1º Ano - Estrutura da matéria

Habilidade: Identificar modelos que descrevem a estrutura da matéria (constituição do átomo).

Toda matéria é formada de átomo sendo que cada elemento químico possui átomos diferentes.

A estrutura atômica é composta por três partículas fundamentais: prótons (com carga positiva), nêutrons (partículas neutras) e elétrons (com carga negativa).    

A eletricidade chega às nossas casas através de fios e da movimentação de partículas negativas que fazem parte dos elétrons, que circulam pelos fios.  

Estrutura Atômica  

No núcleo de um átomo estão os prótons e os nêutrons e, girando em torno desse núcleo, estão os elétrons.  

Cada núcleo de um determinado elemento químico tem o mesmo número de prótons.  

Esse número define o número atômico de um elemento e determina sua posição na tabela periódica.  

Em alguns casos acontece de um mesmo elemento ter átomos com números diferentes. Esses são chamados de isótopos.

Prótons  

O próton é uma partícula fundamental na estrutura atômica.  

Juntamente com os nêutrons, forma todos os núcleos atômicos, exceto para o hidrogênio, onde o núcleo é formado de um único próton.  

A massa de um átomo é a soma das massas dos prótons e nêutrons. 

Como a massa do elétron é muito pequena (tem cerca de 1/1836,15267377 da massa do próton), ela não é considerada.   

A massa do átomo é representada pela letra (A). O que caracteriza um elemento é o número de prótons do átomo, conhecido como número atômico do elemento. É representado pela letra (Z). 

O número da massa (A) do átomo é formado pela soma do número atômico (Z) com o número de nêutrons (N), ou seja, A = Z + N.  

Nêutrons 

O nêutron são partículas neutras que fazem parte da estrutura atômica dos átomos, juntamente com os prótons. Ele tem massa, mas não tem carga.  

A massa é muito parecida com a do próton. O nêutron se localiza na porção central do átomo (núcleo).  

Para se calcular a quantidade de nêutron que um átomo possui basta fazer a subtração entre o número de massa (A) e o número eletrônico (Z).  

Elétrons 

O elétron é uma partícula subatômica que circunda o núcleo atômico, sendo responsável pela criação de campos magnéticos elétricos.  

Um próton na presença de outro próton se repele, o mesmo ocorre com os elétrons, mas entre um próton e um elétron existe uma força de atração. Dessa maneira atribui-se ao próton e ao elétron uma propriedade física denominada carga elétrica.  

Os elétrons dos átomos giram em órbitas específicas e de níveis energéticos bem definidos. Sempre que um elétron muda de órbita, um pacote de energia seria emitido ou absorvido.   

Essa teoria envolve conhecimentos da mecânica quântica e estes pacotes de energia são chamados quantum.

Fonte:

https://www.todamateria.com.br/estrutura-atomica/#:~:text=A%20estrutura%20at%C3%B4mica%20%C3%A9%20composta,elemento%20qu%C3%ADmico%20possui%20%C3%A1tomos%20diferentes.

Estrutura do Átomo

Habilidade:  Identificar as regiões constituintes dos átomos (núcleo e eletrosfera) e suas respectivas partículas (prótons, nêutrons e elétrons).

A estrutura do átomo é dividida basicamente em duas regiões: o núcleo, que é formado pelos prótons e nêutrons, e a eletrosfera, formada por elétrons e um grande vazio.

Falaremos aqui do modelo atômico mais estudado no Ensino Médio e que serve para explicar a maioria dos fenômenos físicos e químicos pelos quais a matéria passa. Segundo esse modelo, a estrutura do átomo apresenta basicamente duas regiões distintas, que são:  

Núcleo: 

É uma região maciça, compacta e densa que fica no centro do átomo. O núcleo atômico é divisível, pois é constituído de duas partículas diferentes:  

Prótons: são partículas carregadas positivamente com carga relativa igual a +1. Sua massa relativa também é de 1.  

O número de prótons existente no núcleo é chamado de número atômico (Z) e é o responsável pela diferenciação de um elemento químico de outro, ou seja, cada elemento químico é formado por um conjunto de átomos que possui o mesmo número atômico ou a mesma quantidade de prótons.  

