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Estabilidade Atômica

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Estabilidade Atômica

Mensagem por jlukinha em Seg Jan 13 2014, 19:31

Olá, pessoal. Em várias paginas da internet li sobre força forte quando pesquisei sobre estabilidade atômica, e não é isso o que procuro. A minha dúvida é a seguinte: Na natureza existem elementos que podem ser encontrados em sua forma pura (gases nobres). Outros elementos precisam ceder, ganhar ou compartilhar elétrons para que se estabilizem. Porém, na ligação iônica, quando os dois elementos se estabilizam eles se tornam cátions e ânions. Então, do que se trata essa "estabilidade" que os átomos tentam atingir ao se ligarem a outros ? Se há uma troca de elétrons entre metais e ametais, eles não deveriam se separar após a troca, já que estão estáveis ? Como átomos podem ser estáveis se há predominância de carga positiva ou negativa neles ?   
 
 Me lembro de ter questionado algo na aula de Química da minha escola, quando a professora estava ensinando distribuição eletrônica ou números atômicos, já não me recordo. Lembro de falar que havia algo que ia de encontro com os postulados de Bohr. Ela me disse que alguns postulados(se não todos) não eram mais utilizados para entender o átomo. Eu queria saber se há algum livro que fale mais minuciosamente sobre esse assunto, como o átomo é entendido atualmente, ou diferenças entre o átomo do séc. XX e do séc. XXI(é preferível que o livro seja direcionado ao ensino médio).  
 
Agradeço desde já pela ajuda!

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Re: Estabilidade Atômica

Mensagem por Thiago Lira em Seg Jan 13 2014, 21:33

Observe este exemplo: um átomo de flúor é um halogênio, isto é, possui sete átomos em sua camada de valência. Um átomo de potássio, por sua vez, está localizado na família dos alcalinos, e possui somente um elétron em sua camada de valência.
Átomos que possuem um número baixo de elétrons (em geral um, dois e três) necessitam de pouca energia para a liberação dos mesmos.
Neste caso, quando um átomo de potássio expele o seu elétron, se torna um cátion monovalente e adquirindo a estabilidade segundo a teoria do octeto. O flúor captura este elétron e se torna um ânion monovalente, também estabilizando-se. O quadro geral, nesta situação, seria:

(1) Um átomo de potássio carregado positivamente (pois perdeu um elétron);
(2) Um átomo de flúor carregado negativamente (com a captura do elétron expelido pelo potássio).

Assim, segundo o princípio básico da eletrostática - corpos com cargas de sinais diferentes tendem a serem atraídos - ambos os átomos sofrem mútua atração, e formam o composto iônico fluoreto de potássio.

Quanto à questão do átomo aceito pela química e física modernas, o volume um da coleção de Ricardo Feltre trata detalhadamente sobre este assunto. A coleção pode ser facilmente encontrada em sebos ou livrarias especializadas.
Caso procure uma definição extremamente detalhada sobre o assunto, busque um livro do ensino superior. Há um canal no Youtube chamado FisicaModernaUFF. O professor Jorge trata dos tópicos da mecânica quântica e atomística de forma bastante acessível (para os que possuem uma boa base posterior em Física) e suas aulas podem ser de ajuda em seus estudos.

Espero ter sido útil. Em caso de dúvida, não hesite em contatar-me.
Caso precise, posso auxiliar-lhe neste estudo explanando a evolução nos modelos atômicos e os postulados atuais propostos pela Física. Estou à disposição e ficaria grato em poder ajudá-lo.

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Re: Estabilidade Atômica

Mensagem por jlukinha em Seg Jan 13 2014, 23:20

Muito obrigado pela resposta, Thiago. No entanto, vou tentar elaborar minha pergunta novamente. Utilizando o Potássio e o Flúor como exemplos, imagine que antes de estabelecerem uma ligação iônica essas duas partículas ainda não tenham se tornado íons, ou seja, estão eletrostaticamente neutros, já que a soma de cargas positivas e negativas se anulam. Vendo os átomos dessa forma, eles estão "equilibrados", pois o somatório das cargas é nulo. Sendo assim, eu não percebo uma razão para que ocorra uma troca de elétrons entre esses átomos, entende ? O que eu quero saber é o seguinte: porquê átomos, que por definição são partículas de carga nula, realizam essa troca de elétrons entre si, já que estão em equilíbrio eletrostático ? Seria isso eletrização por atrito ? No exemplo do Potássio e do Flúor, a eletronegatividade do Flúor gera energia cinética no elétron, fazendo com que este saia do Potássio? Porém, a energia cinética gerada pela "força eletronegativa" do Flúor já não é suficiente para remover o segundo elétron, certo?
 
Com relação ao material, eu pretendo procurar os livros indicados o quanto antes, muito obrigado, e aguardo uma resposta. Até mais.

