O que são átomos?

Átomo

O que são átomos?

Os átomos são os blocos básicos de construção da matéria que compõem objetos do cotidiano.

Os átomos são compostos de partículas chamadas prótons, elétrons e nêutrons.

Prótons carregam uma carga elétrica positiva, os elétrons carregam uma carga elétrica negativa e os nêutrons não possuem carga elétrica em tudo.

Os prótons e nêutrons agrupam na parte central do átomo, denominada núcleo , e 'órbita' os elétrons do núcleo.

Um átomo em particular terá o mesmo número de prótons e elétrons ea maioria dos átomos têm pelo menos tantos nêutrons como prótons.

Prótons e nêutrons são ambas compostas de outras partículas chamadas quarks e glúons Prótons contêm dois quarks "up" e um "down 'quark enquanto nêutrons contêm um' up 'quark e dois quarks" para baixo ". Os glúons são responsáveis pela ligação aos quark um ao outro.

O que é um átomo?

Estrutura de um átomo

Os átomos são as unidades básicas da matéria e definir a estrutura de elementos.

Os átomos são feitos de três partículas: prótons, nêutrons e elétrons.

Prótons e nêutrons são mais pesados do que os elétrons e residir no centro do átomo, que é chamado de núcleo. Os elétrons são extremamente leves e existem em uma nuvem orbitar o núcleo. A nuvem de electrões tem um raio de 10 mil vezes maior do que o núcleo.

Prótons e nêutrons têm aproximadamente a mesma massa. No entanto, um próton pesa mais de 1.800 elétrons. Átomos sempre ter um número igual de prótons e elétrons, e do número de prótons e nêutrons é geralmente o mesmo bem. Adição de um protão a um átomo faz um novo elemento, enquanto a adição de um neutrão faz um isótopo, ou versão mais pesada, de um átomo.

Núcleo

O núcleo foi descoberto em 1911, mas as suas peças não foram identificados até 1932. Praticamente toda a massa do átomo reside no núcleo.

O núcleo é realizada em conjunto pela "força forte", uma das quatro forças básicas da natureza.

Esta força entre os prótons e nêutrons supera a força elétrica repulsiva que, de acordo com as regras de eletricidade, empurrar os prótons além contrário.

Prótons

Prótons são partículas carregadas positivamente encontrados dentro do núcleo atômico. Eles foram descobertos por Ernest Rutherford em experimentos realizados entre 1911 e 1919.

O número de prótons em um átomo define o elemento que é. Por exemplo, o carbono tem seis átomos de prótons de hidrogênio átomos têm um e oxigênio átomos têm oito. O número de protões de um átomo é referido como o número atómico desse elemento. O número de protões de um átomo também determina o comportamento químico do elemento. A Tabela Periódica dos Elementos organiza elementos em ordem crescente de número atômico.

Prótons são feitas de outras partículas chamadas quarks. Há três quarks em cada próton - dois quarks "up" e um "down" quark - e eles são mantidos juntos por outras partículas chamadas glúons.

Elétrons

Os elétrons têm carga negativa e são atraídos eletricamente para os prótons carregados positivamente. Elétrons rodeiam o núcleo atômico em caminhos chamados orbitais. Os orbitais internos em torno do átomo são esféricos, mas os orbitais exteriores são muito mais complicadas.

Configuração eletrônica de um átomo é a descrição orbital dos locais dos elétrons em um átomo não excitado. Usando a configuração e os princípios da física do elétron, os químicos podem prever as propriedades de um átomo, como a estabilidade, ponto de ebulição e condutividade.

Normalmente, apenas o elétron mais externo conchas importa em química. A notação shell interior elétron é muitas vezes truncado, substituindo a descrição orbital mão por muito tempo com o símbolo de um gás nobre, entre parênteses. Este método de notação simplifica a descrição para moléculas grandes.

