Átomo
Keywords: Átomo, Actínio, Alumínio, Amerício, Antimônio, Argônio, Arsênio, Astato
Um átomo é a menor porção em que pode ser dividido um elemento químico, mantendo ainda as suas propriedades. Os 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.
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O átomo
Se um núcleo é constituído por um próton, então existe grande probabilidade da atração de um elétron. Isto ocorre devido à força eletromagnética. Uma vez que os elétrons não estão sujeitos à força nuclear, não fazem parte do núcleo atômico.
Havendo dois prótons no núcleo, devido à força nuclear forte, haverão dois nêutrons, e devido à força eletromagnética dois elétrons orbitando este núcleo.
A este corpúsculo formado pelo núcleo e elétrons em sua órbita damos o nome de átomo. A nomenclatura deriva do grego, significa inquebrável, pois quando de sua descoberta, julgava-se que era impossível a sua decomposição em unidades menores.
Como a carga do elétron é igual à carga do próton, embora de naturezas opostas, para haver um equilibrio eletrodinâmico no átomo, existe a necessidade da anulação ou neutralização das cargas eletromagnéticas. Desta maneira, quando existir uma determinada quantidade de cargas positivas no núcleo, a quantidade de cargas negativas externas deve ser a mesma. Ocorrendo esta condição, pode-se dizer que o átomo é eletricamente neutro.
História
Os atomistas na antiga Grécia
O modelo de Dalton
O modelo de Rutherford
O modelo de Niels Bohr e a mecânica quântica
Estrutura
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, este estando em equilíbrio eletrodinâmico terá vinte elétrons orbitando em suas camadas exteriores. Sua carga elétrica está em perfeito equilíbrio, porém 99,97% de sua massa se encontrará no núcleo; apesar deste conter praticamente toda a massa, em termos de volume em relação ao tamanho do átomo e suas orbitais é minúsculo. O núcleo atômico mede em torno de 10-43 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 oca, pois para encher todo este espaço vazio de prótons e nêutrons (ou núcleos) necessitaríamos de um bilhão de milhões de núcleos.
Interação atômica
Se tivermos dois átomos hipotéticos, cuja carga elétrica seja neutra, presume-se estes não se afetarão mutuamente por causa da neutralidade da força eletromagnética entre si. A distribuição de cargas no átomo se dá de forma diversa. A carga negativa é externa, a carga positiva 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.
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.
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 mis 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.
Tipos de Átomos (ou elementos químicos) conhecidos
A Tabela Periódica dos Elementos
| Grupo → | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
| Período ↓ | ||||||||||||||||||||
| 1 | - H | - He | ||||||||||||||||||
| 2 | 1,55 Li | 0,89 Be | - B | - C | - N | - O | - F | - Ne | ||||||||||||
| 3 | 1,90 Na | 1,36 Mg | 1,25 Al | - Si | - P | - S | - Cl | - Ar | ||||||||||||
| 4 | 2,35 K | 1,74 Ca | 1,44 Sc | 1,32 Ti | 1,22 V | 1,17 Cr | 1,17 Mn | 1,16 Fe | 1,16 Co | 1,15 Ni | 1,17 Cu | 1,25 Zn | 1,25 Ga | - Ge | - As | - Se | - Br | - Kr | ||
| 5 | 2,48 Rb | 1,91 Sr | - Y | 1,45 Zr | 1,34 Nb | 1,29 Mo | - Tc | 1,24 Ru | 1,25 Rh | 1,28 Pd | 1,34 Ag | 1,41 Cd | 1,50 In | - Sn | - Sb | - Te | - I | - Xe | ||
| 6 | 2,67 Cs | 1,98 Ba | * | 1,44 Hf | 1,34 Ta | 1,30 W | 1,28 Re | 1,26 Os | 1,26 Ir | 1,29 Pt | 1,34 Au | 1,44 Hg | 1,55 Tl | - Pb | - Bi | - Po | - At | - Rn | ||
| 7 | - Fr | - Ra | ** | - Rf | - Db | - Sg | - Bh | - Hs | - Mt | - Dt | - Uuu | - Uub | 113 ? | - ? | - ? | - ? | - ? | - ? | ||
| * | Lantanídios | 1,69 La | - Ce | - Pr | - Nd | - Pm | - Sm | - Eu | - Gd | - Tb | - Dy | - Ho | - Er | - Tm | - Yb | - Lu | ||||
| ** | Actnídios | - Ac | - Th | - Pa | - U | - Np | - Pu | - Am | - Cm | - Bk | - Cf | - Es | - Fm | - Md | - No | - Lr | ||||
Legenda:
| Ametais | Metáis Alcalinos | Metáis Alcalino-terrosos | Metáis de Transição | Outros Metáis | Lantanídios | Actnídios | Semimetais | Halogênios | Gases Nobres |
Elementos Radiativos
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 (bióxido) de carbono, um carbono, e dois oxigênios; assim sucessivamente.
Existem casos de moléculas serem formadas por milhões de átomos. Isto ocorre, porque 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.
Esta 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 os chamados cristais. 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.
Energia atômica
Usinas atômicas
Bombas atômicas
Atomo Atomo