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aula 05

Modelos Atômicos
– Parte 2

Modelo atômico de Rutherford-Bohr: Este modelo baseia-se no modelo planetário de Rutherford, porém, com o aprimoramento da teoria quântica de Planck, considerando a energia quantizada (com a observação de espectros atômicos descontínuos).

Max Planck Fonte. Wikimedia

Segundo tal teoria:

a) Os elétrons nos átomos descrevem órbitas circulares em torno do núcleo, nomeadas níveis ou camadas de energia;

b) As energias de cada um desses níveis possuem valores determinados;

c) Apenas níveis com uma determinada quantidade de energia podem ser ocupado por elétrons;

d) Quantum é uma quantidade de energia definida necessária para que um elétron seja promovido de um nível para um próximo mais externo;

e) Ao retornar para um nível mais interno, será emitido um quantum de energia na forma de luz ou radiação eletromagnética;

f) As camadas de energia são nomeadas por letras e caracterizadas por um número quântico (n). Em cada camada, é possível alocar um número máximo de elétrons, segundo a tabela:

Camada K L M N O P Q
Nº quântico (n) 1 2 3 4 5 6 7
Máximo de e- 2 8 18 32 32 18 2

g) Nas camadas de energia, os elétrons se distribuem de acordo com subníveis de energia, identificados pelas letras s, p, d, f, com energias crescentes nessa ordem, onde cada subnível pode alocar no máximo, respectivamente, 2, 6, 10 e 14 elétrons.

Modelo atômico atual: baseado no modelo de Rutherford-Bohr, porém, considerando o princípio da incerteza de Heisenberg, segundo o qual não se pode conhecer simultaneamente posição e velocidade de um elétron, Schrödinger desenvolveu uma equação de onda que permite determinar a probabilidade de encontrarmos um elétron em dada região do espaço. Assim, cada elétron em um átomo apresenta quatro números quânticos que determinam sua equação.

Número quântico principal (n): indica qual nível de energia está o elétron, igualmente no modelo de Rutherford-Bohr.

Número quântico secundário ou azimutal (l): representa o subnível (ou tipo de orbital) que o elétron se encontra.

Subnível (ou orbital) s p d f
Nº quântico secundário I = 0 I = 1 I = 2 I = 3

Número quântico magnético (m ou ml):: identifica a orientação do orbital no espaço.

Tipo de orbital l Possível mI Representação gráfica
s 0 0
p 1 -1, 0, 1 □ □ □
d 2 -2, -1, 0, 1, 2 □ □ □ □ □
f 3 -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3 □ □ □ □ □ □ □

Número quântico spin (s ou \({{m}_{s}}\)): representa o sentido de rotação do elétron na camada eletrônica. Segundo o Princípio de Exclusão de Pauli, em cada orbital, pode-se alocar no máximo dois elétrons, contanto que estes tenham sentidos opostos de rotação, ou seja, spins opostos.

\({{m}_{s}}\) = -1/2 ou +1/2 ou \({{m}_{s}}\)= ↑ ou ↓

Segundo a regra de Hund, o preenchimento dos orbitais deve ser feito de forma a se obter o número máximo de elétrons desemparelhados. Por exemplo, num orbital p, primeiro preenchemos os orbitais com o spin ↑, para depois preenchermos com ↓.

© Pattanawit Chan / / 123RF.

Diagrama de Linus Pauling: A distribuição de elétrons nos orbitais deve ser feita de acordo com a ordem crescente de energia. Como em um mesmo nível, os diferentes subníveis tem diferentes energias, ocorre que nem sempre o subnível de maior energia é o mais afastado do núcleo. Assim, a distribuição de elétrons deve ser feita segundo a ordem explicitada no diagrama de Linus Pauling.

Fonte. Wikimedia

Valência: a camada de valência é a última camada na distribuição eletrônica, e o número de elétrons presentes nessa camada, se denomina valência. Na maioria dos compostos químicos formados, necessita-se que a camada de valência se complete com 8 elétrons para ser estável, seja recebendo, doando ou ainda compartilhando elétrons, estabelecendo assim ligações químicas.

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

(UFU – MG) Dalton, Thomson, Rutherford e Bohr são cientistas que contribuíram, significativamente, para o desenvolvimento da teoria atômica. Em relação à estrutura atômica, assinale com (V) a(s) alternativa(s) verdadeira(s) e com (F) a(s) falsa(s).

(   ) Dalton postulou, baseado em evidências experimentais, que o átomo era uma “bolinha” extremamente pequena, maciça e indivisível.

(   ) Os resultados dos experimentos de descargas elétricas em gases rarefeitos permitiram a Thomson propor um modelo atômico constituído de cargas negativas e positivas.

(   ) Experimentos de bombardeamento de uma placa de ouro com partículas α levaram Rutherford a propor um modelo atômico em que o átomo era constituído de um núcleo e uma eletrosfera de iguais tamanhos.

(   ) A interpretação dos estudos com espectros do hidrogênio levou Bohr a propor que o átomo possui órbitas definidas por determinadas energias.

