Átomo

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Modelo de um átomo de hélio

Até algumas décadas atrás considerava-se que o átomo era a menor porção em que se poderia dividir a matéria, posteriormente descobriu-se que o átomo era subdividido em partículas menores, e atualmente já se sabe que estas também são formadas por outras partículas. Os átomos são, portanto, constituídos por partículas menores, entretanto a diversdidade de átomos existente tem quantidade limitada, sendo a maior porção de matéria existente na natureza com diversidade limitada, de forma que podemos formar um banco de dados limitado. Quando se trabalha com matéria de dimensões maiores, ou seja, formada de átomos, a diversidade se torna tão grande que ainda não é, e provavelmente não será, possível ter um banco de dados com uma quantidade definida, limitada. Um átomo é a menor porção que existe e pode ser dividido um elemento químico, mantendo ainda as suas propriedades físico-químicas mínimas.

É sabido que o átomo isoladamente não tem:

• Ponto de fusão.
• Ponto de ebulição.
• Volume molar.
• Densidade.

Também é sabido que o átomo tem:

• Raio atômico.
• Raio iônico.
• Energia de ionização.

Portanto, átomos são os componentes básicos das moléculas e da matéria comum.

São compostos por partículas subatómicas. As mais conhecidas são os prótons, os nêutrons e os elétrons.

Compreender o átomo é fundamental para o estudo da química, da física e da tecnologia do mundo moderno.

O átomo é a unidade fundamental da matéria, o que significa dizer que toda matéria é constituída de átomos. Atualmente existem estudos a desvendar os fundamentos do átomo já o tornando não mais indivísivel. Existem partículas dotadas de cargas que são denomindas quarks e que constituem os prótons os nêutrons do átomo.

A sua nomenclatura deriva do grego, em que significa indivisível (a = não, tomos = parte), pois quando de sua idealização, imaginava-se sendo a menor partícula possível de matéria.

O átomo é formado por duas regiões básicas: o núcleo atômico e a eletrosfera, no qual se situam suas partículas componentes.

O núcleo é constituído de prótons (cargas positivas) e nêutrons (cargas neutras). Os nêutrons estabilizam o núcleo, uma vez que cargas de mesmo sinal tendem a se repelir.

Em torno do núcleo, na eletrosfera, estão os elétrons (cargas negativas). Os elétrons são atraídos pela carga positiva dos prótons e então ficam ao seu redor, na eletrosfera.

Havendo dois prótons no núcleo, devido à força nuclear forte, haverão dois nêutrons, e devido à força eletromagnética dois elétrons orbitando este núcleo.

Como a carga do elétron é igual à carga do próton, embora de naturezas opostas, para haver um equilíbrio eletrodinâmico no átomo, existe a necessidade da anulação ou neutralização das cargas elétricas. Desta maneira, quando existir uma determinada quantidade de cargas positivas no núcleo, a quantidade de cargas negativas externas deve ser a mesma num átomo em seu estado fundamental. Ocorrendo esta condição, pode-se dizer que o átomo é eletricamente neutro.

[editar] Os atomistas na antiga Grécia

Acreditava-se que a matéria seria constituída de elementos da natureza como fogo, água, terra e ar, que misturados em diferentes proporções resultariam em propriedades físico-químicas diferentes.

Leucipo e Demócrito imaginaram que a matéria não poderia ser dividida infinitamente, mas partindo-a várias vezes, chegaríamos a uma partícula muito pequena: uma esfera indivisível, impenetrável e invisível. Com a ajuda de Lucrécio, a idéia dos filósofos teve rápida propagação.

[editar] O modelo de Dalton

Os principais postulados da Teoria Atômica de Dalton são: a matéria é formada por partículas extremamente pequenas chamadas átomos; os átomos são esferas maciças, indestrutíveis e intransformáveis; átomos que apresentam mesmas propriedades (tamanho, massa e forma) constituem um elemento químico; átomos de elementos diferentes possuem propriedades diferentes; os átomos podem se unir entre si formando "átomos compostos"; uma reação química nada mais é do que a união e separação de átomos.

[editar] O modelo de Thomson

Em 1903, o cientista inglês Joseph J. Thomson, baseado em experiências realizadas com gases e que mostraram que a matéria era formada por cargas elétricas positivas e negativas, modificou o modelo atômico de Dalton. Segundo Thomson, o átomo seria uma esfera maciça e positiva com as cargas negativas distribuídas, ao acaso, na esfera. A quantidade de cargas positivas e negativas seriam iguais e dessa forma o átomo seria eletricamente neutro. O modelo proposto por Thomson ficou conhecido como "pudim de ameixas".

