Química 1

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À medida que você avança em seus estudos de Química, é possível perceber que esta ciência pode ser dividida em três principais ramos, de acordo com os objetos de estudo:

Química Orgânica: concentra-se no estudo dos compostos que contêm carbono;

Química Inorgânica: enfoca o estudo dos demais elementos químicos e seus compostos;

Físico-Química: trata dos princípios fundamentais da Química, abordando os fenômenos observados nas reações químicas entre quantidades macroscópicas das substâncias.

O estudo da Química nos permite compreender a composição e estrutura da matéria que nos cerca, desde as coisas mais simples como o ar que respiramos, até as mais complexas como os organismos vivos.

Elementos Químicos e Átomos

O conceito de átomos é familiar para muitas pessoas, pois eles são a unidade básica da matéria e estão presentes em tudo que nos rodeia. Os átomos têm propriedades únicas que dependem do número e arranjo de suas partículas subatômicas.

A vida, em seu nível mais fundamental, é constituída de matéria, que é qualquer substância que ocupa espaço e tem massa. Cada elemento é uma forma única de matéria com propriedades químicas e físicas específicas que não podem ser quebradas em substâncias menores por reações químicas comuns.

Há 118 elementos no total, mas apenas 92 deles ocorrem naturalmente, enquanto os restantes são sintetizados em laboratórios e são instáveis.

A matéria é composta por átomos, que são a menor unidade de um elemento químico e retêm todas as suas propriedades. Cada elemento químico tem um número específico de prótons em seu núcleo, determinando assim o número atômico, e o número de elétrons orbitando o núcleo, determinando assim as propriedades químicas do elemento. Quando os átomos se unem, eles formam moléculas e compostos químicos, e essa união ocorre devido a forças eletrostáticas entre os elétrons e os núcleos dos átomos.

Um próton é uma partícula carregada positivamente que reside no núcleo do átomo, tendo uma carga de +1 e uma massa de 1.

Os nêutrons, por outro lado, também residem no núcleo, mas não possuem carga, tendo uma massa de 1.

Os elétrons, por sua vez, são partículas carregadas negativamente e circulam ao redor do núcleo. Embora tenham uma carga negativa, sua massa é tão pequena que não afeta a massa total do átomo. Elétrons tem uma massa desprezível e tem uma carga de –1.

Modelos Atômicos

Os modelos atômicos são formas de compreender a estrutura dos átomos e sua composição. A primeira teoria atômica foi proposta em 1808 pelo cientista inglês John Dalton, que forneceu as bases para o modelo atômico atual.

Modelo de Dalton

Bola de bilhar

Propõe que todas as substâncias são formadas por pequenas partículas chamadas átomos.

Substâncias são formadas de átomos: de acordo com o modelo de Dalton, toda a matéria é composta por átomos.

Átomos de diferentes elementos possuem diferentes propriedades: cada elemento químico é composto por átomos com propriedades únicas, como massa e carga.

Átomos do mesmo elemento são iguais: todos os átomos do mesmo elemento são idênticos em termos de propriedades.

Átomos não se alteram quando formam componentes químicos: os átomos permanecem inalterados quando formam compostos químicos.

Átomos são permanentes e indivisíveis: os átomos não podem ser criados ou destruídos, nem divididos em partículas menores.

O modelo de Dalton foi um grande avanço na compreensão da estrutura atômica e estabeleceu as bases para os modelos atômicos posteriores.

Modelo de Thomson

Pudim de ameixa

Ele realizou diversas pesquisas sobre raios catódicos e descobriu o elétron, o que o levou a propor um novo modelo para a estrutura do átomo.

Descoberta do elétron e seu papel na estrutura atômica;

Distribuição uniforme de cargas elétricas positivas e negativas nos átomos;

Cargas elétricas negativas dos elétrons equilibrando as cargas positivas dos prótons na formação do átomo;

Tamanho e massa dos elétrons em relação aos prótons na estrutura atômica.

Thomson propôs que os elétrons eram distribuídos em torno do núcleo do átomo em órbitas circulares, como se fossem um pudim de ameixa. Ele concluiu que os elétrons eram muito menores e mais leves do que os prótons.

Modelo de Rutherford

Modelo planetário

Esse modelo é considerado um avanço significativo em relação aos modelos anteriores, pois propõe a existência de um núcleo central no átomo.

