ESTRUTURA ATÔMICAESTRUTURA ATÔMICA

DEMÓCRITO – filósofo gregoDEMÓCRITO – filósofo grego

Menor Menor partícula da partícula da matéria.matéria.

Indivisível, Indivisível, indestrutível, indestrutível, maciço, maciço, homogêneo.homogêneo.

JOHN DALTONJOHN DALTON

1776 – 18441776 – 1844 Químico e físico Químico e físico

inglês, fundador da inglês, fundador da Teoria Atômica Teoria Atômica ModernaModerna

Célebre cientista e Célebre cientista e investigador e de investigador e de inteligência inteligência invejávelinvejável. .

TEORIA ATÔMICA DE TEORIA ATÔMICA DE DALTONDALTON

Átomos são partículas reais, Átomos são partículas reais, indivisíveis, maçicas, indivisíveis, maçicas, indestrutíveis e indestrutíveis e descontínuas de matériadescontínuas de matéria..

Os átomos de um mesmo Os átomos de um mesmo elemento são iguais e de elemento são iguais e de peso invariávelpeso invariável

Os átomos de elementos Os átomos de elementos diferentes são diferentes diferentes são diferentes entre sientre si

Nas reações químicas, os átomos Nas reações químicas, os átomos entram em proporções numéricas entram em proporções numéricas fixas, constantes, definidas.fixas, constantes, definidas.

Ex: 2 Mg + OEx: 2 Mg + O22 2 MgO 2 MgO

A soma das massas dos A soma das massas dos reagentes é igual a soma das reagentes é igual a soma das massas dos produtos.massas dos produtos.

Ex: 2 Mg + O2 → 2 MgOEx: 2 Mg + O2 → 2 MgO

10 g 5g 15 g10 g 5g 15 g

Retomando a idéia Retomando a idéia de Demócrito e de Demócrito e propondo uma teoria propondo uma teoria atômica para explicar atômica para explicar a composição da a composição da matéria, criou assim matéria, criou assim o primeiro modelo o primeiro modelo científico, apelidado científico, apelidado de de Bola de Bilhar ou Bola de Bilhar ou de Gude.de Gude.

TALES DE MILETOTALES DE MILETO

A teoria atômica de A teoria atômica de Dalton não explicava Dalton não explicava a existência de a existência de cargas elétricas.cargas elétricas.

Atritando a caneta no Atritando a caneta no cabelo e cabelo e aproximando-a de aproximando-a de pedaços de papéis pedaços de papéis picados, percebeu a picados, percebeu a existência das existência das mesmas.mesmas.

BENJAMIN FRANKLINBENJAMIN FRANKLIN

Concluiu que Concluiu que cargas cargas elétricas elétricas (positivas e (positivas e negativas) negativas) fazem parte do fazem parte do átomo.átomo.

SIR JOSEPH JOHN THOMSONSIR JOSEPH JOHN THOMSON

1856 – 19401856 – 1940 Físico inglêsFísico inglês Professor da Professor da

Universidade de Universidade de Cambridge, na Cambridge, na InglaterraInglaterra

Descobridor do Descobridor do elétronelétron

Descobridor do elétron Descobridor do elétron (carga elétrica negativa).(carga elétrica negativa).

Esfera de carga positiva Esfera de carga positiva e elétrons incrustados em e elétrons incrustados em sua superfície.sua superfície.

Modelo “Modelo “PUDIM DE PUDIM DE PASSAS”.PASSAS”.

Carga total do átomo é Carga total do átomo é nula. nula.

Positiva = negativa Positiva = negativa (matéria neutra).(matéria neutra).

ERNEST RUTHERFORDERNEST RUTHERFORD

1871 – 19371871 – 1937 Nascido na Nova Nascido na Nova

Zelândia e Zelândia e radicado na radicado na Inglaterra.Inglaterra.

