A partir do conhecimento adquirido sobre estrutura atômica e eletrônica responda:
a) Como podemos explicar a luminosidade que se emite quando um gás a baixa pressão, em um tubo de descarga, é submetido a uma alta voltagem. Descreva quais as observações experimentais que levaram a Thomson concluir que os raios catódicos se propagam em linha reta, que são dotados de massa e possuem carga negativa.
b) Explique a diferença entre número de massa, massa atômica e massa molecular, em seguida, a partir dos dados da tabela abaixo determine a massa atômica do magnésio.
Isótopo Abundância Massa
24 |c|c|c| hline Isótopo & Abundância & Massa hline 24 & $78,60 %$ & 23,993 hline 25 & $10,11 %$ & 24,994 hline 26 & $11,29 %$ & 25,991 hline 23,993
25 24,994
26 25,991

Passo 1

Beleza, aqui a gente tem dois pedaços do exercício, tá na vibe de estrutura atômica e eletrônica.
Conteúdo:
  • (a) Emissão de luz em tubo de descarga e as descobertas do Thomson sobre raios catódicos.
  • (b) Diferença entre número de massa, massa atômica e massa molecular + cálculo da massa atômica do magnésio a partir das abundâncias isotópicas.
    O que vamos usar: no (a) a ideia de elétrons colidindo e emitindo fótons, mais experimentos de deflexão e sombras; no (b) média ponderada (massa atômica = sum (abundânciatimes massa do isótopo)âó).

Passo 2

Parte (a): emissão de luz e Thomson
  1. Num tubo com gás rarefeito e alta voltagem, elétrons são acelerados entre cátodo e ânodo. Quando esses elétrons batem nos átomos do gás, eles “tiram” elétrons desses átomos para níveis mais energéticos. Depois, esses átomos “relaxam” e devolvem a energia na forma de luz. É por isso que o tubo brilha em cores características do gás.
  2. Observações de Thomson sobre os raios catódicos:
    • Linhas retas: colocando um obstáculo (tipo um pedaço de metal) fizera sombra na tela fluorescente do tubo, mostrando que o feixe vai em linha reta.
    • Massa (momento): Thomson colocou uma rodinha leve (paddle wheel) no caminho dos raios catódicos e viu a rodinha girar, ou seja, esses feixes carregam momento, logo têm massa.
    • Carga negativa: aplicando campos elétrico e magnético, ele desviou o feixe. Com as equações de força elétrica F=qE e magnética F=qvB, comparando a deflexão ele extraiu a razão m/q e viu que a carga era negativa (o feixe ia pro ânodo positivo).

Passo 3

Parte (b1): definindo os conceitos
  • Número de massa ( A): soma de prótons + nêutrons num núcleo. Ex.: isótopo ^24!Mg tem A=24.
  • Massa atômica: média ponderada das massas de todos os isótopos de um elemento, levando em conta suas abundâncias naturais. Unidade: u (unidade de massa atômica).
  • Massa molecular: soma das massas atômicas dos átomos que formam uma molécula. Ex.: M(H2O)=2times M(H)+M(O).

Passo 4

Parte (b2): cálculo da massa atômica do magnésio
Usamos a fórmula
MMg ;=;sumi l(abundânciaitimes massair)â
Substituindo os dados (convertendo % em fração):
MMg=0,7860times23,993;+;0,1011times24,994;+;0,1129times25,991
Fazendo as contas:
  • 0,7860times23,993approx18,86
  • 0,1011times24,994approx2,53
  • 0,1129times25,991approx2,93
Somando tudo:
MMgapprox18,86+2,53+2,93=24,32;u

Resposta

(a) A luminosidade no tubo de descarga vem dos elétrons acelerados pela alta voltagem que colidem com átomos do gás, excitando-os; ao retornarem ao estado fundamental, emitem fótons. Thomson concluiu que os raios catódicos viajam em linha reta (formam sombra), têm massa (fazem girar uma rodinha) e carga negativa (desvio em campos elétricos e magnéticos e medida de m/q).
(b)
  • Número de massa ( A): prótons + nêutrons no núcleo.
  • Massa atômica: média ponderada das massas isotópicas.
  • Massa molecular: soma das massas atômicas que compõem uma molécula.
    Massa atômica do Mg calculada: 24,32;u.

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