Estado do Rio de Janeiro Prefeitura Municipal de Macaé Secretaria Municipal de Educação Pré-Vestibular Social

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Professor: Marcelo Vizeu Disciplina: Química

Apostila 1 – Estrutura Atômica

ESTRUTURA ATÔMICA BÁSICA Apesar de o átomo ser um intricado sistema elétrico formado por inúmeras partículas e subpartículas, a maioria dos fenômenos químicos e nucleares pode ser explicada considerando-se duas regiões: • Um núcleo pequeno e denso contendo prótons (partículas positivas) e nêutrons (partículas sem carga elétrica); • Uma eletrosfera grande rarefeita contendo elétrons (partículas de carga negativa)

Duas expressões de grande importância:

• Número atômico (Z) é o número de prótons presentes no núcleo de um átomo. É ele quem define o

elemento químico. • Número de massa (A) é a soma do número de nêutrons (n) e número de prótons (p) presentes no

núcleo de um átomo.

A= Z + n

Z = p

2

Z = e A ≠

Z ≠ e A =

Z ≠ , A ≠ e N = E =

• Quando um átomo encontra-se em seu estado fundamental:

SEMELHANÇA ATÔMICA “ISÓTOPOS são dois ou mais átomos que possuem mesmo número atômico mas diferentes números de massa.” Exemplo: 1H1 , 1H2 , 1H3 “ISÓBAROS são dois ou mais átomos que possuem mesmo número de massa e diferentes números atômicos.” Exemplo: 6C14 e 7N14 “ISÓTONOS são dois ou mais átomos que possuem mesmo número de nêutrons e diferentes números atômicos e de massa.” Exemplo: 17Cl37 e 20Ca 40 (n = 20)

“ISOELETRÔNICOS são dois ou mais átomos que possuem mesmo número de elétrons e geralmente são formados por íons.” Exemplo: 17Cl– e 20Ca+2 (e = 18)

ÍONS

CÁTIONS ÂNIONS

Carga – Carga +

Z = p = e

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MAPA MENTAL

DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA

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EXERCÍCIOS 1. (Enem 2019) Um teste de laboratório permite identificar alguns cátions metálicos ao introduzir uma pequena quantidade do material de interesse em uma chama de bico de Bunsen para, em seguida, observar a cor da luz emitida. A cor observada é proveniente da emissão de radiação eletromagnética ao ocorrer a a) mudança da fase sólida para a fase líquida do

elemento metálico. b) combustão dos cátions metálicos provocada pelas

moléculas de oxigênio da atmosfera. c) diminuição da energia cinética dos elétrons em

uma mesma órbita na eletrosfera atômica. d) transição eletrônica de um nível mais externo para

outro mais interno na eletrosfera atômica. e) promoção dos elétrons que se encontram no

estado fundamental de energia para níveis mais energéticos.

2. (Enem 2019) Em 1808, Dalton publicou o seu famoso livro o intitulado Um novo sistema de filosofia química (do original A New System of Chemical Philosophy), no qual continha os cinco postulados que serviam como alicerce da primeira teoria atômica da matéria fundamentada no método científico. Esses postulados são numerados a seguir: 1. A matéria é constituída de átomos indivisíveis. 2. Todos os átomos de um dado elemento químico

são idênticos em massa e em todas as outras propriedades.

3. Diferentes elementos químicos têm diferentes tipos de átomos; em particular, seus átomos têm diferentes massas.

4. Os átomos são indestrutíveis e nas reações químicas mantêm suas identidades.

5. Átomos de elementos combinam com átomos de outros elementos em proporções de números inteiros pequenos para formar compostos.

Após o modelo de Dalton, outros modelos baseados em outros dados experimentais evidenciaram, entre outras coisas, a natureza elétrica da matéria, a composição e organização do átomo e a quantização da energia no modelo atômico. OXTOBY, D.W.; GILLIS, H. P.; BUTLER, L. J. Principles of Modern Chemistry. Boston: Cengage Learning, 2012 (adaptado). Com base no modelo atual que descreve o átomo, qual dos postulados de Dalton ainda é considerado correto? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

3. (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 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. 4. (Uerj 2001) Observe os esquemas a seguir, que

representam experimentos envolvendo raios catódicos.

(Adaptado de HARTWIG, D. R. e outros. "Química geral e inorgânica." São Paulo: Scipione. 1999.) Desses experimentos resultou a descoberta de uma partícula subatômica. As propriedades massa e carga elétrica dessa partícula apresentam, respectivamente, a seguinte caracterização: a) igual a zero; igual a zero b) igual a zero; maior que zero c) diferente de zero; igual a zero d) diferente de zero; menor que zero 5. (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

(NaC ),!

5

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. 6. (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 muito pesquisados 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).

7. (Enem PPL 2014) Partículas beta, ao atravessarem a matéria viva, colidem com uma pequena porcentagem de moléculas e deixam atrás de si um rastro aleatoriamente pontilhado de radicais livres e íons quimicamente ativos. Essas espécies podem romper ainda outras ligações moleculares, causando danos celulares. HEWITT, P. G. Física conceitual. Porto Alegre: Bookman, 2002 (adaptado). A capacidade de gerar os efeitos descritos dá-se porque tal partícula é um a) elétron e, por possuir massa relativa desprezível,

tem elevada energia cinética translacional. b) nêutron e, por não possuir carga elétrica, tem alta

capacidade de produzir reações nucleares. c) núcleo do átomo de hélio e, por possuir

massa elevada, tem grande poder de penetração. d) fóton e, por não possuir massa, tem grande

facilidade de induzir a formação de radicais livres. e) núcleo do átomo de hidrogênio e, por possuir

carga positiva, tem alta reatividade química. 8. (Uerj 2015) Com base no número de partículas subatômicas que compõem um átomo, as seguintes grandezas podem ser definidas:

Grandeza Símbolo

número atômico Z

número de massa A

número de nêutrons N

número de elétrons E

(He)

(H)

6

O oxigênio é encontrado na natureza sob a forma de três átomos: 16O, 17O e 18O. No estado fundamental, esses átomos possuem entre si quantidades iguais de duas das grandezas apresentadas. Os símbolos dessas duas grandezas são: a) Z e A b) E e N c) Z e E d) N e A 9. (Uerj 2014) Uma forma de identificar a estabilidade de um átomo de qualquer elemento químico consiste em relacionar seu número de prótons com seu número de nêutrons em um gráfico denominado diagrama de estabilidade, mostrado a seguir.

