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Interpretando transformações químicas

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Interpretando transformações químicas

Índice:

Primeira interpretação – Modelo atômico de Dalton

Novas ideias sobre a estrutura do átomo – modelos de Thomson e Rutherford-Bohr

Representação dos elementos químicos

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Bons Estudos!

Interpretando as transformações químicas:

PRIMEIRAS INTERPRETAÇÕES – MODELO ATÔMICO DE DALTON

No fim do século XVIII, muito conhecimento sobre as transformações químicas tinha sido adquirido, tais como: não se poder obter qualquer quantidade de produto a partir de uma certa quantidade de matéria-prima e, também, que as massas se conservavam numa transformação química.

John Dalton (1766-1844) foi um dos cientistas que buscou explicações para a ocorrência dessas transformações. No início, ele acreditava que as partículas constituintes de qualquer substância seriam as mesmas. Com os resultados de seu trabalho, chegou à conclusão de que os átomos dos diferentes materiais deveriam ser diferentes e que a massa seria a propriedade que diferenciaria esses átomos. Para isso Dalton analisou dados relativos às massas envolvidas em transformações químicas entre diferentes substâncias e o gás hidrogênio e, com isso, construiu uma tabela de massas atômicas de diferentes elementos em relação ao hidrogênio – adotado por ele como padrão e sua massa atômica admitida como 1.

Então Dalton propôs que a matéria seria constituída por átomos (as menores partículas que a constituem), sendo eles indivisíveis e indestrutíveis, mesmo durante transformações químicas. Portanto, ele admitiu que esses átomos eram diferentes para cada elemento químico e possuíam também massas diferentes entre si, mas massas iguais quando se tratava do mesmo elemento. Ou seja, os elementos diferiam entre si pela massa dos átomos que os constituíam, ou melhor, por sua massa atômica.

Nas transformações químicas esses átomos deveriam combinar-se em números inteiros, mas com um rearranjo diferente. Assim, com essas ideias era possível explicar a conservação de massa e as proporções definidas entre as quantidades de reagentes numa transformação química.

Dalton representava suas ideias sobre os átomos utilizando símbolos; por exemplo, para o hidrogênio, usava . Nessa representação o símbolo de um elemento indicava não só o elemento, mas, também, um átomo dele com massa característica, ou uma massa com um certo número de átomos.

Como esse tipo de representação dos elementos químicos se mostrou pouco prático, o químico sueco Berzelius (1779-1848) propôs usar a primeira letra em maiúscula do nome do elemento em latim, com isso o hidrogênio passou a ser simbolizado por H. Essa representação é utilizada até os dias de hoje e, quando há elementos cujos nomes comecem com a mesma letra, acrescenta-se uma segunda (em minúscula), como por exemplo nitrogênio (nitrogen, símbolo N) e sódio (natrum, símbolo Na).

Para Dalton, as fórmulas e as representações das transformações químicas (equações químicas) também indicavam quantidades. Por exemplo, a representação:  H + O = HO

Indicava a formação da água e pode ser interpretada das seguintes formas:

Elemento hidrogênio ou Une-se com Elemento oxigênio Formando Água
1 átomo de hidrogênio Une-se com 1 átomo de oxigênio Formando 1 átomo de água

 

Como Dalton utilizou o hidrogênio como padrão e assumiu que para formar uma partícula de água era necessário unir um átomo de hidrogênio a um átomo de oxigênio, ele concluiu que a massa atômica do oxigênio era 7, pois 1 g de gás hidrogênio reagia com 7 g de gás oxigênio formando 8 g de água.

Contudo, experimentos e estudos do químico francês Gay-Lussac (1778-1850), do físico italiano Avogadro (1776-1856) e de Berzelius, mostraram que a partícula de água era constituída por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio e, portanto, a massa atômica deste último não seria 7, como propôs Dalton. Assim as determinações das massas atômicas foram revistas e atualmente esses valores são determinados utilizando o carbono como padrão.

Sabendo-se que as partículas que constituem as substâncias apresentam número definido de átomos dos seus elementos constituintes, pode-se agora representar essas partículas por meio de fórmulas.