[editar] O modelo de Rutherford

Em 1911, o cientista neozelandês Ernest Rutherford, utilizando os fenômenos radiativos no estudo da estrutura atômica, descobriu que o átomo não seria uma esfera maciça, mas sim formada por uma região central, chamada núcleo atômico, e uma região externa ao núcleo, chamada eletrosfera. No núcleo atômico estariam as partículas positivas, os prótons, e na eletrosfera as partículas negativas, os elétrons.

[editar] O modelo de Niels Bohr e a mecânica quântica

O modelo planetário de Rutherford foi um grande avanço para a comunidade científica, provando que o átomo não era maciço. Segundo a Teoria Eletromagnética, toda carga elétrica em movimento em torno de outra, perde energia em forma de ondas eletromagnéticas. E justamente por isso tal modelo gerou certo desconforto, pois os elétrons perderiam energia em forma de ondas eletromagnéticas, confinando-se no núcleo, tornando a matéria algo instável.

Bohr, que trabalhava com Rutherford propôs o seguinte modelo: o núcleo contendo os prótons e nêutrons e definiu as órbitas estacionárias, onde o elétron orbitaria o núcleo, sem que perdesse energia. Entre duas órbitas, temos as zonas proibidas de energia, pois só é permitido que o elétron esteja em uma das órbitas. Ao receber um fóton, o elétron salta de órbita, não num movimento contínuo, passando pela área entre as órbitas(daí o nome zona proibida), mas simplesmente desaparecendo de uma órbita e reapade exata de energia. Se um pacote com energia insuficiente para mandar o elétron para órbitas superiores encontrar o elétron, nada ocorre. Mas se um fóton com a energia exata para que o elétron salte para órbitas superiores, ele certamente o fará, depois, devolvendo a energia absorvida em forma de ondas eletromagnéticas.

[editar] Estrutura

O átomo é composto por três partículas: o elétron, o próton e o nêutron. Estas partículas localizam-se em duas regiões do átomo: o núcleo atômico (prótons e nêutrons), e a eletrosfera (elétrons).

O elétron e o próton possuem a mesma carga, porém não a mesma massa. O próton é 1836,11 vezes mais massivo que o elétron. Usando, como exemplo hipotético, um átomo de vinte prótons e vinte nêutrons em seu núcleo, e este estando em equilíbrio eletrodinâmico, terá vinte elétrons orbitando em suas camadas exteriores. Sua carga elétrica estará em perfeito equilíbrio eletrodinâmico, porém 99,97% de sua massa encontrar-se-á no núcleo. Apesar do núcleo conter praticamente toda a massa, seu volume em relação ao tamanho do átomo e de suas orbitais é minúsculo. O núcleo atômico mede em torno de 10 ^{- 13} centímetros de diâmetro, enquanto que o átomo mede cerca de 10 ^{− 8} centímetros.

O átomo é cem mil vezes maior que seu núcleo, e sua estrutura interna pode ser considerada , para efeitos práticos, oca; pois para encher todo este espaço vazio de prótons e nêutrons (ou núcleos) necessitaríamos de um bilhão de milhões de núcleos...

[editar] Interação atômica

Se tivermos dois átomos hipotéticos, cuja carga elétrica seja neutra, presume-se que estes não se afetarão mutuamente por causa da neutralidade da força electromagnética entre si. A distribuição de cargas no átomo se dá de forma diversa. A carga negativa é externa, a carga positiva é interna, isto ocorre por que os elétrons orbitam o núcleo. Quando aproximamos dois átomos, mesmo estando em perfeita neutralidade interna, estes se repelem, se desviam ou ricocheteiam.

Exemplo típico ocorre no elemento hélio (He) onde seus átomos estão em eterno movimento de mútuo ricochete. Em temperatura ambiente, o gás hélio tem no movimento de seus átomos um rápido ricochete. Ao diminuir a temperatura, o movimento oscilatório diminui, o volume fica menor e a densidade aumenta. Chegaremos teoricamente num ponto em que o movimento de ricochete diminuirá tanto que não se poderá mais retirar energia deste. A este nível térmico, damos o nome de zero absoluto, este é –273,18 ° C.

[editar] Força de Van der Waals

A carga eletrônica não se distribui de maneira uniforme, algumas partes da superfície atômica são menos negativas que outras. Em função disto, a carga positiva que se encontra no interior do átomo infiltrar-se-á pelas áreas menos negativas externas, por isso haverá uma débil atração eletrostática entre os dois átomos chamada de força de Van der Waals.