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Re: Estabilidade Atômica

Mensagem por Thiago Lira em Seg Jan 13 2014, 23:50

Desculpe-me por não ter respondido corretamente a sua pergunta. Você está com plena razão ao afirmar que os átomos são unidades neutras. A carga positiva intrínseca aos prótons é neutralizada pela carga negativa característica dos elétrons.
Os átomos, no entanto, precisam adquirir uma estrutura estável na natureza. Esta não se dá a partir do desequilíbrio de cargas, e sim a partir de uma propriedade nomeada estabilidade dos gases nobres ou teoria do octeto. Os gases nobres são teoricamente inertes, isto é, não reagem com quaisquer outros compostos, substâncias ou moléculas. Os demais átomos tendem a adquirir uma estrutura semelhante a estes.
Observe os exemplos (como estudante do ensino médio, suponho que seja capaz de entender a estrutura eletrônica atômica segundo o diagrama de Pauling):

He 1s
Ne 1s 2s 2p
Ar 1s 2s 2p 3s 3p
Kr 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p

Assim, todos os átomos de gases nobres possuem exatamente oito elétrons em sua camada de valência. Os átomos tendem a buscar tal estabilidade cedendo, ganhando ou compartilhando elétrons.
Os átomos metálicos possuem tendência a expelir elétrons - não precisam de energias elevadas para a ocorrência deste fenômeno - além de serem possuírem baixa eletronegatividade. Os átomos não-metálicos, por sua vez, são contrários aos metais. Sua eletronegatividade é uma das principais responsáveis para o ganho de elétrons, embora os mesmos possam ser, ainda, compartilhados.

Observemos a estrutura eletrônica dos átomos do composto KF:

(1) K 1s 2s 2p 3s 3p 4s1 3d
(2) F 1s 2s 2p7


O número de elétrons destes átomos em suas camadas de valência é, respectivamente, um e sete. Assim, o potássio possui um elétron a mais do que deveria segundo a teoria do octeto, e o flúor, um elétron a menos. Assim, o potássio, como átomo metálico, tende a perder o elétron. Este elétron é capturado pelo flúor. Observe as estruturas atômicas dos átomos depois da ionização:

(1) K 1s 2s 2p 3s 3p adquirindo a configuração do Ar (argônio);
(2) F 1s 2s 2p adquirindo a configuração do Ne (neônio).

Como expliquei anteriormente, por conta da eletrização, estes átomos tendem a formar ligações iônicas.

Espero ter demonstrado mais clareza nesta explicação. Em caso de dúvidas, quaisquer que sejam, contate-me.

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Re: Estabilidade Atômica

Mensagem por jlukinha em Ter Jan 14 2014, 16:35

Obrigado mais uma vez pela ajuda, Thiago. Então, pelo que entendi, a teoria do octeto foi um padrão enxergado pelos cientistas nas combinações entre elementos que, no entanto, ainda não possui explicações, correto ? Tanto que existem elementos que desobedecem a regra, como o Hélio e o Fósforo.

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Re: Estabilidade Atômica

Mensagem por Thiago Lira em Ter Jan 14 2014, 18:52

A explicação da teoria do octeto é justamente o fato de que, ao obter um número de elétrons análogo ao de um gás nobre, os átomos adquirem estabilidade.
Existem átomos que violam este princípio, porém existem explicações para o fenômeno. A seguir, citarei exemplos de átomos que não seguem este padrão e se estabilizam por processos modificados:

(1) Os átomos de hidrogênio estabilizam-se com dois elétrons em sua camada de valência. Isto se deve à própria lei do fenômeno: um átomo deve adquirir a estabilidade de um gás nobre que possua número de elétrons semelhantes. A camada de valência do hidrogênio, com um elétron, assemelha-se à do hélio, que possui dois.

(2) Os átomos de berílio estabilizam-se com quatro elétrons na camada de valência. Isto é verificado e explicado por um fenômeno nomeado hibridização - com o acréscimo de energia ao átomo, sua eletrosfera é propensa a receber um número maior de elétrons. Este fenômeno é visível, além do berílio, com os átomos de carbono e boro.

(3) Átomos de enxofre e fósforo são átomos portadores de uma eletrosfera de maiores dimensões, e portanto são propensos a compartilhar um número de elétrons maior do que a regra do octeto permite.

(4) Moléculas formadas por átomos de gases nobres: em condições adequadas, os gases nobres podem formar compostos. Os fluoretos de xenônio (XeF4, XeF6) e íons de hidrogênio e hélio (HeH+), dentre outros compostos, violam a regra do octeto.

No entanto, estas exceções são mínimas se comparadas com o número incontável de substâncias observadas na natureza. Logo, a teoria de estabilidade pode ser tida como lei geral dentre as moléculas e compostos químicos.

Espero ter sido claro. Em caso de dúvidas, contate-me: estou à disposição.

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