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1.2: Elementos e átomos - Biologia

1.2: Elementos e átomos - Biologia


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Elementos

Os elementos consistem em apenas um tipo de átomo e não podem ser decompostos em substâncias mais simples. Nosso planeta é feito de alguns 90 elementos. Destes 90, apenas 25 ou mais são usados ​​para construir seres vivos. A tabela mostra os 11 elementos mais prevalentes na litosfera (a crosta terrestre) e no corpo humano.

Viver importa

  • usa apenas uma fração dos elementos disponíveis para ele
  • mas, como mostra a tabela, as proporções relativas daqueles que ele adquire de seus arredores são bastante diferentes das proporções no ambiente

Então,

  • a composição dos seres vivos não é simplesmente um reflexo dos elementos disponíveis para eles
    • Por exemplo, hidrogênio, carbono e nitrogênio juntos representam menos de 1% dos átomos encontrados na crosta terrestre, mas cerca de 74% dos átomos na matéria viva.
  • uma das propriedades da vida é pegar certos elementos que são escassos no mundo inanimado e concentrá-los dentro das células vivas.

    Alguns animais marinhos acumulam elementos como vanádio e iodo em suas células em concentrações mil ou mais vezes maiores do que na água do mar circundante. Foi até proposto que o urânio fosse "extraído" do mar, extraindo-o de certas algas que podem absorver o urânio da água do mar e concentrá-lo em suas células.

Ainda há alguma incerteza sobre o número exato de elementos exigidos pelos seres vivos. Alguns elementos, por exemplo, alumínio, são encontrados em pequenas quantidades no tecido vivo, mas se eles estão desempenhando um papel essencial ou são simplesmente uma aquisição acidental (provavelmente o alumínio está) é às vezes difícil de determinar.

Átomos

Cada elemento é composto por um tipo de átomo. Podemos definir um átomo como a menor parte de um elemento que pode entrar em combinação com outros elementos.

Estrutura do átomo

Cada átomo consiste em um pequeno, denso, carregado positivamente núcleo cercado por muito mais leve, elétrons carregados negativamente. O núcleo do átomo mais simples, o átomo de hidrogênio (H), consiste em um único próton carregado positivamente. Por causa de seu único próton, o átomo de hidrogênio é atribuído a um número atômico do 1 e um único elétron. A carga do elétron é da mesma magnitude que a do próton, então o átomo como um todo é eletricamente neutro. Seu próton é responsável por quase todo o peso do átomo.

O núcleo do átomo do elemento hélio (Ele) tem dois prótons (portanto, o hélio tem um número atômico do 2) e dois nêutrons. Os nêutrons têm o mesmo peso que os prótons, mas não têm carga elétrica. O átomo de hélio tem dois elétrons de modo que, mais uma vez, o átomo como um todo é neutro.

A estrutura de cada um dos outros tipos de átomos segue o mesmo plano. Do lítio (At. No. = 3) ao urânio (At. = 92), os átomos de cada elemento podem ser listados em ordem crescente de número atômico. Não há lacunas na lista. Cada elemento possui um número atômico único e seus átomos possuem um próton a mais e um elétron a mais do que os átomos do elemento que o precede na lista.

Elétrons

Número atômicoElementoNíveis de energia ou "cascas"
KeuMNO
1Hidrogênio (H)1
2Helium (Ele)2
3Lítio (Li)21
4Berílio (Ser)22
5Boro (B)23
6Carbono (C)24
7Nitrogênio (N)25
8Oxigênio (O)26
9FlúorF)27
10Néon (Ne)28
11Sódio (N / D)281
12Magnésio (Mg)282
13Alumínio (Al)283
14Silício (Si)284
15Fósforo (P)285
16EnxofreS)286
17Cloro (Cl)287
18Argônio (Ar)288
19Potássio (K)2881
20Cálcio (Ca)2882
21Escândio (Sc)2892
22Titânio (Ti)28102
23Vanádio (V)28112
24Cromo (Cr)28131
25Manganês (Mn)28132
26Ferro (Fe)28142
27Cobalt (Co)28152
28Níquel (Ni)28162
29Cobre (Cu)28181
30Zinco (Zn)28182
31Gálio (Ga)28183
32Germânio (Ge)28184
33Arsênico (Como)28185
34Selênio (Se)28186
35Bromo (Br)28187
36Krypton (Kr)28188
42Molibdênio (Mo)2818131
48Cádmio (CD)2818182
50Lata (Sn)2818184
53Iodoeu)2818187

Os elétrons estão confinados a regiões relativamente discretas ao redor do núcleo. Os dois elétrons do hélio, por exemplo, estão confinados a uma zona esférica ao redor do núcleo chamada de Concha K ou Nível de energia K.

