2.11: Resumo

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2.1 Ideias iniciais em teoria atômica

Os antigos gregos propuseram que a matéria consiste em partículas extremamente pequenas chamadas átomos. Dalton postulou que cada elemento tem um tipo característico de átomo que difere em propriedades dos átomos de todos os outros elementos, e que átomos de diferentes elementos podem se combinar em proporções fixas, pequenas e de números inteiros para formar compostos. Todas as amostras de um determinado composto têm as mesmas proporções elementares por massa. Quando dois elementos formam compostos diferentes, uma determinada massa de um elemento se combina com massas do outro elemento em uma pequena proporção de números inteiros. Durante qualquer mudança química, os átomos não são criados nem destruídos.

2.2 Evolução da teoria atômica

Embora ninguém tenha realmente visto o interior de um átomo, experimentos demonstraram muito sobre a estrutura atômica. O tubo de raios catódicos de Thomson mostrou que os átomos contêm partículas pequenas e com carga negativa chamadas elétrons. Millikan descobriu que existe uma carga elétrica fundamental — a carga de um elétron. O experimento de folha de ouro de Rutherford mostrou que os átomos têm um núcleo pequeno, denso e com carga positiva; as partículas carregadas positivamente dentro do núcleo são chamadas de prótons. Chadwick descobriu que o núcleo também contém partículas neutras chamadas nêutrons. Soddy demonstrou que átomos do mesmo elemento podem diferir em massa; eles são chamados de isótopos.

2.3 Estrutura atômica e simbolismo

Um átomo consiste em um núcleo pequeno, com carga positiva, cercado por elétrons. O núcleo contém prótons e nêutrons; seu diâmetro é cerca de 100.000 vezes menor que o do átomo. A massa de um átomo é geralmente expressa em unidades de massa atômica (amu), chamadas de massa atômica. Um amu é definido exatamente como $\frac{1}{12}$ da massa de um átomo de carbono-12 e é igual a 1.6605 $\times$ 10 ⁻²⁴ g.

Os prótons são partículas relativamente pesadas com uma carga de 1+ e uma massa de 1.0073 amu. Os nêutrons são partículas relativamente pesadas sem carga e com uma massa de 1.0087 amu. Os elétrons são partículas leves com uma carga de 1− e uma massa de 0,00055 amu. O número de prótons no núcleo é chamado de número atômico (Z) e é a propriedade que define a identidade elementar de um átomo. A soma dos números de prótons e nêutrons no núcleo é chamada de número de massa e, expressa em amu, é aproximadamente igual à massa do átomo. Um átomo é neutro quando contém números iguais de elétrons e prótons.

Isótopos de um elemento são átomos com o mesmo número atômico, mas números de massa diferentes; os isótopos de um elemento, portanto, diferem entre si apenas no número de nêutrons dentro do núcleo. Quando um elemento natural é composto por vários isótopos, a massa atômica do elemento representa a média das massas dos isótopos envolvidos. Um símbolo químico identifica os átomos em uma substância usando símbolos, que são abreviações de uma, duas ou três letras para os átomos.

2.4 Fórmulas químicas

Uma fórmula molecular usa símbolos químicos e subscritos para indicar o número exato de átomos diferentes em uma molécula ou composto. Uma fórmula empírica fornece a proporção mais simples de átomos de números inteiros em um composto. Uma fórmula estrutural indica o arranjo de ligação dos átomos na molécula. Modelos com bola e bastão e preenchimento de espaço mostram a disposição geométrica dos átomos em uma molécula. Isômeros são compostos com a mesma fórmula molecular, mas com diferentes arranjos de átomos.

2.5 A tabela periódica

A descoberta da recorrência periódica de propriedades similares entre os elementos levou à formulação da tabela periódica, na qual os elementos são organizados em ordem crescente de número atômico em linhas conhecidas como períodos e colunas conhecidas como grupos. Elementos no mesmo grupo da tabela periódica têm propriedades químicas semelhantes. Os elementos podem ser classificados como metais, metalóides e não metais, ou como elementos do grupo principal, metais de transição e metais de transição interna. Os grupos são numerados de 1 a 18 da esquerda para a direita. Os elementos do grupo 1 são conhecidos como metais alcalinos; os do grupo 2 são os metais alcalino-terrosos; os do grupo 15 são os pnictogênios; os do 16 são os calcógenos; os do 17 são os halogênios; e os do 18 são os gases nobres.

2.6 Compostos iônicos e moleculares

Metais (particularmente aqueles nos grupos 1 e 2) tendem a perder o número de elétrons que os deixariam com o mesmo número de elétrons do gás nobre anterior na tabela periódica. Por esse meio, um íon carregado positivamente é formado. Da mesma forma, os não metais (especialmente aqueles dos grupos 16 e 17 e, em menor grau, os do Grupo 15) podem obter o número de elétrons necessários para fornecer aos átomos o mesmo número de elétrons do próximo gás nobre na tabela periódica. Assim, os não metais tendem a formar íons negativos. Íons carregados positivamente são chamados de cátions, e íons carregados negativamente são chamados de ânions. Os íons podem ser monoatômicos (contendo apenas um átomo) ou poliatômicos (contendo mais de um átomo).

Os compostos que contêm íons são chamados de compostos iônicos. Os compostos iônicos geralmente se formam a partir de metais e não metais. Compostos que não contêm íons, mas consistem em átomos fortemente unidos em moléculas (grupos de átomos não carregados que se comportam como uma única unidade), são chamados de compostos covalentes. Os compostos covalentes geralmente se formam a partir de dois não metais.

2.7 Nomenclatura química

Os químicos usam regras de nomenclatura para nomear claramente os compostos. Compostos iônicos e moleculares são nomeados usando métodos um pouco diferentes. Os compostos iônicos binários normalmente consistem em um metal e um não metal. O nome do metal é escrito primeiro, seguido pelo nome do não metal com sua terminação alterada para — ide. Por exemplo, K ₂ O é chamado de óxido de potássio. Se o metal puder formar íons com cargas diferentes, um número romano entre parênteses segue o nome do metal para especificar sua carga. Assim, FeCl ₂ é cloreto de ferro (II) e FeCl ₃ é cloreto de ferro (III). Alguns compostos contêm íons poliatômicos; os nomes dos íons poliatômicos comuns devem ser memorizados. Compostos moleculares podem formar compostos com diferentes proporções de seus elementos, então prefixos são usados para especificar o número de átomos de cada elemento em uma molécula do composto. Os exemplos incluem SF ₆, hexafluoreto de enxofre e N ₂ O ₄, tetróxido de dinitrogênio. Os ácidos são uma importante classe de compostos que contêm hidrogênio e têm regras especiais de nomenclatura. Os ácidos binários são denominados usando o prefixo hidro-, alterando o sufixo — ide para — ic e adicionando “ácido”; HCl é ácido clorídrico. Os oxiácidos são nomeados alterando a terminação do ânion (— comido para — ic e — ite para — ous) e adicionando “ácido”; H ₂ CO ₃ é ácido carbônico.