Por exemplo, a configuração eletrônica para o berílio (Be) é 1s ² 2s ^2, mas está escrito [Ele] 2s ^2. [Ele] é equivalente a todos os orbitais de elétrons em um de hélio átomo. As cartas, P, S, d e f designar a forma das orbitais eo sobrescrito dá o número de electrões em que orbital.

Nêutrons

Os nêutrons são partículas sem carga elétrica encontrada dentro de núcleos atômicos. Uma massa do neutrão é ligeiramente maior do que a de um protão.

Como prótons, nêutrons também são feitos de quarks - um "up" quark e dois quarks "down". Nêutrons foram descobertos por James Chadwick em 1932.

Isótopos

O número de neutrões em um núcleo determina o isótopo do elemento.

Por exemplo, o hidrogênio tem três isótopos conhecidos: protium, deutério e trítio.

Protium, simbolizada como ^um H, é apenas hidrogênio comum, que tem um próton e um elétron e nenhum nêutron. Deutério (D ou ² H) tem um próton, um elétron e um nêutron. Trítio (T ou ³ H) tem um próton, um elétron e dois nêutrons.

Átomo

O que é um átomo?

Átomos são as partículas extremamente pequenas de que nós, e tudo o que nos rodeia, são feitas. Existem 92 elementos que ocorrem naturalmente e os cientistas fizeram mais 17, elevando o total para 109. Os átomos são a menor unidade de um elemento químico que se comporta da mesma maneira que o elemento faz.

Quando dois produtos químicos reagem um com o outro, a reação ocorre entre os átomos individuais ao nível atômico. Os processos que fazem com que os materiais a ser radioativo para emitem partículas e de energia também ocorre ao nível atômico.

Estrutura Atômica

No início do século 20, um cientista da Nova Zelândia trabalhando na Inglaterra, Ernest Rutherford, e um cientista dinamarquês, Niels Bohr, desenvolveu uma maneira de pensar sobre a estrutura de um átomo que um átomo descrito como olhar muito parecido com o nosso sistema solar. No centro de cada átomo era um núcleo, o que é comparável ao sol no nosso sistema solar. Elétrons se mudou em torno do núcleo em "órbitas" semelhante à maneira como os planetas se movem ao redor do sol. (Enquanto os cientistas sabem agora que a estrutura atômica é mais complexo, o modelo de Rutherford-Bohr é ainda uma aproximação útil para começar a compreensão sobre a estrutura atômica.)

Núcleo: contém prótons e nêutrons; juntos estes são chamados "núcleos"

Prótons: são carregados positivamente partículas. Todos os átomos de um elemento (radioativo e não-radioativo) têm o mesmo número de prótons. Prótons e nêutrons no núcleo, e as forças entre elas, afetar as propriedades radioativas do átomo.

Nêutrons: não tem carga elétrica e, como prótons, são cerca de 1800 vezes mais pesado do que um elétron.

Elétrons: As partículas que orbitam o núcleo como uma nuvem são chamados de elétrons. Elas são carregadas negativamente e equilibrar a carga eléctrica positiva dos protões no núcleo. Interações com os elétrons nas órbitas externas afetam as propriedades químicas de um átomo.

O que mantém as partes de um átomo juntos?

Cargas elétricas opostas dos prótons e elétrons fazer o trabalho de manter os elétrons em órbita ao redor do núcleo. Elétrons mais próximos ao núcleo são ligados mais fortemente do que os elétrons externos, devido à sua distância do prótons no núcleo. Os elétrons nas órbitas exteriores, ou conchas, são mais frouxamente amarrados e afetar as propriedades químicas do átomo.

O núcleo é realizada em conjunto pela força nuclear forte atração entre núcleos: próton-se de prótons, nêutrons de nêutrons e prótons, nêutrons. É extremamente poderoso, mas estende-se apenas uma curta distância, sobre o diâmetro de um protão ou de neutrões.

Há também forças eletromagnéticas, que tendem a empurrar os protões carregados positivamente (e como resultado a totalidade do núcleo) de intervalo. Em contraste com a forte força nuclear, o campo eléctrico de um protão cai lentamente durante distância maneira que se estende para além do núcleo, electrões de ligação a ele.

