4º Módulo Formas

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Ions

ÍONS
Um íon é uma espécie química eletricamente carregada, que resulta de um átomo ou molécula que perdeu ou ganhou elétrons. Íons carregados negativamente são conhecidos como ânions ou até mesmo como íon negativo, (que são atraídos para ânodos), enquanto íons com carga positiva são denominados cátions, ou íon positivo (que são atraídos por cátodos). Quando uma molécula se ioniza, divide-se em duas, criando um par de íons com cargas elétricas opostas, ou seja, um com carga elétrica negativa (ânion) e um com carga elétrica positiva (cátion). Para entendermos melhor, vamos estudar a molécula da água.
Uma molécula de água (H2O) pura com pH 7 é composta por dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio, mas algumas de suas moléculas não permanecem unidas. Por causa da ionização natural da água, algumas moléculas se ionizam (dividem) em dois íons separados: H+ e OH-. Uma molécula de água pode ser expressa como H2O e sua ionização natural como H2O H+ + OH-. H+ é o íon de hidrogênio ácido e o OH- é o íon de hidróxido alcalino. Toda molécula de água que ioniza rende um íon de hidrogênio e um hidróxido, por isso, em água pura, a concentração de ácido e álcalis tem de ser igual, pois, cada vez que um íon de hidrogênio é produzido, um íon de hidróxido também é produzido.
Na água pura não há outras associações possíveis e esta ionização natural da água explica duas coisas importantes:
• A ionização da água faz o pH possível. Somente substâncias aquosas têm pH. Soluções não aquosas como óleo e álcool, não;
• A água pura é neutra porque não é ácida nem alcalina; ela é formada por um equilíbrio, ou seja, contém o mesmo número de íons de hidrogênio (H+) e de íons de hidróxido (OH-), então, é 50% ácida e 50% alcalina.
PH
O pH é um símbolo para uma medida físico-química e significa potencial hidrogeniônico, que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de uma solução aquosa. O pH possui uma escala de referência que vai do 0 ao 14, sendo o pH 7 uma solução neutra. Observe a figura abaixo:

Como podemos observar, na escala de 0 a 6 temos as soluções ácidas e de 8 a 14 as bases ou soluções alcalinas. Perceba que o pH é escrito com “p” minúsculo (que representa quantidade) e “H” maiúsculo (que representa o íon de hidrogênio (H+)). Os números da escala de pH são obtidos através de Logarítmos, os quais significam múltiplos de dez. Uma vez que a escala do pH é do tipo logarítmica, a mudança de um número inteiro representa dez vezes mais no pH; ou seja, por exemplo, um pH de 8 é dez vezes mais alcalino que um de 7. Uma mudança de dois números inteiros representa dez vezes dez, ou uma de cem vezes, ou seja, um pH de 9 é cem vezes mais alcalino que um de 7. Uma pequena mudança na escala do pH indica uma grande alteração na concentração de íons de hidrogênio e hidróxido.
Independentemente do pH, todas as soluções aquosas contêm íons de hidrogênio ácido (H+) e de hidróxido alcalino (OH-). O pH da manta natural do cabelo e da pele é de 5 e da água pura é 7, então, a água pura é cem vezes mais alcalina que o cabelo e a pele, mesmo tendo um pH neutro. A água pura pode fazer o cabelo se dilatar em até 20% e causar o ressecamento da pele. Soluções de ácido forte ou alcalinas interrompem a manta ácida natural e danificam o cabelo e a pele.
ÁCIDOS, BASES E ÍONS
Todos os ácidos devem sua reatividade química ao íon de hidrogênio (H+), eles endurecem, contraem o cabelo e reagem com os álcalis para formar água e sais. Em contrapartida, todos os álcalis devem sua reatividade química ao íon de hidróxido (OH-), eles amaciam, entumecem, dilatam o cabelo e reagem com ácidos para formar água e sais. O íon de hidrogênio (H+) é responsável por todas as reações ácidas e o íon de hidróxido (OH-) pelas alcalinas. A potência de ácidos e álcalis é diferente por causa de seu grau de ionização em água. Ácidos e álcalis fortes ionizam mais completamente e produzem mais íons do que os ácidos e álcalis fracos.
ÁTOMOS
Para entender o que existe e acontece a sua volta, o ser humano procura classificar fenômenos. Isso é, separa esses objetos ou fatos, a partir de algum critério preestabelecido segundo o interesse e o objetivo do estudo. A partir da observação do comportamento dos átomos, aqueles grupos que possuíam um mesmo comportamento passaram a ser denominados como elemento químico.
Mas o que é mesmo um átomo? O átomo é a partícula fundamental da matéria. O nome átomo foi dado pelo filósofo grego Demócrito, que viveu entre 546 e 460 a.C.. Ele acreditava que todos os materiais possuíam uma menor parte, que seria indivisível (a = não; tomos = divisões). O cientista inglês John Dalton retomou as ideias de Demócrito 23 séculos depois, em 1808. A partir de experimentações, tirou algumas conclusões:
• Toda matéria é formada por diminutas partículas, os átomos;
• Existe um número finito de átomos na natureza;
• A combinação entre átomos iguais ou diferentes origina os materiais.
Vários estudos baseados nas suas ideias levaram à conclusão de que essa partícula formadora da matéria era dotada de cargas opostas entre si. Aí estavam as evidências de que o átomo é divisível. Em 1897, o físico inglês Joseph John Thomson propôs um modelo atômico conhecido como “pudim de passas”, onde existiam simultaneamente os dois tipos de cargas, hoje conhecidas como positivas e negativas. Com a descoberta da radioatividade, foi possível definir que as partículas de carga positiva, os prótons, concentravam-se em uma região central do átomo, o núcleo, e os elétrons, de carga negativa, circundavam esse núcleo. Alguns pesquisadores, porém, identificavam uma falha nesse raciocínio: se cargas de mesma natureza se repelem, como o núcleo, que possuía apenas cargas positivas, mantinha-se estável?
Para explicar esse fato, foi sugerida a existência de partículas entre os prótons que eliminariam a repulsão entre eles. Em 1932, James Chadwick descobriu no núcleo a existência de partículas sem carga, os nêutrons. Ernest Rutherford (1911) propôs um modelo muito parecido com o sistema solar: o sol seria o núcleo e os planetas, os elétrons – sendo a matéria constituída principalmente por espaços vazios. Em 1913, Niels Bohr ampliou o modelo atômico de Rutherford propondo que os elétrons giravam ao redor do núcleo em camadas, ou níveis eletrônicos, sem perder energia. Em cada órbita, os elétrons têm energia específica: quanto mais próximo do núcleo menor a quantidade de energia; quanto mais distante, maior a energia do elétron. Assim, quando um elétron recebe energia, ele pode saltar para camadas mais distantes do núcleo; inversamente, se ele salta para camadas mais próximas do núcleo ocorre a liberação de energia em forma de luz. Hoje, sabemos que os átomos são formados por partículas subatômicas como os prótons, nêutrons e elétrons.
• Os prótons são partículas eletricamente carregadas;
• Os elétrons também são partículas eletricamente carregadas;
• Os nêutrons, como o próprio nome diz, não possuem carga, são neutros;
• Os prótons e nêutrons têm aproximadamente a mesma massa;
• Os elétrons possuem massa aproximadamente 1.816 vezes menor que a de um próton, portanto ela é desprezível em relação à massa atômica.
Se ganha energia, o elétron pode passar para as camadas mais externas do átomo. Essa energia pode ser suficiente para que o elétron deixe seu átomo de origem, o que muda a condição elétrica do átomo, mas não altera a sua massa. Mas o que define o comportamento dos átomos? Como vimos anteriormente, os prótons e nêutrons estão nas regiões mais internas dos átomos: os núcleos. Os elétrons estão nas mais externas, a eletrosfera. As partículas subatômicas que possuem carga elétrica de mesma intensidade, mas opostas, são os prótons e os elétrons. O balanço entre as partículas subatômicas que possuem cargas elétricas dará a característica elétrica do material. A massa é dada pela quantidade de prótons e nêutrons, já que os elétrons têm massa desprezível.
O número de elétrons de um átomo pode variar, mudando a carga total do átomo. Segundo o modelo atômico de Bohr, os elétrons podem ganhar energia e passar as camadas eletrônicas mais distantes do núcleo. Nas reações químicas, as mudanças ocorrem com a eletrosfera. Seja por atração de outros núcleos atômicos ou por terem recebido energia suficiente, os elétrons podem deixar seu átomo de origem. Esse não perde massa, pois, como já foi visto anteriormente, a massa do elétron é desprezível. Em um átomo, normalmente, o número de prótons e nêutrons é invariável. Sendo assim, o próton é a única partícula que possui carga e não deixa facilmente o átomo. Portanto é o número de prótons que caracteriza um elemento químico, ou seja, é o número de prótons que indica qual átomo fará parte de um determinado grupo.

DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA
A eletrosfera de um átomo compreende a região que circunda o núcleo e que contém todos os seus elétrons. Essa região apresenta um raio cerca de dez mil a cem mil vezes maior que o núcleo. A análise dos resultados experimentais permitiu aos cientistas concluir que os elétrons estão distribuídos na eletrosfera em níveis e subníveis energéticos. Para os 117 elementos atuais, os elétrons estão distribuídos em sete camadas eletrônicas (ou sete níveis de energia). As camadas são representadas pelas letras maiúsculas K, L, M, N, O, P e Q ou 1o, 2o, 3o, 4o, 5o, 6o e 7o níveis de energia.

Em cada camada, os elétrons estão distribuídos em subníveis de energia. Esses subníveis de energia são representados pelas letras minúsculas s (sharp), p (principal), d (diffuse) e f (fundamental), e o número máximo de elétrons que pode ocupar em cada um dos subníveis é igual a 2, 6, 10 e 14, respectivamente. Para facilitar a distribuição eletrônica, o químico Linus Carl Pauling (19011994) elaborou um diagrama que hoje é conhecido como diagrama de Pauling. Na figura abaixo é possível observá-lo. Para realizar a distribuição eletrônica utilizando o diagrama de Pauling, deve-se percorrer as diagonais como indicado na figura, ou seja, da direita para a esquerda e de cima para baixo. Assim, o primeiro subnível a receber elétrons é o de menor energia (1s), e o último subnível a receber elétrons é o de maior energia (7p).

Para o átomo do elemento químico prata (Ag), cujo número atômico é 47 e, portanto, apresenta 47 prótons no núcleo e 47 elétrons na eletrosfera, a distribuição eletrônica na sequência dos subníveis e níveis de energia são, respectivamente:

Para o átomo de prata, a última camada corresponde à camada O (ou 5o nível), e apresenta dois elétrons. Essa última camada é denominada camada de valência.


Para o átomo do elemento químico bromo (35Br), que contém 35 prótons no núcleo e 35 elétrons na eletrosfera, a distribuição eletrônica na sequência dos subníveis e de níveis de energia são, respectivamente:

Para o átomo de bromo, a última camada (camada de valência) corresponde à camada N (ou 4o nível) e apresenta sete elétrons.