(   ) No modelo atômico de Bohr, os diversos estados energéticos, para os elétrons, foram chamados camadas ou níveis de energia.

A relação correta é:

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01

(UEFS) A safira azul usada na confecção de joias é um cristal constituído por óxido de alumínio, \({{Al}_{2}}{{O}_{3}}(S)\), substância química incolor, contendo traços dos elementos químicos ferro e titânio, responsável pela cor azul.

Considerando a informação associada aos conhecimentos da Química, é correto afirmar:

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02

(UFF) Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr mostrou que as leis da Física Clássica não eram válidas para sistemas microscópicos, tais como o átomo e suas partículas constituintes. Bohr criou um novo modelo atômico, fundamentado na teoria dos quanta de Max Planck, estabelecendo alguns postulados. Assinale a opção que apresenta corretamente um dos postulados de Bohr.

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03

(UFRGS – RS) Em fogos de artifício, as diferentes colorações são obtidas quando se adicionam sais de diferentes metais às misturas explosivas. Assim, para que se obtenha a cor azul é utilizado o cobre, enquanto para a cor vermelha, utiliza-se o estrôncio. A emissão de luz com cor característica para cada elemento deve-se, segundo Bohr:

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04

(LA SALLE – SP) Sobre o modelo atômico de Bohr, é correto afirmar que:

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05

(UNAERP – SP) O fenômeno da supercondução de eletricidade, descoberto em 1911, voltou a ser objeto da atenção do mundo científico com a constatação de Bednorz e Müller de que materiais cerâmicos podem exibir esse tipo de comportamento, valendo um prêmio Nobel a esses dois físicos em 1987. Um dos elementos químicos mais importantes na formulação da cerâmica supercondutora é o ítrio: \(1{{s}^{2}}2{{s}^{2}}2 {{p}^{5}}3{{s}^{2}}3{{p}^{5}}4{{s}^{2}}3{{d}^{10}}4{{p}^{6}}3{{d}^{10}}4{{p}^{6}}5{{s}^{2}}5{{s}^{2}}4{{d}^{1}}\). O número de camadas e o número de elétrons mais energéticos para o ítrio serão, respectivamente:

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06

(FEP – PA) Coloque em ordem crescente de energia os subníveis eletrônicos: 4d 4f 5p 6s

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07

(UFPB - PB) Dentre os conjuntos de números quânticos {n,ℓ,m,s} apresentados nas alternativas a seguir, um deles representa números quânticos NÃO permitidos para os elétrons da subcamada mais energética do Fe(II), um íon indispensável para a sustentação da vida dos mamíferos, pois está diretamente relacionado com a respiração desses animais. Esse conjunto descrito corresponde a:

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Dado: Fe (Z=26)

08

(UERN) A principal aplicação do bromo é a produção de brometo de etileno, que é utilizado em combustíveis para motores, com o intuito de evitar a acumulação de chumbo no interior dos cilindros. Considerando que o número atômico do bromo é 35, afirma-se que ele possui:

I. O número quântico principal igual a 4.

II. 7 orbitais completos.

III. 5 elétrons no nível de valência.

IV. O número quântico magnético igual a 0.

V. 5 elétrons na última camada, com número quântico azimutal igual a 1.

Estão corretas apenas as afirmativas

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09

(UFT) Quais são os quatro números quânticos principal(n), azimutal (l), magnético (ml) e de momento angular orbital (\({{m}_{s}}\)), para a configuração 4p²?

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10

EXERCÍCIOS EXTRAS

(UFU – MG) As primeiras ideias sobre a constituição da matéria estavam baseadas em razões filosóficas e cosmológicas. Modernamente, essas ideias foram retomadas, baseando-se a teoria em fatos experimentais. Vários modelos foram propostos – entre eles o modelo de Bohr, que sofreu muitas críticas por ter mantido a visão macroscópica e planetária de Rutherford. Marque as afirmações verdadeiras (V) e as falsas (F) relacionadas com o modelo atômico de Bohr.

(   ) O núcleo tem carga positiva e os elétrons de carga negativa giram em torno dele em órbitas determinadas.

(   ) Elétrons de diferentes energias ocupam órbitas diferentes.

(   ) A passagem de um elétron de uma órbita para outra mais distante do núcleo se dá por emissão de energia.

(   ) Um elétron que gira em determinada órbita está constantemente absorvendo energia.

A relação correta é:

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01

(UEL - PR) Elementos constituídos de átomos, cujos elétrons se deslocam de um nível de energia para um outro mais baixo:

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02

(UFRS – RS) Uma moda atual entre as crianças é colecionar figurinhas que brilham no escuro. Essas figuras apresentam em sua constituição a substância sulfeto de zinco. O fenômeno ocorre porque alguns elétrons que compõem os átomos dessa substância absorvem energia luminosa e saltam para níveis de energia mais externos. No escuro, esses elétrons retornam aos seus níveis de origem, liberando energia luminosa e fazendo a figurinha brilhar. Essa característica pode ser explicada considerando o modelo atômico proposto por:

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03

(UFOP – MG) Bohr atribuiu a emissão de espectros de linhas pelos átomos:

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04

(UECE - CE) Assinale a afirmativa correta.

