Transcript Átomos, Moléculas e Iões - Instituto Politécnico de Tomar

Química Aplicada ao Ambiente
CET: ESTTQA-TMR1
Átomos, moléculas e iões: relações
mássicas
Valentim M B Nunes
Unidade Departamental de Engenharias
Instituto Politécnico de Tomar, Fevereiro,2014
Estrutura atómica
Com base na teoria atómica de Dalton, um átomo pode ser definido como a unidade
básica de um elemento, que pode entrar numa combinação química. Com base em
sucessivas descobertas ao longo do século XX foi possível demonstrar que os átomos
possuem uma estrutura interna.
Um átomo consiste num pequeno núcleo, onde se encontram os protões e os
neutrões, rodeado por uma “nuvem” de electrões.
berlinde
Partículas subatómicas
Existem outras partículas subatómicas, mas o protão, o electrão e o neutrão são as três
partículas fundamentais em química. Uma característica fundamental destas
partículas é a sua massa e carga.
Partícula
Massa (g)
Carga (C)
Unidades de carga
Electrão
9.10938x10-28
-1.6022x10-19
-1
Protão
1.67262x10-24
+1.6022x10-19
+1
Neutrão
1.67493x10-24
0
0
Relações mássicas
Os átomos distinguem-se uns dos outros pelo número de protões e neutrões que
contêm. O número atómico (Z) de um elemento é o número de protões do átomo
desse elemento. Num átomo neutro o número de protões é igual ao número de
electrões. O número de massa (A) é o numero total de protões e neutrões existentes
no núcleo de um átomo de um dado elemento.
número de neutrões  A - Z
Representação simbólica:
A
Z
X
Átomos que têm o mesmo número atómico e mas diferentes números de massa
dizem-se isótopos.
1
2
3
1
H
1
235
92
H
U
1
238
92
H
U
Massas atómicas
A massa de um átomo é função do número de protões e neutrões. Por convenção
internacional , um átomo do isótopo de carbono-12 (que tem 6 protões e 6 neutrões)
tem uma massa de exactamente 12 unidades de massa atómica (u.m.a.)
1 u.m.a 
massa de um átomo de carbono - 12
12
A massa atómica do carbono é 12.01 u.m.a. e não 12.00 u.m.a. As abundâncias
naturais do carbono-12 e carbono-13 são 98.89% e 1.11%. Assim a massa atómica
média é dada por:
massa atómica média  0.9889 12.00  0.0111 13.00  12.01
Exercício 1: O cobre é utilizado em cabos eléctricos, permutadores de calor, etc. As
massas atómicas dos seus dois isótopos estáveis, Cu (69.09%) e Cu (30.91%) são 62.93
63
29
65
29
u.m.a. e 64.9278 u.m.a. Calcular a massa atómica média do cobre.
Exercício 2: As massas atómicas dos dois isótopos estáveis do boro, 105 B (19.78%) e
(80.22%) são respectivamente 10.0129 u.m.a. e 11.0093 u.m.a. Calcular a massa
atómica média do boro.
11
5
B
Massa molar dos elementos
A unidade para quantidade de matéria do SI (Sistema Internacional) é o mole (mol).
É a quantidade de matéria que contém tantas unidades elementares (átomos,
moléculas ou quaisquer outras partículas) quantos os átomos de carbono existentes
em exactamente 12 g de carbono-12.
Esta definição é operacional, pelo que o número de partículas por mole tem de ser
determinado experimentalmente. O valor actualmente aceite é:
1 mole 6.0221023 partículas
Este número é designado por número de Avogadro, NA
Um mole de átomos de carbono-12 tem uma massa de exactamente 12 g e contem
6.022×1023 átomos. Esta massa é a massa molar (M) do carbono-12.
m
n
M
Exercício 3: Quantos moles de magnésio existem em 87.3 g de Mg?
Exercício 4: O zinco é um metal utilizado na protecção de estruturas de ferro,
impedindo a corrosão. Quantos gramas de Zn existem em 0.356 mol de Zn?
Exercício 5: O enxofre é um elemento não metálico que está presente nos combustíveis
dando origem ao fenómeno das chuvas ácidas. Quantos átomos de enxofre existem em
16.3 g de S?
Moléculas e iões
Uma molécula é uma agregado de pelo menos dois átomos ligados de forma precisa
por forças químicas: ligação química. Para exprimir a composição das moléculas
usamos fórmulas químicas.
A fórmula molecular indica o número exacto de cada elemento presente numa
molécula:
Água: H2O; propano: C3H8; vitamina C: C6H8O6; etc..
Um ião é um átomo ou grupo de átomos que tem uma
carga positiva ou negativa. A perda de um ou mais
electrões por um átomo neutro origina um catião. Por
outro lado, um anião é um ião com carga negativa devido
ao aumento do número de electrões. O cloreto de sódio
(NaCl), o sal da cozinha, é um composto iónico, porque é
formado por catiões e aniões.
Fórmulas de compostos iónicos
Os compostos iónicos não são formados
por unidades elementares. Por exemplo,
o NaCl é formado por um número igual
de iões Na+ e Cl-. Para escrever a fórmula
destes compostos usamos a regra do
abraço: o índice do catião é
numericamente igual à carga do anião e
vice versa.