O lítio (At. = 3) tem três elétrons, dois na camada K e um localizado mais longe do núcleo no L shell. Estando mais longe das cargas opostas (+) do núcleo, este terceiro elétron é segurado com menos força.

Cada um dos seguintes elementos, em ordem crescente de número atômico, adiciona mais um elétron à camada L até chegarmos ao néon (At. = 10) que tem oito elétrons na camada L.

Sódio coloca seu décimo primeiro elétron em um nível de energia ainda mais alto, o M shell.

De sódio para argônio, essa camada é gradualmente preenchida com elétrons até que, mais uma vez, um máximo de oito seja atingido.

Observe que após a camada K com seu máximo de dois elétrons, o número máximo de elétrons em qualquer outro externo shell é oito.

Como veremos, o propriedades quimicas de cada elemento são fortemente influenciados pelo número de elétrons em seu nível de energia mais externo (Concha).

Esta tabela mostra a estrutura eletrônica dos átomos dos elementos 1 - 36 com aqueles que demonstraram ser usados ​​por seres vivos mostrado em vermelho. Quatro elementos de números atômicos ainda mais altos que foram usados ​​por seres vivos também estão incluídos.

A estrutura eletrônica de um átomo desempenha o papel principal em sua química.

O padrão de elétrons em um átomo - especialmente aqueles na camada mais externa - determina

  • a valência do átomo; ou seja, as razões com as quais ele interage com outros átomos e, em grande medida,
  • a eletro-negatividade do átomo; ou seja, a força com que atrai outros elétrons.

Elementos com o mesmo número de elétrons em sua camada mais externa apresentam propriedades químicas semelhantes.

Exemplo 1: Flúor, cloro, bromo, e iodo cada um tem 7 elétrons em sua camada mais externa. Estes assim chamados halogênios também são bastante semelhantes em seu comportamento químico. Quando dissolvidos em água, por exemplo, todos eles produzem soluções germicidas.

Exemplo 2: Esses elementos com 1, 2 ou 3 elétrons em sua camada mais externa são os metais.

Exemplo 3: Aqueles elementos com 4, 5, 6 ou 7 em sua camada mais externa são os não metais.

Exemplo 4: Hélio (com seus 2), néon, argônio, e criptônio (cada um com 8) "encheram" suas camadas mais externas. Eles são os chamados gases inertes ou "nobres". Eles não têm química alguma. Em condições normais, eles não interagem com outros átomos. Portanto, é o número e a disposição dos elétrons nos átomos de um elemento que estabelecem o comportamento químico desse elemento.

É assim que funciona:

Os átomos de um elemento interagem com outros átomos de maneiras e proporções que eles podem "preencher" sua camada mais externa com 8 elétrons (2 para hidrogênio). Eles podem fazer isso por

  • adquirindo mais elétrons de outro átomo
  • perdendo elétrons para outro átomo
  • compartilhando elétrons com outro átomo

O número de elétrons que um átomo deve adquirir, perder ou compartilhar para atingir uma configuração estável de 8 (2 para hidrogênio) é chamado de valência.

Hidrogênio, átomos de lítio, sódio e potássio têm um único elétron em sua camada mais externa. Todos os átomos de flúor, cloro, bromo e iodo têm 7. Qualquer átomo do primeiro grupo irá interagir com um único átomo de qualquer um do segundo grupo formando, HCl, NaCl, KI, etc. O resultado de todas essas interações é um par de átomos, cada um com uma camada externa como a de um dos gases inertes: 2 para o hidrogênio, 8 para os outros.

Os elementos com 2 elétrons em sua camada mais externa interagem com o cloro e os outros halogênios para formar, por exemplo, BeCl2, MgCl2, CaCl2. Novamente, o resultado é um par de átomos, cada um com um octeto estável de elétrons em sua camada mais externa.

