Resumo nº5

 

1. Massa e tamanho dos átomos

1.1. Ordens de grandeza e escalas de comprimento

• O Universo engloba o infinitamente grande (dimensões à escala astronómica) e o infinitamente pequeno (dimensões à escala atómica). Para facilitar a interpretação e comparação das dimensões das diferentes estruturas na Natureza, é usual a adoção de ordens de grandeza.

• A ordem de grandeza (OG) é a aproximação do valor real à potência de base 10 mais próxima.

• A interpretação de dados pode também ser facilitada recorrendo aos múltiplos ou submúltiplos da unidade de referência - unidade do Sistema lnternacional (SI).

• A Química analisa com mais atenção a natureza do mundo micro (celular) e nano (atómico ou molecular) ao exprimir a dimensão das estruturas.

• A nanotecnologia, enquanto ciência, tem por objetivo a manipulação da matéria à escala atómica e molecular( entre 1 e 100 nm).

• As técnicas e conhecimentos contidos nesta ciência, resultantes da crescente capacidade da tecnologia moderna em manipular átomos e moléculas, permitem criar materiais inovadores e desenvolver novos produtos e processos de fabrico industrial. Com os avanços dos estudos nesta área do saber; esperam-se repercussões em diferentes áreas dos setores industriais e de serviços, nomeadamente ao nível da medicina.

 

1.2. Dimensões à escala atómica

• A explicação quantitativa, por parte de Einstein, do movimento browniano (movimento errático de pequenas partículas de grãos de pólen em suspensão aquosa), observado em 1827 por Robert Brown, forneceu um decisivo suporte para a compreensão da, até então embrionária, teoria atómica e molecular da matéria.

• Foram vários os modelos propostos, a partir do final do século XIX, para o átomo. São exemplos o modelo da "bola de bilhar", proposto por Dalton, e o modelo do "pudim de passas", proposto por Thomson.

• Um modelo simples, próximo do designado por modelo de Rutherford, descreve o átomo como uma partícula eletricamente neutra constituída por protões e neutrões localizados na zona central do átomo, o núcleo, onde se concentra quase toda a massa, e por um imenso espaço vazio onde se movimentam os eletrões. O eletrão tem massa reduzida e carga elétrica negativa; o protão possui uma massa muito superior à do eletrão e carga elétrica positiva e o neutrão tem massa semelhante à do protão mas sem carga elétrica.

• A dimensão do átomo é de uma OG 10-10 vezes inferior a um metro (10-10 m = 1 Â).

 

1.3. Massa isotópica e massa atómica relativa média

Elemento químico é o conjunto de átomos que se caracterizam por possuírem o mesmo número de protões.

• O número atómico (Z) é numericamente igual ao número de protões existentes no núcleo de um átomo e o número de massa (A) é igual ao número de nucleões (número de protões e neutrões).

• Um elemento químico representa-se simbolicamente por zX.

• Um átomo representa-se simbolicamente por .

Isótopos são átomos com o mesmo número atómico mas diferente número de massa.

• A massa atómica relativa de um elemento químico é uma média ponderada das massas isotópicas relativas de todos os isótopos desse elemento. Este valor é mais próximo do valor da massa atómica isotópica do seu isótopo mais abundante e indica o número de vezes que, em média, a massa de um átomo de um determinado  elemento químico é superior a 1/12 da massa do átomo de carbono-12.

 

1.4. Quantidade de matéria e massa molar

• A mole (mol) é a quantidade de matéria (n) que contém tantas partículas (átomos, moléculas, iões, eletrões, etc.) quantos os atamos que existem em 0,012 kg de carbono-12, ou seja, é a quantidade de matéria que contém a constante de Avogadro (NA= 6,022 x 1023 mol-1).

• Tal como a massa atómica relativa, o valor da massa molecular relativa (Mr) tem como referência 1/12 da massa do átomo de carbono-12.

• O número de partículas (N) de uma substância determina-se por: N = n x NA.

• A massa de uma mole de substância designa-se por massa molar. Representa-se pelo símbolo M e exprime-se, usualmente, em g mol-1. Tem o valor numérico da massa molecular relativa que se determina a partir de massas atómicas relativas.

• A relação entre a quantidade de matéria (n), de uma dada substância, a sua massa (m) e a respetiva massa molar (M) traduz-se pela expressão:

 

1.5. Fração molar e fração mássica

• A fração molar (x), ou fração em mole, indica a relação entre a quantidade de matéria (n) de um elemento e a soma das quantidades de matéria de todos os elementos que constituem a substância. A fração molar do elemento A num composto de fórmula química    é dada por:

• A fração mássica (w), ou fração em massa, de um elemento indica a relação entre a massa desse elemento e a massa da substância:

• A fração mássica de um elemento A num composto de fórmula química   será:

• A relação entre a fração mássica, wA, do elemento A da molécula e a respetiva fração molar, XA, pode exprimir-se por:

• A relação entre a fração molar e a fração mássica pode exprimir-se através da expressão:

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