Estrutura e Propriedades Atômicas

Objetivo de Aprendizagem 1.1.A: Calcular quantidades de uma substância ou seu número relativo de partículas usando análise dimensional e o conceito de mol.

• 1.1.A.1 Não se pode contar partículas diretamente durante o trabalho de laboratório. Portanto, deve haver uma conexão entre as massas das substâncias que reagem e o número real de partículas que sofrem alterações químicas.
• 1.1.A.2 O número de Avogadro ($N_{\mathrm{A}} = 6.022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$) estabelece a conexão entre o número de mols em uma amostra pura de uma substância e o número de partículas constituintes (ou unidades de fórmula) dessa substância.
• 1.1.A.3 Expressar a massa de um átomo ou molécula individual em unidades de massa atômica (uma) é útil porque a massa média em uma de uma partícula (átomo ou molécula) ou unidade de fórmula de uma substância será numericamente igual à massa molar dessa substância em gramas. Assim, existe uma conexão quantitativa entre a massa de uma substância e o número de partículas que ela contém.
  • Equação: $n = m/M$

Objetivo de Aprendizagem 1.2.A: Explicar a relação quantitativa entre o espectro de massas de um elemento e as massas dos isótopos desse elemento.

• 1.2.A.1 O espectro de massas de uma amostra contendo um único elemento pode ser usado para determinar a identidade dos isótopos desse elemento e a abundância relativa de cada isótopo na natureza.
• 1.2.A.2 A massa atômica média de um elemento pode ser estimada a partir da média ponderada das massas isotópicas, usando a massa de cada isótopo e sua abundância relativa.
  • Declaração de Exclusão: A interpretação de espectros de massas de amostras contendo múltiplos elementos ou picos decorrentes de espécies diferentes de íons monatômicos com carga simples não será avaliada no Exame AP.

Objetivo de Aprendizagem 1.3.A: Explicar a relação quantitativa entre a composição elemental por massa e a fórmula empírica de uma substância pura.

• 1.3.A.1 Algumas substâncias puras são compostas por moléculas individuais, enquanto outras consistem em átomos ou íons mantidos juntos em proporções fixas conforme descrito por uma unidade de fórmula.
• 1.3.A.2 De acordo com a lei das proporções definidas, a razão entre as massas dos elementos constituintes em qualquer amostra pura desse composto é sempre a mesma.
• 1.3.A.3 A fórmula química que lista a menor razão de números inteiros de átomos dos elementos em um composto é a fórmula empírica.

Objetivo de Aprendizagem 1.4.A: Explicar a relação quantitativa entre a composição elemental por massa e a composição de substâncias em uma mistura.

• 1.4.A.1 Substâncias puras contêm átomos, moléculas ou unidades de fórmula de um único tipo. Misturas contêm átomos, moléculas ou unidades de fórmula de dois ou mais tipos, cujas proporções relativas podem variar.
• 1.4.A.2 A análise elementar pode ser usada para determinar os números relativos de átomos em uma substância e para determinar sua pureza.

Objetivo de Aprendizagem 1.5.A: Representar a configuração eletrônica do estado fundamental de um átomo de um elemento ou seus íons usando o princípio de Aufbau.

• 1.5.A.1 O átomo é composto por elétrons carregados negativamente e um núcleo carregado positivamente que é formado por prótons e nêutrons.
• 1.5.A.2 A lei de Coulomb é usada para calcular a força entre duas partículas carregadas.
  • Equação: $F_{coulombic} \propto \dfrac{q_1 q_2}{r^2}$
• 1.5.A.3 Em átomos e íons, os elétrons podem ser considerados como estando em "camadas (níveis de energia)" e "subcamadas (subníveis)", conforme descrito pela configuração eletrônica do estado fundamental. Elétrons internos são chamados de elétrons do núcleo (core electrons), e elétrons externos são chamados de elétrons de valência. A configuração eletrônica é explicada pela mecânica quântica, conforme delimitado pelo princípio de Aufbau e exemplificado na tabela periódica dos elementos.
  • Declaração de Exclusão: A atribuição de números quânticos a elétrons em subcamadas de um átomo não será avaliada no Exame AP.
• 1.5.A.4 A energia relativa necessária para remover um elétron de diferentes subcamadas de um átomo ou íon ou da mesma subcamada em diferentes átomos ou íons (energia de ionização) pode ser estimada através de uma aplicação qualitativa da lei de Coulomb. Essa energia está relacionada à distância do núcleo e à carga efetiva (de blindagem) do núcleo.

Objetivo de Aprendizagem 1.6.A: Explicar a relação entre o espectro fotoeletrônico de um átomo ou íon e: i. A configuração eletrônica do estado fundamental da espécie. ii. As interações entre os elétrons e o núcleo.

• 1.6.A.1 As energias dos elétrons em uma camada dada podem ser medidas experimentalmente com espectroscopia fotoeletrônica (PES). A posição de cada pico no espectro PES está relacionada à energia necessária para remover um elétron da subcamada correspondente, e a altura relativa de cada pico é (idealmente) proporcional ao número de elétrons naquela subcamada.

Objetivo de Aprendizagem 1.7.A: Explicar a relação entre as tendências nas propriedades atômicas dos elementos e a estrutura eletrônica e periodicidade.

• 1.7.A.1 A organização da tabela periódica baseia-se em padrões de propriedades recorrentes dos elementos, que são explicados por padrões de configurações eletrônicas do estado fundamental e pela presença de camadas (e subcamadas) de elétrons completamente ou parcialmente preenchidas nos átomos.
  • Declaração de Exclusão: Escrever a configuração eletrônica de elementos que são exceções ao princípio de Aufbau não será avaliado no Exame AP.
• 1.7.A.2 As tendências nas propriedades atômicas dentro da tabela periódica (periodicidade) podem ser previstas pela posição do elemento na tabela periódica e compreendidas qualitativamente usando a lei de Coulomb, o modelo de camadas e os conceitos de blindagem e carga nuclear efetiva. Essas propriedades incluem:
  • i. Energia de ionização
  • ii. Raios atômicos e iônicos
  • iii. Afinidade eletrônica
  • iv. Eletronegatividade.
• 1.7.A.3 A periodicidade (em 1.7.A.2) é útil para prever/estimar valores de propriedades na ausência de dados.

Objetivo de Aprendizagem 1.8.A: Explicar a relação entre as tendências na reatividade dos elementos e a periodicidade.

• 1.8.A.1 A probabilidade de dois elementos formarem uma ligação química é determinada pelas interações entre os elétrons de valência e os núcleos dos elementos.
• 1.8.A.2 Elementos na mesma coluna da tabela periódica tendem a formar compostos análogos.
• 1.8.A.3 Cargas típicas de átomos em compostos iônicos são regidas pelo número de elétrons de valência e preditas por sua localização na tabela periódica.