Descobridor do Descobridor do prótonpróton

Descobridor do Descobridor do próton (carga próton (carga positiva).positiva).

Bombardeou uma Bombardeou uma finíssima lâmina de finíssima lâmina de ouro com ouro com partículas emitidas partículas emitidas por material por material radioativoradioativo..

OBSERVAÇÕES E OBSERVAÇÕES E CONCLUSÕES DE CONCLUSÕES DE

RUTHERFORDRUTHERFORD

1 – OBSERVAÇÃO1 – OBSERVAÇÃO

A maior parte das partículas A maior parte das partículas alfa atravessava a lâmina alfa atravessava a lâmina sem sofrer desvios.sem sofrer desvios.

1 – CONCLUSÃO1 – CONCLUSÃO

A maior parte do átomo A maior parte do átomo deve ser vazio. Nesse deve ser vazio. Nesse espaço espaço (eletrosfera)devem estar (eletrosfera)devem estar localizados os elétrons.localizados os elétrons.

2 – OBSERVAÇÃO2 – OBSERVAÇÃO

Poucas partículas alfa (1 Poucas partículas alfa (1 em 20 000) não em 20 000) não atravessavam a lâmina e atravessavam a lâmina e voltavam.voltavam.

2 - CONCLUSÃO2 - CONCLUSÃO

Deve existir no átomo uma Deve existir no átomo uma pequena região onde está pequena região onde está concentrada sua massa (o concentrada sua massa (o núcleo).núcleo).

3 - OBSERVAÇÃO3 - OBSERVAÇÃO

Algumas partículas alfa Algumas partículas alfa sofriam desvios de trajetória sofriam desvios de trajetória ao atravessar a lâmina.ao atravessar a lâmina.

3 – CONCLUSÃO3 – CONCLUSÃO

O núcleo do átomo deve O núcleo do átomo deve ser positivo, o que provoca ser positivo, o que provoca uma repulsão nas partículas uma repulsão nas partículas alfa (positivas).alfa (positivas).

OUTRAS DEDUÇÕESOUTRAS DEDUÇÕES

O raio de átomo é de 10.000 a O raio de átomo é de 10.000 a 100.000 vezes maior que o raio do 100.000 vezes maior que o raio do núcleo.núcleo.

Propôs um modelo semelhante ao Propôs um modelo semelhante ao sistema solar.sistema solar.

O núcleo do átomo (prótons) é O núcleo do átomo (prótons) é aproximadamente 1836 vezes mais aproximadamente 1836 vezes mais pesado que a eletrosfera (elétrons).pesado que a eletrosfera (elétrons).

JAMES CHADWICKJAMES CHADWICK

Durante experiências Durante experiências com material com material radioativo, descobriu radioativo, descobriu os nêutrons.os nêutrons.

Sem carga elétricaSem carga elétrica Localizados no Localizados no

núcleo do átomonúcleo do átomo Tem massa muito Tem massa muito

próxima a dos próxima a dos prótons.prótons.

MODELO ATÔMICO ATUAL OU MODELO ATÔMICO ATUAL OU CLÁSSICOCLÁSSICO

OS NOVOS MODELOS OS NOVOS MODELOS ATÔMICOSATÔMICOS

Depois de Rutherford ter proposto Depois de Rutherford ter proposto seu modelo, os cientistas seu modelo, os cientistas direcionaram seus estudos para a direcionaram seus estudos para a eletrosfera do átomo.eletrosfera do átomo.

NIELS BOHRNIELS BOHR

1885 – 19621885 – 1962 Físico dinamarquêsFísico dinamarquês Vencedor do Vencedor do

prêmio Nobel de prêmio Nobel de química em 1922.química em 1922.

Estudou a Estudou a eletrosfera do eletrosfera do átomo.átomo.

Os químicos já Os químicos já sabiam que sabiam que diferentes diferentes elementos elementos químicos em químicos em chama chama produziam cores produziam cores diferentes.diferentes.