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05

(UFPA – PA) O modelo probabilístico, utilizado para o problema velocidade-posição do elétron, é uma consequência do princípio de:

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06

(UFRGS – RS) O modelo de átomo sofre adaptações com o advento de novos conhecimentos que se obtêm sobre a natureza da matéria. Há alguns eventos ocorridos na primeira metade do século XX que foram particularmente importantes. Na coluna numerada, estão listados seis nomes que emprestaram decisiva contribuição para o modelo atômico atual. Na outra coluna, estão indicadas três contribuições que devem ser associadas com seus respectivos autores.

1. Niels Bohr

2. Louis de Broglie

3. Albert Einstein

4. Max Planck

5. Ernest Rutherford

6. Erwin Schrödinger

( ) Os elétrons ocupam níveis de energia.

( ) Os elétrons têm caráter corpuscular e de onda simultaneamente.

( ) Uso de soluções matemáticas obtidas através da Mecânica Quântica para descrever o elétron.

A relação numérica, de cima para baixo, da coluna com parênteses, que estabelece a sequência correta das associações é:

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07

(UFSM – RS) Em relação à configuração eletrônica nos níveis e subníveis dos átomos, analise as seguintes afirmativas.

I. Quanto mais distanciado do núcleo se encontrar o elétron, maior será o seu conteúdo energético.

II. A terceira e quarta camadas admitem, no máximo, 18 elétrons e 32 elétrons, respectivamente.

III. A primeira camada é a menos energética e pode ter, no máximo, 8 elétrons.

Está(ão) correta(s), pelo modelo atual:

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08

(FESP – SP) O número máximo de elétrons em cada camada (nível) pode ser calculado pela equação de Rydberg \({{e}_{m\acute{a}x}}=2{{n}^{2}}\), n é o número quântico principal. A camada “p” apresenta 32 elétrons com os elementos existentes. O número máximo de elétrons que pode comportar teoricamente este nível (camada p) é:

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09

(UEL - PR) Considere as afirmações a seguir.

I. O elemento químico de número atômico 30 tem 3 elétrons de valência.

II. Na configuração eletrônica do elemento químico com número atômico 26 há 6 elétrons no subnível 3d.

III. \({{3s}_{2}}\) \({{3p}_{3}}\) corresponde à configuração eletrônica dos elétrons de valência do elemento químico de número atômico 35.

IV. Na configuração eletrônica do elemento químico de número atômico 21 há 4 níveis energéticos.

Estão corretas somente:

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10

(UNIRIO – RJ) Os implantes dentários estão mais seguros no Brasil e já atendem às normas internacionais de qualidade. O grande salto de qualidade aconteceu no processo de confecção dos parafusos e pinos de titânio, que compõem as próteses. Feitas com ligas de titânio, essas próteses são usadas para fixar coroas dentárias, aparelhos ortodônticos e dentaduras, nos ossos da mandíbula e do maxilar. Jornal do Brasil, outubro 1996.

Considerando que o número atômico do titânio é 22, sua configuração eletrônica será:

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11

(FUVEST - SP) Considere os seguintes elementos e seus respectivos números atômicos:

I. Na(11)

II. Ca(20)

III. Ni(28)

IV. Al(13)

Dentre eles, apresenta (ou apresentam) elétrons no subnível d de suas configurações eletrônicas apenas:

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12

(UEM - PR) De acordo com o modelo atômico de Niels Bohr ou suas aplicações na explicação de fenômenos relacionados à emissão e à absorção de luz pela matéria, assinale o que for correto.

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13

(UEM - PR) Assinale o que for correto.

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14

(UEM - PR) Assinale o que for correto.

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15

(UEM - PR) Assinale a(s) alternativa(s) correta(s) a respeito do elemento químico que apresenta a seguinte configuração eletrônica no seu estado fundamental:

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p6 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d⁵

Em relação a essas espécies, são feitas as seguintes afirmações:

I. \({{K}^{+}}\) e \({{Ca}^{2+}}\) são isótonos;

II. \({{K}}\) e \({{Ca}^{2+}}\) são isóbaros;

III. K⁺ tem mais prótons que K;

IV. \({{K}^{+}}\) e \({{S}^{2-}}\) têm o mesmo número de elétrons.

É correto apenas o que se afirma em

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16

(MACKENZIE – SP) Os valores dos números quânticos principal, secundário, magnético e de spin para o elétron de maior energia do átomo B (Z= 5) são respectivamente:

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17

(FEI) Os quatro números quânticos dos dois elétrons mais externos do átomo de número atômico 20 são:

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18

(UFF – RJ) Um átomo neutro possui dois elétrons com n = 1, oito elétrons com n = 2, oito elétrons com n = 3 e um elétron com n = 4.

Supondo que esse elemento se encontre no seu estado fundamental, assinale a alternativa incorreta:

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19

Qual é a configuração eletrônica característica do nível mais externo dos elementos do grupo 7A, os halogênios?

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