmium 164.9 99 Es einsteinium 68 Er erbium 167.3 100 Fm fermium 69 Tm thulium 168.9 101 Md mendelevium 70 Yb ytterbium 173.1 102 No nobelium 71 Lu lutetium 175.0 103 Lr lawrencium 21 Sc scandium 44.96 39 Y yttrium 88.91 57-71 lanthanoids 89-103 actinoids atomic number Symbol
standard atomic weight
2 Key: 13 14 15 16 17
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
name
Notes
- IUPAC 2009 Standard atomic weights abridged to four significant digits (Table 4 published in Pure Appl. Chem. 83, 359-396 (2011); doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14). The uncertainty in the last digit of the standard atomic weight value is listed in parentheses following the value. In the absence of parentheses, the uncertainty is one in that last digit. An interval in square brackets provides the lower and upper bounds of the standard atomic weight for that element. No values are listed for elements which lack isotopes with a characteristic isotopic abundance in natural terrestrial samples. See PAC for more details.
- “Aluminum” and “cesium” are commonly used alternative spellings for “aluminium” and “caesium.”
IUPAC Periodic Table of the Elements