HCl:  representa a substância ácido clorídrico, representa uma partícula de ácido clorídrico, formada por um átomo de hidrogênio e um átomo de cloro

2 HCl representa duas partículas de ácido clorídrico

NaOH representa a substância hidróxido de sódio, representa uma partícula de hidróxido de sódio, formada por um átomo do elemento sódio, um átomo do elemento oxigênio e um átomo do elemento hidrogênio

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As transformações químicas são representadas por equações químicas, através dos símbolos dos elementos e fórmulas das substâncias, que são aceitos internacionalmente.

HCl (l) + NaOH (aq) = NaCl (aq) + H2O (l)

ácido clorídrico + hidróxido de sódio cloreto de sódio + água

As letras entre parênteses indicam o estado físico das substâncias: (g) gás; (l) líquido; (s) sólido; (aq) em solução aquosa.

NOVAS IDEIAS SOBRE A ESTRUTURA DO ÁTOMO –MODELOS DE THOMSON E RUTHERFORD-BOHR

Para se compreender de onde vem o calor envolvido nas transformações; a condutividade e a eletrólise de substâncias, onde foi necessário admitir a existência de íons – átomos ou grupos de átomos carregados eletricamente; assim como as transformações que ocorrem no sol e nas demais estrelas, nos reatores nucleares e nas bombas atômicas onde entre os produtos aparecem elementos químicos diferentes daqueles que constituíam os reagentes, as ideias sobre a constituição da matéria tiveram de ser modificadas.

Em fins do século XIX e início do século XX, cientistas realizaram inúmeras experiências, que possibilitaram investigar a constituição dos átomos, confirmando a existência de partículas subatômicas com carga elétrica. Por isso, novas representações para o átomo surgiram e um dos modelos foi proposto por J. J. Thomson, em 1898. Assim, o átomo seria visto como uma esfera maciça, de eletricidade positiva, onde a massa e as partículas positivas estariam distribuídas por todo o seu volume e os elétrons (carga negativa) estariam incrustados na esfera, parecendo passas em um pudim (plum pudding), e seu número seria igual ao de cargas positivas, de modo a ter o átomo eletricamente neutro.

No início do século XX, o cientista britânico Ernest Rutherford e seus colaboradores, Geiger e Marsden, vinham investigando o comportamento das partículas alfa, emitidas por uma fonte radioativa como o rádio ou o polônio, quando lançadas como projéteis sobre lâminas muito finas de ouro ou de platina. As partículas alfa, emitidas com velocidade superior a 10 000 km/s, eram detectadas num anteparo adequado. O desenho a seguir é uma representação simplificada da experiência de Rutherford.

Naquela época, Rutherford acreditava que o átomo fosse como Thomson havia imaginado – uma grande massa com carga elétrica positiva, na qual os elétrons estariam incrustados. Entretanto, os resultados que obteve não eram concordantes com esse modelo. Pois, sendo as partículas alfa altamente velozes, Rutherford julgou que elas deveriam atravessar diretamente os átomos da lâmina de metal. Isso realmente aconteceu com a maioria delas (99%), outras, porém, sofreram desvios pronunciados, uma em cada 20000 foi desviada num ângulo maior que 90º e uma em cada 100000 foi refletida.

Em 1911, Rutherford propôs um novo modelo para o átomo, conhecido como “modelo nuclear”, onde o átomo teria um núcleo, diminuto, compacto, positivamente carregado, responsável por quase toda a sua massa e ao redor dele estariam os elétrons, em órbitas circulares, em número suficiente para assegurar um átomo neutro. Através desse modelo podia se explicar o fato de a maioria das partículas alfa atravessar a lâmina de metal sem ser desviada, admitindo-se que dentro do átomo existiria um grande vazio. Mesmo que essas partículas colidissem com os elétrons, estes, por serem leves, não ofereceriam resistência à sua passagem. Os grandes desvios observados podem ser entendidos como resultantes da repulsão eletrostática entre as partículas alfa, positivamente carregadas, ao passarem próximo dos núcleos, também positivos. O retorno da partícula alfa é explicado como resultado da colisão frontal, seguida de repulsão, dessa partícula com o próprio núcleo diminuto, mas de grande massa.

