Capítulo 2 - Aula 1

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CAPÍTULO 2 
Estrutura Atômica e Ligação Interatômica
O tipo de arranjo geométrico dos átomos e suas ligações
interatômicas permitem explicar as propriedades
de um material.
A grafita e o diamante são constituídos de átomos de carbono.
Grafita
Diamante
A disparidade nas propriedades é atribuída as ligações
interatômicas dos materiais.
Conceitos fundamentais
ESTRUTURA ATÔMICA
Elétrons (eletrosfera)
Prótons (núcleo)
Nêutrons (núcleo)
negativos
positivos
carga nula
Carga do elétron = carga do próton = 1,6x10-19 C
Massa do próton = massa do nêutron = 1,67x10-27 Kg
Massa do elétron = 9,11x10-31 Kg
Número atômico (Z)
Corresponde ao número de prótons no núcleo.
Para um átomo eletricamente neutro Z = número de elétrons.
Massa atômica (A)
Soma das massas dos prótons e nêutrons no interior do 
núcleo.
A = Z + N
Para um dado elemento, o número de prótons de um átomo
(Z) é sempre igual. Já o número de nêutrons pode variar.
Assim, átomos de um alguns elementos possuem massas
atômicas diferentes.
Isótopos
Peso atômico
Corresponde a média ponderada das massas atômicas dos
isótopos.
Unidade de massa atômica (uma)
da massa atômica do isótopo mais comum do
carbono , o carbono 12 (C12) (A = 12).
Mol
1 mol de uma substância = 6,023 x 1023 átomos ou moléculas.
Elétrons nos átomos
Modelo atômico de Bohr
Os elétrons circulam ao redor do
núcleo atômico em orbitais
discretos.
Modelo mecânico-ondulatório
O elétron possui características tanto de onda como de
partícula.
A posição do elétron não está
mais definida em um orbital; 
em vez disso, a posição do elétron
é dada por uma probabilidade do
elétron estar em vários locais ao
redor do núcleo. 
Distribuição de probabilidade
ou
Nuvem eletrônica
Números quânticos
Cada elétron em um átomo é caracterizado por 4 parâmetros:
Números Quânticos
Os níveis energéticos de Bohr se separam em subcamadas
eletrônicas e os números quânticos definem o número de
estados energéticos em cada uma dessas subcamadas.
Número quântico principal n
As camadas eletrônicas de Bohr são
especificadas por números inteiros, 1,
 2, 3, 4,..., ou por letras, K, L, M, N,... 
K
L
M
Número quântico secundário L
Indica o subnível energético designada pelas letras minúsculas
s (0), p (1), d (2) e f (3) .
A quantidade de subníveis (subcamadas) está limitada pela
magnitude do nível n. 
Terceiro número quântico m
Indica o número de estados energéticos para cada subnível,
ou seja, a quantidade e formatos dos orbitais no espaço.
Seu valor pode variar de –L a +L
 Subnível s (L = 0)
Representação do
orbital
Máxima probabilidade
de
encontrar o elétron.
1 estado energético
(1 orbital)
Formato esférico
 Subnível p (L = 1)
Regra de Hund
A distribuição dos elétrons deve ser feita de maneira que se
tenha o maior número de elétrons desemparelhados.
Cada orbital comporta no
máximo 2 elétrons.
Esse subnível apresenta 3 estados energéticos (3 orbitais). 
Formato de duplo
ovóide
 Subnível d (L = 2)
Esse subnível apresenta 5 estados energéticos (5 orbitais). 
 Subnível d (L = 3)
Esse subnível apresenta 7 estados energéticos (7 orbitais). 
Até o momento, temos:
Quarto número quântico ms
Momento de spin, mostra o sentido de rotação do elétron,
que deve ser orientado para cima ou para baixo.
Em função dos sentidos de rotação são conhecidos dois
valores para o spin:
Exemplo
Qual são os quatro números quânticos que caracterizam o
elétron mais energético do Flúor? 
 Número atômico Z = 9
 Distribuição eletrônica
 O elétron mais energético se encontra no último nível.
Assim, o número quântico principal é n = 2 (Camada L).
 O subnível energético é o p, portanto o número quântico
secundário é L = 1. 
= 1s2 2s2 2p5
 O subnível p possui 3 estados energéticos
O último elétron (mais energético) está posicionado no
estado energético central (zero). Assim, m = 0.
Como o spin desse elétron está para baixo, podemos associar
a ele o valor ms = - ½ .
Concluímos que o conjunto de números quânticos que
caracterizam o elétron mais energético é dado por:
n = 2, L = 1, m = 0 e ms = - ½ .
Modelo de Bohr x Modelo mecânico-ondulatório
K
L
M
Bohr
Mecânico-ondulatório
A tabela periódica
 Os elementos químicos foram localizados na tabela
periódica de acordo com suas configurações eletrônicas.
 Eles estão posicionados em ordem crescente de número
atômico, em sete fileiras horizontais (Períodos).
 Os elementos localizados em uma dada coluna (Grupo) 
possuem estruturas semelhantes dos seus elétrons de
valência, assim como propriedades semelhantes.
 Os elementos posicionados no Grupo 0, grupo mais à
direita da tabela, são os gases inertes, que possuem camadas
eletrônicas preenchidas e configurações estáveis.
 Os Não-metais do Grupo VIIA (halogênios) e VIA, possuem,
respectivamente, uma deficiência de um e de dois elétrons
para terem suas estruturas estáveis.
 Os metais alcalinos (IA) e alcalinos terrosos (IIA) possuem,
respectivamente, um e dois elétrons em excesso em relação
às estruturas estáveis.
 Os elementos localizados entre os Grupos IIIB e IIB são
chamados metais de transição.
 Os Grupos IIIA, IVA e VA (Si, B, Ge, etc) apresentam
características intermediárias entre aquelas dos metais e
não-metais, em virtude dos elétrons de valência.
A maioria dos elementos se enquadra nos metais, também
chamados de elementos eletropositivos, pois são capazes de
ceder seus elétrons de valência para se tornarem íons
positivos.
 À direita da tabela estão os chamados eletronegativos, pois
aceitam elétrons para formar íons negativos ou compartilhar
elétrons com outros átomos.
LIGAÇÃO ATÔMICA NOS SÓLIDOS
Forças e Energias de Ligação
A compreensão de muitas propriedades físicas do materiais
vêm do conhecimento da forças interatômicas que unem os
átomos.
Sejam dois átomos isolados, separados por uma grande
distância. 
Se r >> 0
Sabemos que:
A grandes distâncias as
interações são desprezíveis.
A medida que os átomos se aproximam um exerce força
sobre o outro, que pode ser atrativa (FA) ou repulsiva(FR).
r
Por fim, as camadas mais externas dos dois átomos começam
a se superpor e uma grande força repulsiva começa a atuar.
Então, as duas situações devem ser consideradas.
A força resultante (FT) é dada por
FT = FA + FR
Se FT = 0 o estado é de equilíbrio
O centro dos dois átomos irão permanecer separados pela
distância de equilíbrio r0 .
Para alguns átomos, r0 vale aproximadamente 0,3nm.
Relação força-energia potencial para dois átomos.
ou
Energia
de
Ligação 
Altos valores de E0
Temperatura de
fusão elevada.
Inclinação da curva
em r = r0 informa a
rigidez do material.
Um “poço fundo”
e estreito indica 
um baixo coef. de
expansão térmico.