Modelo de Bohr Modelo de Bohr está relacionado está relacionado a distribuição a distribuição dos elétrons na dos elétrons na eletrosfera com eletrosfera com sua quantidade sua quantidade de energia.de energia.

IDÉIAS CENTRAIS DA TEORIA IDÉIAS CENTRAIS DA TEORIA DE BOHRDE BOHR

Os elétrons giram ao redor do Os elétrons giram ao redor do núcleo em determinadas núcleo em determinadas órbitas que apresentam órbitas que apresentam energias fixas.energias fixas.

A energia do elétrons aumenta A energia do elétrons aumenta à medida que ele se afasta do à medida que ele se afasta do núcleo, isto é, a energia da núcleo, isto é, a energia da órbita é tanto maior quanto órbita é tanto maior quanto maior for seu raio.maior for seu raio.

Os elétrons não perdem nem Os elétrons não perdem nem ganham energia, ou seja, têm ganham energia, ou seja, têm energia estacionária, desde energia estacionária, desde que não mudem de órbita.que não mudem de órbita.

Quando se fornece energia ao Quando se fornece energia ao átomo, seus elétrons átomo, seus elétrons absorvem essa energia, absorvem essa energia, saltando de órbitas mais saltando de órbitas mais próximas para órbitas mais próximas para órbitas mais afastadas do núcleo.afastadas do núcleo.

Quando voltam a seu estado normal Quando voltam a seu estado normal de energia (estado fundamental), o de energia (estado fundamental), o átomo cede a energia recebida sob átomo cede a energia recebida sob a forma de ondas eletromagnéticas a forma de ondas eletromagnéticas (luz). A energia é cedida quando (luz). A energia é cedida quando seus elétrons saltam para a órbita seus elétrons saltam para a órbita de origem.de origem.

Átomos diferentes apresentarão seus Átomos diferentes apresentarão seus elétrons organizados de modos elétrons organizados de modos diferentes, portanto os saltos dos diferentes, portanto os saltos dos elétrons serão variados, emitindo elétrons serão variados, emitindo ondas eletromagnéticas de ondas eletromagnéticas de freqüências distintas. É por isso que freqüências distintas. É por isso que os cientistas sabem que existe Hélio os cientistas sabem que existe Hélio no sol.no sol.

Bohr – os níveis de energiaBohr – os níveis de energia

LaserLaser

Descoberto durante pesquisas de Descoberto durante pesquisas de dispositivos especiais para dispositivos especiais para excitação de elétrons em cristais excitação de elétrons em cristais ou gases.ou gases.

Do inglês: Amplificação da luz por Do inglês: Amplificação da luz por emissão estimulada de radiação.emissão estimulada de radiação.

Um certo número de elétrons Um certo número de elétrons é estimulado a subir para é estimulado a subir para órbitas superiores;órbitas superiores;

Quando retornam, emitem luz Quando retornam, emitem luz numa mesma freqüência, que é numa mesma freqüência, que é seguidamente refletida nos seguidamente refletida nos espelhos de cristal do aparelhoespelhos de cristal do aparelho

Isso faz crescer a intensidade e a Isso faz crescer a intensidade e a energia da luz que não se energia da luz que não se dispersa e pode ser direcionada dispersa e pode ser direcionada com precisão na forma de feixes com precisão na forma de feixes finíssimos de alta potência.finíssimos de alta potência.