O saldo entre a força de nuclear forte puxando o núcleo juntos e as cargas positivas de os prótons que empurram-lo para além é em grande parte responsável por as propriedades de um tipo particular de átomo ou nuclide. (Um combinação única de prótons, nêutrons e equilíbrio das energias).

O delicado equilíbrio de forças entre as partículas nucleares mantém a estabilidade núcleo. Qualquer alteração no número, a disposição, ou a energia dos núcleos pode perturbar este equilíbrio e fazer com que o núcleo se torne instável ou radioativo. (Perturbação de electrões perto do núcleo também pode causar um átomo de emitir radiações.)

A quantidade de energia necessária para quebrar o núcleo nas suas partes é chamada a energia de ligação, que é muitas vezes referida como "cola cósmica".

Fonte: www.epa.gov

Átomo

Todas as substâncias são formadas de pequenas partículas chamadas átomos. Para se ter uma idéia, eles são tão pequenos que uma cabeça de alfinete pode conter 60 milhões deles.

Os gregos antigos foram os primeiros a saber que a matéria é formada por tais partículas, as quais chamaram átomo, que significa indivisível.

Os átomos porém são compostos de partículas menores: os prótons, os nêutrons e os elétrons. No átomo, os elétrons orbitam no núcleo, que contém prótons e nêutrons.

Elétrons são minúsculas partículas que vagueiam aleatoriamente ao redor do núcleo central do átomo, sua massa é cerca de 1840 vezes menor que a do Núcleo.

Prótons e nêutrons são as partículas localizadas no interior do núcleo, elas contém a maior parte da massa do átomo.

Partículas do átomo
Os prótons tem carga elétrica positiva, os elétrons carga negativa e os nêutrons não tem carga nenhuma

O Interior do Átomo

No centro de um átomo está o seu núcleo, que apesar de pequeno, contém quase toda a massa do átomo. Os prótons e os nêutrons são as partículas nele encontradas, cada um com uma massa atômica unitária.

O Número de prótons no núcleo estabelece o número atômico do elemento químico e, o número de prótons somado ao número de nêutrons é o número de massa atômica. Os elétrons ficam fora do núcleo e tem pequena massa.

Há no máximo sete camadas em torno do núcleo e nelas estão os elétrons que orbitam o núcleo. Cada camada pode conter um número limitado de elétrons fixado em 8 elétrons por camada.

Átomo

Características das Partículas

Prótons: tem carga elétrica positiva e uma massa unitária.

Nêutrons: não tem carga elétrica mas tem massa unitária.

Elétrons: tem carga elétrica negativa e quase não possuem massa.

Estudo do Átomo

Em 1911 o físico neozelandês Ernest Rutherford fez sua "experiência da dispersão" para suas novas descobertas sobre a estrutura do átomo e dela surgiu a base para o modelo de átomo que estudamos até os dias de hoje.

Rutherford bombardeou uma fina camada de ouro com partículas alfa (partículas atômicas emitidas por alguns átomos radioativos), sendo que a maioria atravessou a lâmina, outras mudaram ligeiramente de direção e algumas rebateram para trás. Ele concluiu que isso acontecia porque em cada átomo de ouro há um denso núcleo que bloqueia a passagem de algumas partículas.

Física Nuclear

O estudo do núcleo (centro) do átomo é chamado Física Nuclear. Como resultado desse estudo os cientistas descobriram maneiras de dividir o núcleo do átomo para liberar grandes quantidades de energia.

Ao se partir um núcleo, ele faz com que muitos outros se dividam, numa reação nuclear em cadeia. Nas usinas nucleares as reações são controladas e produzem luz e calor para nossos lares. Usinas nucleares produzem artificialmente grandes quantidades de energia.