São considerados estáveis os átomos cuja interseção entre o número de prótons e o de nêutrons se encontra dentro da zona de estabilidade mostrada no gráfico. Verifica-se, com base no diagrama, que o menor número de massa de um isótopo estável de um metal é igual a: a) 2 b) 3 c) 6 d) 9 10. (Uerj 2013) A descoberta dos isótopos foi de grande importância para o conhecimento da estrutura atômica da matéria. Sabe-se, hoje, que os isótopos e têm, respectivamente, 28 e 30 nêutrons. A razão entre as cargas elétricas dos núcleos dos isótopos e é igual a: a) 0,5 b) 1,0 c) 1,5 d) 2,0 11. (Uerj 2005) A maioria dos elementos químicos é constituída por um conjunto de átomos quimicamente idênticos, denominados isótopos. Observe, a seguir, os isótopos de dois elementos químicos: - hidrogênio - 1H, 2H e 3H; - oxigênio - 16O, 17O e 18O. Combinando-se os isótopos do hidrogênio com os do oxigênio em condições adequadas, obtêm-se diferentes tipos de moléculas de água num total de:

a) 6 b) 9 c) 12 d) 18 12. (Uerj 2004) A figura a seguir foi proposta por um ilustrador para representar um átomo de lítio (Li) no estado fundamental, segundo o modelo de Rutherford-Bohr.

Constatamos que a figura está incorreta em relação ao número de: a) nêutrons no núcleo b) partículas no núcleo c) elétrons por camada d) partículas na eletrosfera 13. (Uerj 2002) Em 1911, o cientista Ernest Rutherford realizou um experimento que consistiu em bombardear uma finíssima lâmina de ouro com partículas alfa, emitidas por um elemento radioativo, e observou que: - a grande maioria das partículas alfa atravessava a lâmina de ouro sem sofrer desvios ou sofrendo desvios muito pequenos; - uma em cada dez mil partículas alfa era desviada para um ângulo maior do que 90°. Com base nas observações acima, Rutherford pôde chegar à seguinte conclusão quanto à estrutura do átomo: a) o átomo é maciço e eletricamente neutro b) a carga elétrica do elétron é negativa e puntiforme c) o ouro é radioativo e um bom condutor de corrente

elétrica d) o núcleo do átomo é pequeno e contém a maior

parte da massa 14. (Upf 2019) . Uma forma de determinar a extensão de uma fratura em um osso do corpo é por meio do uso do equipamento de Raios X. Para que essa tecnologia e outros avanços tecnológicos pudessem ser utilizados, um grande passo teve de ser dado pelos cientistas: a concepção científica do modelo atômico. Sobre o modelo atômico proposto, associe as

54Fe 56Fe

54Fe 56Fe

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afirmações da coluna 1, com seus respectivos responsáveis, na coluna 2.

Coluna 1 Coluna 2 1. Toda a matéria é formada por átomos, partículas esféricas,

maciças, indivisíveis e indestrutíveis. ( ) Rutherford-Bohr

2. Elaborou um modelo de átomo constituído por uma esfera maciça, de carga elétrica positiva, que continha “corpúsculos” de carga negativa (elétrons) nela dispersos.

( ) Rutherford

3. O átomo seria constituído por duas regiões: uma central, chamada núcleo, e uma periférica, chamada de eletrosfera. ( ) Dalton

4. Os elétrons ocupam determinados níveis de energia ou camadas eletrônicas. ( ) Thomson

A sequência correta de preenchimento dos parênteses da coluna 2, de cima para baixo, é: a) 2 – 3 – 1 – 4. b) 3 – 2 – 1 – 4. c) 4 – 3 – 1 – 2. d) 3 – 4 – 1 – 2. e) 4 – 2 – 1 – 3. 15. (G1 - ifce 2019) O elemento químico urânio é um dos principais elementos radioativos conhecidos, apresentando-se na natureza em diversas formas isotópicas, sendo as principais:

Sobre os isótopos é correto afirmar-se que são átomos que possuem a) o mesmo número de nêutrons. b) o mesmo número atômico e diferentes números de

massa, sendo, portanto, átomos de elementos diferentes.

c) números atômicos diferentes e mesmos números de massa, sendo, portanto, átomos de um mesmo elemento.

d) o mesmo número atômico e diferentes números de elétrons, sendo, portanto, átomos do mesmo elemento.

e) o mesmo número atômico e diferentes números de massa, sendo, portanto, átomos de um mesmo elemento.

16. (G1 - ifsul 2019) Figurinhas que brilham no escuro apresentam em sua constituição a substância sulfeto de zinco. A mesma substância está presente nos interruptores de luz que brilham à noite e em fogos de artifício. O brilho é um fenômeno observado quando se adicionam aos materiais sais de diferentes metais que têm a propriedade de emitir um brilho amarelo esverdeado depois de expostos à luz. O modelo atômico que explica tais fenômenos foi proposto por a) Rutherford. b) Dalton. c) Thomson. d) Bohr.

(U)

23492U,

23592U,

23892U.