Nêutrons: como o próprio nome indica, essas são partículas neutras, isto é, não possuem carga elétrica. Assim, os nêutrons diminuem a força de repulsão entre os prótons no núcleo (tendo em vista que cargas de mesmo sinal repelem-se).  

Essas partículas subatômicas possuem a massa relativa praticamente igual à dos prótons, isto é, 1. Mas, na realidade, a massa do nêutron é um pouco maior que a do próton. Isso é interessante porque, se fosse o contrário, isto é, se os prótons fossem ligeiramente mais pesados do que os nêutrons, todos os prótons seriam transformados em nêutrons. O resultado seria que, sem os prótons, os átomos não existiriam.  

Algumas curiosidades:  

O tamanho do núcleo depende da quantidade de nêutrons e prótons que ele possui. Entretanto, pode ser dito que, em média, o núcleo atômico tem o diâmetro em torno de 10⁻¹⁴ m e 10⁻¹⁵ m.

O próton e o nêutron são partículas 100 mil vezes menores do que o próprio átomo inteiro!  

A massa do átomo é dada praticamente somente pelo número de prótons e nêutrons existentes no núcleo. Isso ocorre porque cada próton e cada nêutron são 1836 vezes maiores que um elétron. Por essa razão, a massa dos elétrons torna-se insignificante.  

Eletrosfera: 

É uma região periférica ao redor do núcleo átomo onde os elétrons ficam girando em volta deste núcleo.  

Elétrons: Estes foram as primeiras partículas subatômicas descobertas (no anos de 1897, por J. J. Thomson). São partículas carregadas negativamente, cuja carga relativa é de -1. Sua carga em Coulombs é igual 1,6.10-19 C.  

Apesar de os elétrons serem negativos, o átomo no estado fundamental é neutro, pois ele possui a mesma quantidade de elétrons e de prótons. Isso significa que as cargas negativas dos elétrons anulam as cargas positivas dos prótons, assim, o átomo fica neutro.  

Quando os átomos realizam ligações químicas para formarem as substâncias simples e compostas, isso ocorre com os elétrons. Há então uma transferência ou um compartilhamento de elétrons entre dois ou mais átomos.  

As ilustrações da estrutura do átomo são apenas modelos, mas não representam a realidade. Por exemplo, a maior parte do átomo é um grande vazio. Para você ter uma ideia, pense no átomo de hidrogênio formado por um próton e um elétron. Se o núcleo desse átomo fosse do tamanho de uma bola de tênis, o seu elétron orbitante estaria a uma distância de três quilômetros! A eletrosfera é maior que o núcleo do átomo cerca de 10 000 a 100 000 vezes.

Fonte:

https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/estrutura-atomo.htm

Átomos: Os menores pedaços

Matéria é toda substância no universo – tudo o que não é apenas espaço vazio. 

Mesmo assim, a matéria propriamente dita é composta, em grande parte, de espaços vazios. 

Toda matéria é composta de minúsculas partículas, os átomos, e os espaços vazios entre eles, são muito pequenos para serem vistos, a não ser que se use os mais incríveis microscópios. Você poderia encaixar dois bilhões de átomos neste ponto final. Nem mesmo os átomos são sólidos. Eles são como nuvens de energia, pontilhados de partículas menores ainda, chamadas partículas subatômicas.

Atômico

No centro de um átomo está o núcleo (bloco mais denso), composto por dois tipos de partículas: prótons e nêutrons. Partículas menores ainda, os elétrons, orbitam ao redor do núcleo. As várias partículas subatômicas são apenas concentrações de energia que costumam ocorrer em certos lugares. Prótons têm carga elétrica positiva, elétrons têm carga elétrica negativa e nêutrons não têm carga.

Partículas com cargas elétricas opostas (positiva e negativa) se atraem. Um próton tem carga elétrica positiva. Um elétron tem carga igual, mas oposta (negativa). Átomos contêm prótons e elétrons que se atraem, mantendo sua estrutura.

Num átomo de hidrogênio, um elétron gira ao redor do núcleo, composto por um próton.

Num átomo de hélio, dois elétrons giram ao redor de um núcleo composto por dois prótons e dois nêutrons.

Num átomo de oxigênio, oito elétrons orbitam ao redor de um núcleo de oito prótons e oito nêutrons.