A maior parte da massa do átomo está concentrada em um núcleo central pequeno e denso;

O núcleo é positivamente carregado e contém prótons;

Os elétrons circulam ao redor do núcleo em órbitas elípticas, mantidos em equilíbrio entre a força eletrostática do núcleo e a força centrífuga de sua própria velocidade.

Contribuições do Modelo Atômico de Rutherford:

Foi o primeiro modelo a propor a existência de um núcleo central no átomo, com carga positiva e alta densidade de massa;

Esclareceu que os elétrons não se moviam aleatoriamente no espaço ao redor do núcleo, mas sim em órbitas bem definidas;

Foi um avanço importante no estudo das interações entre partículas subatômicas.

Limitações do Modelo Atômico de Rutherford:

Não explicava a estabilidade do átomo, já que os elétrons em órbita ao redor do núcleo teriam que estar continuamente emitindo energia;

Não explicava a presença de elétrons em camadas energéticas, que foram posteriormente descobertas;

Não levava em conta a presença de nêutrons no núcleo, que foram descobertos posteriormente.

Modelo de Rutherford Bohr

O átomo possui um núcleo central, que contém prótons e nêutrons, e elétrons em órbita ao redor do núcleo.

Os elétrons possuem energia quantizada e só podem ocupar certas órbitas ao redor do núcleo, chamadas de estados estacionários.

Quando um elétron recebe energia suficiente, ele pode saltar para uma órbita mais externa e, quando perde energia, pode saltar para uma órbita mais interna. Essas transições de energia resultam na emissão ou absorção de fótons.

As órbitas mais próximas do núcleo têm menor energia e as mais afastadas têm maior energia.

O modelo explica as linhas espectrais do hidrogênio, que foram descobertas por Balmer e indicam as energias envolvidas nas transições dos elétrons.

O modelo atômico de Rutherford-Bohr é um modelo simplificado e não leva em consideração a natureza ondulatória dos elétrons.

O modelo atômico de Rutherford-Bohr foi importante para a compreensão da estrutura atômica e permitiu avanços significativos na compreensão da química e da física modernas.

O espectro eletromagnético

O espectro eletromagnético é a gama completa de ondas eletromagnéticas que variam em frequência e comprimento de onda. As ondas eletromagnéticas incluem desde as ondas de rádio de baixa frequência até os raios gama de alta frequência.

Dessa forma, o espectro eletromagnético pode ser usado para estudar a estrutura atômica, identificando as frequências específicas de radiação absorvidas e emitidas pelos átomos.

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Tabela Periódica

A tabela periódica é uma ferramenta muito importante para a química. Ela é uma tabela que organiza todos os elementos químicos conhecidos de acordo com suas propriedades, como número atômico, configuração eletrônica e propriedades físicas e químicas.

A tabela periódica ajuda os cientistas a compreenderem as propriedades dos elementos e a prever como eles vão se comportar em diferentes condições. Através dela, podemos entender a relação entre a estrutura dos átomos e as propriedades físicas e químicas dos elementos.

A tabela periódica atual é uma tabela que lista todos os elementos químicos conhecidos e sua organização é baseada nas propriedades físicas e químicas desses elementos. Atualmente, a tabela periódica contém 118 elementos.

A tabela periódica moderna é organizada em ordem crescente de número atômico, que é o número de prótons encontrados no núcleo do átomo de um elemento. Ela é dividida em grupos ou famílias verticais e períodos horizontais, cada um com propriedades químicas e físicas semelhantes.

Períodos, famílias e grupos

A tabela periódica é organizada em linhas horizontais, chamadas de períodos, e colunas verticais, chamadas de grupos.

Cada período na tabela periódica corresponde a uma camada eletrônica ocupada pelos elementos que o compõem. Ou seja, todos os elementos de um mesmo período possuem a mesma quantidade de camadas eletrônicas ocupadas por elétrons.

Os grupos ou famílias da tabela periódica são numerados de 1 a 18 e, em geral, possuem características químicas semelhantes. Eles também podem ser divididos em três subgrupos: metais alcalinos, metais alcalinoterrosos e metais de transição.

Os elementos de um mesmo grupo possuem o mesmo número de elétrons na camada de valência, o que determina muitas de suas propriedades químicas.

A Tabela Periódica pode ser dividida em elementos de transição e representativos. Os elementos representativos ocupam as famílias 1, 2 e 13 a 18 da Tabela Periódica, enquanto os elementos de transição ocupam as famílias 3 a 12.