A carga positiva do núcleo dos átomos é devida aos prótons, cuja existência foi evidenciada experimentalmente por Rutherford em 1919. O fato dos núcleos atômicos liberarem prótons indicava que eles constituiriam os núcleos, mas poderiam não ser os seus únicos constituintes. Mas ao admitirmos isso como verdade, a sua quantidade deveria ser igual à massa atômica do elemento, já que a massa do átomo se concentra no núcleo. Mas Rutherford obteve, por meio de cálculos, a massa nuclear de alguns elementos cujos valores das cargas nucleares eram aproximadamente a metade do valor de massa atômica do elemento correspondente. Por isso, Rutherford propôs a existência de uma outra partícula no núcleo, sem carga elétrica, de massa igual à do próton, denominada nêutron.

Portanto o modelo de átomo de Rutherford, denominado modelo nuclear do átomo, apresenta o átomo constituído por prótons, nêutrons e elétrons. E um átomo de um elemento se distingue do átomo de outro elemento através de sua carga nuclear, chamada de número atômico. Mas para se conhecer a constituição de um certo elemento é preciso saber o seu número atômico e também o seu número de massa – representado pela soma do número de prótons com o número de nêutrons. Apesar desse modelo ser muito útil, ele não era capaz de explicar porque os prótons, de carga positiva, podiam manter-se unidos no núcleo e nem como os elétrons, de carga negativa, ao girar em torno do núcleo não irradiava energia, e nesse caso tenderia a ter essa energia diminuída e, portanto, acabaria se aproximando do núcleo. Esse problema foi resolvido e explicado pelo físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) em 1913. Com isso as proposições de Rutherford passaram a ser aceitas e seu modelo é chamado de modelo atômico de Rutherford-Bohr.

Representação dos elementos químicos

Como um elemento é definido pelo seu número atômico e número de massa, utiliza-se a seguinte notação para representá-lo A ZX, onde X é seu símbolo, Z seu número atômico e A seu número de massa. Lembrando que o número de massa é igual à soma do número de prótons e nêutrons.

Atualmente são conhecidos 115 elementos, seus símbolos e nomes são universalmente utilizados, assim como as fórmulas das substâncias. Existem ao menos duas formas de nomear as substâncias: uma recomendada pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) e a outra consagrada pelo uso, através dos nomes comerciais das substâncias.

Através da observação das propriedades e do comportamento de alguns elementos em transformações químicas, nota-se algumas semelhanças entre eles, apesar de se tratar de elementos diferentes. Portanto, os elementos apresentam propriedades que são funções periódicas de seus números atômicos.

Atualmente esses elementos podem ser apresentados de forma organizada, numa tabela periódica como mostrado na figura abaixo:

.Apesar de ser o número atômico o que caracteriza um elemento químico, esse elemento pode apresentar número diferente de massa.

Todos os átomos são denominados de isótopos, mas aqueles que têm número atômico igual, mas têm massas diferentes, são conhecidos como isótopos de um mesmo elemento químico.

Na tabela periódica não se representa o número de massa e sim a massa atômica, por existirem alguns isótopos dos elementos químicos. A massa atômica de cada elemento é dada pela média das massas dos isótopos, levando em consideração a proporção existente desses isótopos encontrados na natureza.

Considerando tudo o que foi visto até agora, ao representarmos os seguintes elementos,

35 17Cl e 37 17 Cl

Podemos obter as seguintes informações: trata-se de isótopos do elemento cloro, ambos com número atômico 17, número de prótons 17 e número de elétrons 17, mas o primeiro tem número de massa 35, indicando que o elemento possui 18 nêutrons e o segundo, número de massa 37 e, portanto, possuindo 20 nêutrons. A massa atômica do elemento cloro é 35,453, cuja valor é uma média proveniente das seguintes proporções: 75,8% do isótopo de número de massa 35 e 24,2% do isótopo de número de massa 37.

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