O Sol é a maior fonte de energia nuclear. A cada segundo no interior do Sol, ocorrem milhões de reações nucleares em cadeia, pois, o intenso calor do Sol fazem com que seus átomos se choquem uns contra os outros e simulam em reações conhecidas como fusão nuclear. O núcleo de cada átomo libera energia que sentimos na forma de calor e enxergamos na forma luz. Enormes explosões de energias, chamadas de protuberâncias solares, ocorrem ocasionalmente na superfície do Sol.

Física de Partículas

Tudo que conhecemos consiste em minúsculos átomos, que são formados por partículas ainda menores e a Física de Partículas é o estudo dessas últimas que constituem os mais básicos blocos formadores da matéria no universo.

O estudo das partículas dá aos cientistas o conhecimento amplo do Universo e da natureza da matéria. Grande parte deles concorda que o universo se formou numa grande explosão, chamada de Big Bang. Segundos após o Big Bang, acredita-se que as partículas atômicas e a radiação eletromagnética foram as primeiras coisas que passaram a existir no Universo.

Partículas Fundamentais

Os físicos dividem as partículas atômicas fundamentais em três categorias: quarks, léptons e bósons. Os léptons são partículas leves como o elétron.

Os bósons são partículas sem massa que propagam todas as forças do Universo. O glúon, por exemplo, é um bóson que une os quarks e estes formam os prótons e os nêutrons no núcleo atômico.

Os quarks se combinam para formar as partículas pesadas, como o próton e o nêutron. As partículas formadas pelos quarks são chamadas hádrons. Tal como outras partículas tem cargas diferentes, tipos diferentes de quarks tem propriedades distintas, chamadas "sabores" e "cores" , que afetam a forma de como eles se combinam.

Acelerador de Partículas

Partículas atômicas são estudadas com o uso dos aceleradores de partículas, as quais são máquinas complexas que disparam partículas atômicas a velocidades altíssimas, fazendo-as colidir com outras. Tais colisões expõem novas partículas que podem ser analisadas.

Há dois tipos de aceleradores:

Circular: As partículas são disparadas em círculos cada vez mais rápidos, por meio de poderosas forças elétricas e quando ganham suficiente rapidez são soltas em uma trilha central onde colidem com partículas alvo.

Linear: São disparadas duas trajetórias de partículas em alta velocidade, uma contra a outra.

Nos dois tipos de aceleradores de partículas acima, as trajetórias são registradas e as informações são fornecidas a computadores, que investigam as novas partículas.

Fissão Nuclear

Há dois tipos de reação nuclear: a fissão e a fusão. As usinas nucleares usam a fissão para produzir sua energia. Partículas atômicas que se movem com grande rapidez, chamadas nêutrons, são atiradas contra o núcleo do átomo para dividi-lo. Essa divisão é chamada fissão e faz com que os outros átomos também se dividam, numa reação em cadeia. Nesse processo, um pouco da massa (o número de partículas pesadas dentro do átomo) se perde, convertendo-se em imensas quantidades de energia.

Ao se iniciar uma reação de fissão nuclear, uma partícula rápida chamada nêutron é disparada contra o núcleo de um átomo de Urânio 235. O nêutron de alta velocidade, tem potência suficiente para penetrar no interior do núcleo onde é absorvido, em seguida, o núcleo se divide em duas partes num processo chamado fissão. Essa fissão produz mais dois ou três nêutrons que vão dividir mais núcleos numa reação em cadeia. Cada vez que um átomo sofre uma fissão, libera grande quantidade de energia.

Reações Nucleares em Cadeia

Urânio-235 é uma forma de urânio utilizada em reações nucleares em cadeia, por que seus átomos instáveis se desintegram facilmente. Se o fragmento de urânio ultrapassar certo tamanho (conhecido como massa crítica), seus átomos se desintegram automaticamente.

A massa crítica de urânio-235 eqüivale a mais ou menos o tamanho de uma bola de tênis. Se for maior, os átomos automaticamente se desintegram e cada um, por sua vez, libera dois ou três nêutrons. Cada nêutron desintegra o núcleo de dois ou três átomos. A cada vez que um átomo se desintegra, enorme quantidade de energia é liberada. Uma reação em cadeia, não controlada, prosseguiria indefinidamente.