Os elementos com 3 elétrons em sua camada mais externa irão interagir com o cloro na proporção de 1: 3, formando BCl3, AlCl3.

Carbono átomos, com seus 4 elétrons na camada L interagem com o cloro para formar CCl4.

Azoto, com seus 5 elétrons mais externos, interage com átomos de hidrogênio na proporção de 1: 3, formando amônia (NH3).

Oxigênio e enxofre, com seus 6 elétrons mais externos reagem com hidrogênio para formar água (H2O) e sulfeto de hidrogênio (H2S).

O que determina se um par de átomos troca ou compartilha elétrons?

A resposta é deles eletronegatividades relativas. Se dois átomos diferem muito em sua afinidade pelos elétrons; ou seja, em sua eletronegatividade, o átomo fortemente eletronegativo afastará o elétron do eletronegativo fracamente.

Exemplo: Na (fracamente eletronegativo) cede seu único elétron a um átomo de cloro (fortemente eletronegativo) para formar NaCl. O átomo de sódio agora tem apenas 10 elétrons, mas ainda 11 prótons, então há uma carga líquida positiva de um no átomo. Da mesma forma, o cloro agora tem um elétron a mais do que o próton, então agora tem uma carga líquida negativa de 1. Os átomos eletricamente carregados são chamados íons. A atração mútua de cargas elétricas opostas mantém os íons juntos por ligações ionicas.

Exemplo: Carbono e hidrogênio são fracamente eletronegativos, então nenhum deles pode remover elétrons do outro. Em vez disso, eles alcançam uma configuração estável, compartilhando seus elétrons mais externos, formando ligações covalentes de CH4.

Isótopos

O número de prótons no núcleo de seus átomos, que é o seu número atômico, define cada elemento. No entanto, os núcleos de um determinado elemento podem ter vários números de nêutrons. Como os nêutrons têm peso (quase o mesmo dos prótons), esses átomos diferem no peso atômico.

Os átomos do mesmo elemento que diferem em seu peso atômico são chamados isótopos.

Pesos atômicos são expressos em termos de um átomo padrão: o isótopo de carbono que possui 6 prótons e 6 nêutrons em seu núcleo. Este átomo é designado carbono-12 ou 12C. É atribuído arbitrariamente um peso atômico de 12 Daltons (em homenagem a John Dalton, o pioneiro no estudo de pesos atômicos). Assim, um dalton tem 1/12 do peso de um átomo de 12C. Tanto os prótons quanto os nêutrons têm pesos muito próximos a 1 dalton cada. O carbono-12 é o isótopo de carbono mais comum. Carbon-13 (13C) com 6 prótons e 7 nêutrons e carbono-14 (14C) com 6 prótons e 8 nêutrons são encontrados em quantidades muito menores.

Isótopos como "traçadores"

Pode-se preparar, por exemplo, um composto de carbono usado por seres vivos que tem muitos de seus 12Átomos C substituídos por 14Átomos C. O carbono-14 é radioativo. Rastreando o destino da radioatividade dentro do organismo, pode-se aprender o caminho normal desse composto de carbono naquele organismo. Assim 14C serve como um "rótulo" ou "traçador" isotópico.

A base dessa técnica é que o peso do núcleo de um átomo tem pouco ou nenhum efeito nas propriedades químicas desse átomo. A química de um elemento e dos átomos de que é feito - seja qual for o seu peso atômico - é uma função do número atômico desse elemento. Enquanto o átomo tiver 6 prótons, ele é um átomo de carbono, independentemente do número de nêutrons. Assim, enquanto 6 prótons e 8 nêutrons produzem um isótopo de carbono, 14C, 7 prótons e 7 nêutrons produzem um elemento totalmente diferente, o nitrogênio-14.


Assista o vídeo: Átomos e moléculas Ciências 9º ano Ensino Fundamental (Junho 2022).


Comentários:

  1. JoJoshicage

    Poucos são capazes de fazer acreditar.

  2. Ra

    Fora de seus ombros! Boa despedida! Tudo do melhor!

  3. Zulushura

    This sentence is just about

  4. Aodhhan

    algo em mim mensagens pessoais não desaparecem, o erro que isso

  5. Brad

    Sim, a variante não ruim



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