Em baixíssima temperatura, os átomos de hélio movem-se muito lentamente, seu ricochete diminui a tal grau que é insuficiente para vencer as forças de Van der Waals, como o átomo de hélio é altamente simétrico, por este motivo as forças atuantes neste elemento são muito fracas. A contração do hélio ocorre e este acaba por se liquefazer a 4,3 graus acima do zero absoluto.

Nos demais gases presentes na natureza sua distribuição de cargas é menos simétrica que no hélio, as forças de Van der Waals são maiores ocasionando uma liquefação em temperaturas maiores.

[editar] Atração atômica

Nas regiões externas dos átomos, a distribuição eletrônica se dá em camadas, sua estrutura apresenta a estabilidade máxima se estas estiverem completas. Com exceção do hélio e outros elementos com estabilidade e simetria semelhante, geralmente a camada mais exterior do átomo é incompleta, ou podem possuir excesso de elétrons. Em função disto pode haver a transferência de um ou dois elétrons do átomo em que estão em excesso, para o átomo em que estão em falta, deixando as camadas externas de ambos em equilíbrio.

O átomo que recebe elétrons ganha carga negativa, o que perdeu não equilibra totalmente sua carga nucléica, positiva. Ocorre então o aglutinamento atômico.

Existe ainda o caso de dois átomos colidirem, ocorrendo, há o compartilhamento eletrônico entre ambos que passam a ter suas camadas mais externas completas desde que permaneçam em contato..

[editar] Tipos de Átomos (ou elementos químicos) conhecidos

[editar] A Tabela Periódica dos Elementos

¹Actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como "Metais-terrosos raros".

²Metais alcalinos, metais alcalinos-terrosos, metais de transição, actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como "Metais".

³Halogêneos e gases nobres também são não-metais.

Estado do elemento nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP):

• aqueles com o número atômico em vermelho são gases nas CNTP;
• aqueles com o número atômico em azul são líquidos nas CNTP;
• aqueles com o número atômico em preto são sólidos nas CNTP.

Ocorrência natural

• Sem borda indica existência de isótopo mais antigo que a Terra (elemento primordial).
• Borda tracejada indica que o elemento surge do decaimento de outros.
• Borda sólida indica que o elemento é produzido artificialmente (elemento sintético).
• A cor mais clara indica elemento ainda não descoberto.

[editar] Elementos Radiativos

[editar] Moléculas

Uma vez partilhados eletronicamente os átomos podem possuir entre si uma ligação tão forte que para separá-los é necessária uma quantidade razoável de energia, portanto, permanecem juntos. Estas combinações são chamadas de moléculas, nome derivado do latim que significa pequeno objeto.

Nem sempre dois átomos em contato são suficientes para ter estabilidade, havendo necessidade de uma combinação maior para tê-la.

Para formar uma molécula de hidrogênio são necessários dois átomos deste elemento, uma molécula de oxigênio, necessita de dois átomos de oxigênio, e assim sucessivamente.

Para a formação de uma molécula de água são necessários dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio; metano, necessita de um átomo de carbono e quatro de hidrogênio; dióxido de carbono (bióxido), um carbono, e dois oxigênios e assim sucessivamente.

Existem casos de moléculas serem formadas por uma grande quantidade de átomos, são as chamadas macromoléculas. Isto ocorre principalmente com compostos de carbono, pois o átomo de carbono pode partilhar elétrons com até quatro elementos diferentes simultaneamente. Logo, pode ser possível a constituição de cadeias, anéis, e ligações entre estas moléculas longas, que são a base da chamada química orgânica.

Essa é a base das moléculas que caracterizam o tecido vivo, ou seja, a base da vida. Quanto maior a molécula e menos uniforme a distribuição de sua carga elétrica, mais provável será a reunião de muitas moléculas e a formação de substâncias líquidas ou sólidas. Os sólidos são mantidos fortemente coesos pelas interações eletromagnéticas dos elétrons e prótons e entre átomos diferentes e entre moléculas diferentes.

Em algumas ligações atômicas onde os elétrons podem ser transferidos formam-se os chamados cristais (substâncias iônicas). Nestes, os átomos podem estar ligados em muitos milhões, formando padrões de grande uniformidade. No átomo, sua interação nuclear diminui à medida em que aumenta a distância.

[editar] Ver também

• Elétron (ou Electrão)
• Nêutron (ou Neutrão)
• Próton (ou Protão)
• Energia nuclear
• Bomba atômica