Parceiros atômicos

Os átomos normalmente se ligam (juntam) em grupos, para formar combinações chamadas moléculas. A molécula é a menor partícula da matéria que pode sobreviver sozinha. 

Por exemplo: uma molécula de oxigênio, o gás que respiramos para viver, é composta de um par de átomos de oxigênio ligados entre si. 

A água, que também é essencial para a vida, é uma molécula de dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio ligados entre si.

Uma molécula de dióxido de carbono (subproduto da nossa respiração) é um composto químico que consiste em um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio. A fórmula química do dióxido de carbono é CO2.

Diferentes átomos

Cada um dos aproximadamente 100 elementos químicos da natureza é composto por um átomo com um certo número de prótons em seu núcleo. Um átomo de urânio tem 92 prótons, o número máximo encontrado entre os elementos presentes em grandes quantidades na natureza. Em cada átomo, o número de prótons é normalmente o mesmo número de elétrons, organizados em camadas ou órbitas ao redor do núcleo. O modo como um átomo reage com outros átomos (seu comportamento químico) depende de quantos elétrons há em sua órbita mais externa.

No centro do átomo está o núcleo, que é composto por números iguais de prótons e nêutrons. 

Eles são mantidos unidos por uma enorme força, que pode ser utilizada para gerar energia nuclear.

Faíscas de conhecimento

A maior parte dos átomos é feita de espaço vazio. A distância entre o elétron mais próximo e o núcleo é aproximadamente 5 mil vezes o tamanho do núcleo. Se o núcleo tivesse 1 centímetro de diâmetro, o elétron mais próximo estaria a uns 50 metros de distância.

Os prótons normalmente se repelem, porque são todos carregados positivamente. Dentro de um átomo, uma força poderosa, chamada força nuclear, mantém as partículas juntas, evitando que o núcleo vá pelos ares.

Observação de cristais

A maioria dos sólidos naturais forma cristais, pedaços duros e brilhantes, que crescem em formas geométricas uniformes. Cada cristal tem uma estrutura ou treliça de átomos ou moléculas. 

Grãos de açúcar e de sal são cristais, assim como a maioria das pedras preciosas, tais como o diamante e a esmeralda. Grande parte das rochas e metais também é feita de cristais, mas muitos deles são pequenos demais para serem vistos a olho nu.

O diamante, feito de átomos de carbono ligados uns aos outros em uma estrutura rígida, é a substância mais dura da natureza.

É fato

Colidindo átomos a grandes velocidades, os cientistas descobriram mais de 200 partículas subatômicas, mas poucas delas duram mais do que uma fração de segundo.

Dentre as menores partículas, estão os neutrinos. Eles são milhares de vezes mais leves do que os elétrons.

Se um átomo tivesse o tamanho de um estádio de futebol, seu núcleo seria do tamanho de uma joaninha.

Fonte: FARNDON, John & GRAHAM, Ian. O Mundo da Ciência: Descobrindo a Ciência. São Paulo: Ciranda Cultural, 2009.

Os especialistas dos átomos

Na primeira metade do século XIX, ficou claro que a gravidade não era a única força invisível no universo. Os cientistas logo começaram a entender que toda matéria do universo se mantém coesa pelas forças invisíveis da eletricidade e do magnetismo. 

Uma corrente de cientistas brilhantes, como James Clerk Maxwell nos anos 1860 e os Curies nos anos 1900, demonstrou que essas forças obtêm sua energia dos átomos, ou das várias partículas que os formam. Nesse caminho, os cientistas aprenderam tudo a respeito da radiação e da força nuclear – e das bombas atômicas.

Rutherford e Bohr

No final do século XIX, os cientistas descobriram que tudo é feito de minúsculos “pedacinhos” invisíveis, ou partículas, chamados átomos. 

Nos anos 1890, o inglês J. J. Thomson (1856-1940) demonstrou que havia partículas ainda menores, chamadas elétrons. 

O neozelandês Ernest Rutherford (1871-1937) demonstrou que um átomo é praticamente um espaço vazio – com uma pequena e densa bolha no centro chamada núcleo. 