Energia do Urânio
Uma reação em cadeia envolvendo 1Kg de urânio-235 produz mais energia do que 2 milhões de Kg de carvão

Reatores de Fissão Nuclear

Os reatores de fissão produzem energia nuclear em usinas geradoras. No centro do reator, há barras cilíndricas de urânio-235, cujos átomos se desintegram em reações nucleares em cadeia.

As reações são intensificadas e diminuídas, ou mesmo interrompidas, por um moderador (usualmente grafita), por barras de boro ou cádmio. As energias dessas reações aquece água ou dióxido de carbono. Isso produz o vapor. O reator de fissão é alojado no interior de uma cúpula de paredes de concreto. Por segurança, no centro ou núcleo do reator as barras de urânio combustível ficam sob 10,5 m de água.

Termos Nucleares

Existem muitos termos especiais para descrever os processos e os equipamentos usados nas usinas geradoras de energia.

Os mais freqüentes estão relacionados a seguir:

Lixo Nuclear: O lixo nuclear é o material radioativo já usado, que precisa ser descartado com segurança. É extremamente perigoso, pois emite ondas de alta freqüência, chamadas radiação, capazes de danificar tecidos vivos. A radiação pode perdurar por milhares - e, alguns casos milhões de anos. O lixo nuclear é produzido em laboratórios de pesquisa, usinas, hospitais, bem como nos reatores nucleares de fissão. Mas a maior parte do lixo "quente" provém dos reatores.

Parte do lixo pode ser reprocessada para a produção de novo combustível nuclear, mas o restante tem de ser enterrado, ou tratado em usinas especiais. Guardar o lixo nuclear é difícil, porque há sempre o perigo de um vazamento.

Reatores Rápidos: Funcionam de forma semelhante aos de fissão nuclear. A diferença é que, fornecem energia para o presente, eles criam o combustível para as reações futuras.

Fusão do Núcleo do Reator: Se sair do controle devido a falha mecânica, a reação em cadeia que ocorre no interior do reator fará com que o núcleo desse reator se funda, quando a intensidade do calor crescer. Finalmente, o núcleo do reator poderá explodir ou queimar juntamente com o restante do reator, disso resultando efeitos desastrosos. Em 1986, na usina de Chernobyl, na Ucrânia, um dos reatores explodiu e ficou queimando durante duas semanas, até que o incêndio foi, finalmente, extinto. Fusões parciais já ocorreram em acidentes ocorridos em várias outras usinas nucleares.

Sistema de Refrigeração: Um refrigerante é um fluído utilizado para remover o calor de um sistema, seja para controlar a temperatura, seja para transportar o calor para outra parte. Nas reações nucleares, o refrigerante é usado para transferir o calor gerado durante a reação, do núcleo do reator para a usina onde será convertido em eletricidade.

Barras de Controle: São inseridas no núcleo dos reatores nucleares. Quando elas penetram no núcleo do reator, a reação da cadeia dos átomos que se desintegram diminui de velocidade; quando são retidas, a reação aumenta de velocidade. As barras de controle contém os elementos boro ou cádmio, que absorvem nêutrons produzidos pela reação. Isso garante que a reação prossiga equilibradamente. As barras também podem ser usadas para parar totalmente a reação em cadeia no caso de uma emergência.

Moderador: Um nêutron de baixa velocidade causará uma reação de fissão de maior probabilidade do que um nêutron rápido. Movendo-se muito depressa, o nêutron pode ricochetear contra um átomo vizinho, em vez de desintegrá-lo. Muitos reatores necessitam de um moderador para manter o andamento de uma reação em cadeia, diminuindo a velocidade dos nêutrons. O moderador se localiza no núcleo do reator; pode-se usar vários materiais, inclusive água e grafita.