O modelo padrão do átomoO modelo padrão do átomo Física Nuclear e Química QuânticaFísica Nuclear e Química Quântica

Foto cedida pelo Fermilab

O modelo padrão do átomo

PARTÍCULASPARTÍCULAS 1 -  1 -  Lépton (Elétron, Elétron-  (Elétron, Elétron-

Neutrino, Múon, múon-Neutrino, Múon, múon-neutrino, Tau e Tau-neutrino); neutrino, Tau e Tau-neutrino); 

2 - Quarks (Up, Down, Charm, Strange, 2 - Quarks (Up, Down, Charm, Strange, Top e Bottom);Top e Bottom);

3 -  Bósons (Fótons, Glúons, Bósons 3 -  Bósons (Fótons, Glúons, Bósons vetoriais mediadores e grávitons), vetoriais mediadores e grávitons),

Podemos dizer que para cada uma delas, Podemos dizer que para cada uma delas, existe uma antipartícula, com massa igual existe uma antipartícula, com massa igual porém com carga elétrica e momento porém com carga elétrica e momento magnético inverso. magnético inverso.

   Elas dão origem ao antielétron (chamado Elas dão origem ao antielétron (chamado

também de pósitron), ao antipróton e ao também de pósitron), ao antipróton e ao antinêutron - a antimatéria, portanto.antinêutron - a antimatéria, portanto.

  

Matéria e antimatéria não coexistem. Matéria e antimatéria não coexistem. Quando se encontram, geram uma Quando se encontram, geram uma

explosão que transforma massa em explosão que transforma massa em energia.energia.

A ciência acredita que ambas existiam A ciência acredita que ambas existiam em quantidades iguais quando ocorreu o em quantidades iguais quando ocorreu o Big Bang, mas se destruíram. Big Bang, mas se destruíram.

Por alguma razão, sobrou mais matéria - Por alguma razão, sobrou mais matéria - que se moldou e formou planetas, que se moldou e formou planetas, galáxias e estrelasgaláxias e estrelas

UltrapowerUltrapower A explosão causada pelo encontro da A explosão causada pelo encontro da

matéria e da antimatéria gera energia em matéria e da antimatéria gera energia em forma de raio gama - que possui 10 mil forma de raio gama - que possui 10 mil vezes mais energia que o raio solar e o vezes mais energia que o raio solar e o raio X.raio X.

Só para ter uma ideia, 1 g de antimatéria Só para ter uma ideia, 1 g de antimatéria seria capaz de abastecer a cidade de São seria capaz de abastecer a cidade de São Paulo durante 24 horas ou mover um Paulo durante 24 horas ou mover um carro por 10 mil km.carro por 10 mil km.

Cientistas já criaram antimatéria no Cientistas já criaram antimatéria no acelerador de partículas LHC (sigla em acelerador de partículas LHC (sigla em inglês para Grande Colisor de Hádrons). inglês para Grande Colisor de Hádrons). Num túnel circular de 27 km de Num túnel circular de 27 km de comprimento, entre França e Suíça, comprimento, entre França e Suíça, átomos são manipulados para atingir a átomos são manipulados para atingir a velocidade da luz. velocidade da luz.

Ao se chocar, eles se dividem em Ao se chocar, eles se dividem em partículas e antipartículas. Nesse partículas e antipartículas. Nesse processo, foi produzido um trilionésimo de processo, foi produzido um trilionésimo de grama de antimatéria - que daria para grama de antimatéria - que daria para acender uma lâmpada por três segundos.acender uma lâmpada por três segundos.

A antimatéria criada no LHC durou cerca A antimatéria criada no LHC durou cerca de 16 centésimos de segundo antes de se de 16 centésimos de segundo antes de se aniquilar com a matéria.aniquilar com a matéria.

UtilizaçãoUtilização A antimatéria já é utilizada em exames A antimatéria já é utilizada em exames

médicos. Um exemplo é o PET Scan - médicos. Um exemplo é o PET Scan - Pósitron Emission Tomography -, que Pósitron Emission Tomography -, que utiliza antielétrons para detectar tumores utiliza antielétrons para detectar tumores cancerígenos. cancerígenos.

No futuro, acredita-se que será possível No futuro, acredita-se que será possível desenvolver motores movidos por desenvolver motores movidos por antimatéria - uma promissora fonte de antimatéria - uma promissora fonte de energia ilimitada.energia ilimitada.