Lá pelos anos 1930, Rutherford estava trabalhando com o físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) e juntos criaram a imagem do átomo – com os pequenos elétrons circulando um denso núcleo formado por partículas chamadas prótons e nêutrons. 

Atualmente, sabemos que os átomos são muito mais complexos, e que há muitas partículas ainda menores do que eles.

Átomos são formados com um núcleo no centro. Cada átomo tem um número igual de elétrons e prótons. 

Elétrons têm carga elétrica negativa e giram ao redor do núcleo. 

Prótons têm carga elétrica positiva e estão fixos no núcleo.

É fato

Marie Curie foi a primeira mulher a ganhar o Prêmio Nobel de Química, em 1911, e a primeira pessoa a ganhar dois Prêmios Nobel em dois assuntos diferentes (Química e Física).

O trabalho de Oppenheimer na bomba atômica recebeu o codinome de Manhattan Project.

Genes geniais

Além de descobrir a radioatividade, os Curies descobriram dois elementos radioativos totalmente novos: rádio e polônio.

Inicialmente pensava-se que o núcleo do átomo era composto por apenas um tipo de partícula – o próton. 

Mas, em 1932, James Chadwick (1891-1974) descobriu outra partícula, mais tarde chamada de nêutron.

Campos de força

Nos anos 1840, o grande cientista Michael Faraday propôs a ideia do campo de força – uma região onde o efeito de uma corrente elétrica ou de um ímã é sentido. 

Aproximadamente 20 anos mais tarde, o jovem cientista escocês James Clerk Maxwell (1831-1879) demonstrou que esses campos eletromagnéticos espalharam-se, ou “irradiam” em ondas invisíveis, como as ondulações ao redor do local onde uma pedra foi atirada na água. Ele também demonstrou que essas ondas viajam à velocidade da luz – e deduziu que a luz é, na verdade, uma onda eletromagnética.

Visão interna

O cientista alemão Wilhelm Röntgen (1845-1923) descobriu os raios X enquanto realizava experimentos com raios de elétrons. Ele viu que alguns materiais brilhavam quando o raio estava ligado. Isso era causado pelos raios X produzidos pelos elétrons, que faziam o material ficar fluorescente. Röntgen recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1901. A invenção de Röntgen permitiu aos médicos diagnosticar, por exemplo, doenças pulmonares.

Radiação atômica

Em 1897, o cientista francês Henri Becquerel (1852-1908) descobriu que novos tipos de radiação que estavam sendo descobertos não vinham da eletricidade. Eles pareciam surgir ao redor de átomos de urânio. 

Seu trabalho influenciou a cientista franco-polonesa Marie Curie que, junto com seu marido Pierre, demonstrou que a radiação vinha diretamente dos átomos. 

Os Curies chamaram essa radiação atômica de “radioatividade”. Tragicamente, Marie Curie morreu de câncer no sangue, devido à exposição de seu corpo à radiação durante suas pesquisas.

Por sua pesquisa, os Curries, juntamente com Becquerel, ganharam o Prêmio Nobel de Física em 1903.

Bomba atômica
Manter a coesão do núcleo de um átomo requer muita energia. Em 1939, cientistas dividiram os núcleos de átomos de urânio – um dos átomos maiores e mais fáceis de se quebrar. Durante a Segunda Guerra Mundial, o norte-americano (nascido na Itália) Enrico Fermi (1901-1954) fez com que partículas voassem longe, quebrando núcleos de urânio que então quebravam outros átomos. 

Isso gerava uma “reação em cadeia” de quebras, que liberava enormes quantidades de energia nuclear.

Em 1942, uma equipe liderada por Robert Oppenheimer (1904-1967) no Novo México usou a “reação em cadeia” para criar a primeira bomba atômica.

Outros personagens importantes

Data	Nome, nacionalidade	Descoberta
1857-1894	Heinrich Hertz , alemão	Descobriu as ondas de rádio.
1878-1968 1879-1968 1902-1980	Lise Meitner, austríaca Otto Hahn, alemão Fritz Strassman, alemão	Trabalharam juntos na química da radioatividade para descobrir a fissão nuclear.

Fonte: FARNDON, John. O Mundo da Ciência: Grandes Cientistas. São Paulo: Ciranda Cultural, 2008.