Al3+ + O2Al2O3
Na+ + Cl-  NaCl
Exercício 6: Escreva a fórmula do nitreto de magnésio contendo os iões Mg2+ e N3Exercício 7: Escreva a fórmula do iodeto de zinco contendo os iões Zn2+ e I-
Massa molecular
A massa molecular é a soma das massas atómicas (u.m.a.) de todos os átomos de uma
molécula. Por exemplo a massa molecular da água é:
massa molecularda água  2 1.008 16.00 18.02u.m.a.
A massa molar (em gramas) é numericamente igual à massa molecular (em u.m.a.). Por
exemplo, a massa molar da água é M = 18.02 g/mol. Isto significa que 1 mole de água
pesa 18.02 g e contem 6.022×1023 moléculas de água.
"Encha-se um copo com água cujas moléculas foram
marcadas. Deite-se essa água num dos oceanos e deixe-se as
moléculas espalharem-se por todos os mares do mundo.
Encha-se de novo o copo em qualquer dos mares. Nele
estarão cerca das 100 moléculas inicialmente marcadas”.
Lord Kelvin.
Exercício 8: Calcular a massa molar dos seguintes compostos: a) dióxido de enxofre
(SO2); b) vitamina C (C6H8O6); c) FeCl3
Exercício 9: A figura mostra a reacção de síntese do biodiesel. Calcular a massa molar
do glicerol e das moléculas de biodiesel se R1 = C12H25, R2=C14H29 e R3=C16H33 ?
Exercício 10: O metano (CH4) é o principal constituinte do gás natural. Quantos moles
de CH4 existem em 6.07 g de metano?
Nomenclatura de compostos Inorgânicos
Compostos iónicos: muitos compostos iónicos são binários ou formados apenas por
dois elementos. O primeiro elemento nomeado é o anião não-metálico, seguido do
catião. O nome do anião obtém-se adicionando a terminação “eto”
A terminação em “eto” é também usada para alguns grupos aniónicos com
elementos diferentes como o ião cianeto (CN-).
Com excepção do ião amónio (NH4+), todos os catiões com interesse derivam de
átomos de metais e recebem o nome dos seus elementos.
Exemplos:
NaCl : cloreto de sódio
KBr : brometo de potássio
ZnI2 : iodeto de zinco
Al2O3 : óxido de alumínio (!)
Nomenclatura de compostos Inorgânicos
Nomes e fórmulas de alguns catiões e aniões inorgânicos comuns
Catião
Anião
___________________________________________________________
Amónio, NH4+
Carbonato, CO32Bário, Ba2+
Clorato, ClO3Cádmio, Cd2+
Cloreto, ClCálcio, Ca2+
Cromato, CrO42Memorizar!
Césio, Cs+
Dicromato, Cr2O72Chumbo(II), Pb2+
Fluoreto, FCrómio, Cr3+
Hidreto, HCobre(I) ou cuproso, Cu+
Hidrogenocarbonato ou bicarbonato, HCO3Cobre(II) ou cúprico, Cu2+
Iodeto, IFerro(II) ou ferroso, Fe2+
Nitrato, NO3Ferro(III) ou férrico, Fe3+
Nitreto, N3Lítio, Li+
Óxido, O2Potássio, K+
Peróxido, O22Sódio, Na+
Sulfato, SO42Zinco, Zn2+
Sulfureto, S2-
Nomenclatura de compostos Inorgânicos
Compostos moleculares: Ao contrário dos compostos iónicos, os compostos
moleculares contêm unidades moleculares discretas. A nomenclatura de compostos
binários é semelhante aos compostos iónicos.
Exemplos:
HCl : cloreto de hidrogénio; SiC: carboneto de silício
Para outros compostos utilizam-se os prefixos gregos para indicar o número de
átomos de cada elemento na molécula:
Exemplos:
CO: monóxido de carbono
CO2: dióxido de carbono
SO3: trióxido de enxofre
PCl3: tricloreto de fósforo
Nomenclatura de compostos Inorgânicos
Ácidos e Bases: um ácido pode ser descrito como uma substância que liberta iões de
hidrogénio, H+, quando dissolvida em água, enquanto uma base pode ser descrita
como uma substância que cede iões hidróxido, OH-, quando dissolvida em água.
Aniões cujo nome termina em “eto” formam ácidos com uma terminação em “ico”
Exemplos:
F- ,fluoreto
HF, ácido fluorídrico
Cl-, cloreto
HCl, ácido clorídrico
CN-, cianeto
HCN, ácido cianídrico
Nomenclatura de compostos Inorgânicos
Os oxoácidos são ácidos que contêm hidrogénio, oxigénio e um outro elemento.
Hidratos: são compostos que possuem um número específico de moléculas de água
ligadas a si.
Exemplos:
BaCl2 ·2H2O
MgSO4 ·7 H2O
dihidrato de cloreto de bário
heptahidrato de sulfato de magnésio
Exercício 11: Indicar o nome dos seguintes compostos: a) Na2CrO4; b) K2HPO4; c) HBr
(gasoso); d) HBr(em água); e) Li2CO3.
Exercício 12: Indicar o nome dos seguintes compostos: a) NH4NO2; b) PF3; c) PF5; d)
Al(OH)3; e) Na2CO3.10 H2O
Exercício 13: Escrever as fórmulas dos seguintes compostos: a) nitrito de sódio; b)
sulfureto de potásssio; c) hidrogenofosfato de cálcio; d) heptafluoreto de iodo ; e)
tricloreto de boro.
Exercício 14: Escrever as fórmulas dos seguintes compostos: a) cianeto de cobre(I); b)
ácido iodrídico; c) fluoreto de estanho(II); d) decasulfureto de tetrafósforo; e)
Hexafluoreto de selénio.