Fusão Nuclear

A fusão nuclear é um tipo de reação que produz imensas quantidades de energia. Ela ocorre naturalmente no interior do Sol, gerando a energia térmica que necessitamos para sobreviver na Terra. A temperaturas de 14.000.000 ºC (quatorze milhões de graus Célcius), os núcleos de dois átomos de hidrogênio se fundem ou unem. No processo, um pouco de massa é perdida e convertida em energia.

No sol, onde a fusão nuclear ocorre naturalmente, os núcleos de tipos de gás hidrogênio se fundem formando o gás hélio e mais uma partícula atômica chamada nêutron. Nesse processo se perde uma pequena quantidade de massa que se converte em enorme quantidade de energia. As temperaturas extremamente altas que existem no Sol, fazem com que este processo se repita continuamente.

Reatores de Fusão Nuclear

Para alcançar as temperaturas necessárias para a fusão nuclear, os átomos de hidrogênio são aquecidos em um reator de fusão. Os núcleos dos átomos são separados dos elétrons (partículas com carga elétrica negativa) e se forma um tipo especial de matéria chamado plasma. Para que os núcleos separados de hidrogênio possam se fundir, o plasma deve ser conservado a temperatura de aproximadamente 14.000.000 ºC (quatorze milhões de graus Célcius).

O campo eletromagnético dentro do reator, mantém as altas temperaturas necessárias para a fusão nuclear. Ainda estão sendo feitas pesquisas para fundir núcleos de hidrogênio em larga escala, nos experimentos de fusão da Joint European Torus, na Inglaterra.

Relógio Atômico

A medição do tempo para fins científicos deve ser muito precisa e o Relógio Atômico é o mais preciso de todos que existem atualmente. Ele mede as diminutas trocas de energia do interior dos átomos do metal Césio. Por serem muito regulares, as trocas criam um padrão preciso para medir o tempo. O Relógio Atômico mede as vibrações naturais dos átomos de Césio. Eles vibram mais de 9 bilhões de vezes por segundo, com isso, o Relógio Atômico atrasará poucos segundos a cada 100.000 anos.

Átomo

Definição de Átomo

Há mais de 2.000 anos, o filósofo grego Demócrito disse que se um objeto fosse dividido em partes cada vez menores, o resultado seria pedaços tão pequenos que não seria possível dividí-los.

E chamou esse pequenos pedaços de átomos- palavra grega que significa inseparáveis.

Pesquisas científicas que começaram a mais de uma centena de anos, mostraram que a suposição do filósofo era certa.

Todo corpo é formado por partículas extremamente pequenas: enfileirando-se 1 bilhão de átomos, essa pequena fila mediria somente um centímetro.

Embora não possa ser visto nem com os mais potentes microscópios, os cientistas descobriram que é formado por um núcleo de carga elétrica positiva, e torno das quais se movimentam partículas de massa muito pequenas e negativamente eletrizadas:os elétrons.

No núcleo há dois tipos de partículas: prótons, que são eletricamente positivos, e nêutrons, que não tem carga elétrica. Há tantos elétrosn quantos são os prótons.

Cada substância simples (também chamada de elemento, como o hidrogênio, o cobre e o enxofre) é formada por átomos de um mesmo tipo, diferente dos átomos de qualquer outro elemento.

A diferença dos átomos de qualquer outro elemento. A diferença é o número de elétrons (número atômico) e o número de prótons e nêutrons (número de massa) que cada um possui.

Já se comprovou a existência de 106 tipos diferentes de átomos.

As experiências mostraram que o átomo não é compacto como se pensava, e que praticamente toda a sua massa está no núcleo. Além de girarem afastados do núcleo, os elétrons são muito menores que os prótons.

Os átomos podem unir-se para formar partículas maiores chamadas moléculas.

A maior parte de uma substância, como a água, o oxigênio, o açúcar, o ferro, o gás carbônico, é a sua molécula.

Se ela é formada por um só átomo ou por átomos iguais, é uma substância simples (por exemplo, o ferro, o oxigênio); no caso de os átomos unidos entre si serem diferentes, a substância é composta (água, açúcar, gás carbônico, no exemplo).