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A Estrutura Atômica da Matéria:

Desde a antiguidade o ser humano vem investigando para saber mais sobre a matéria e usar esse conhecimento para viver melhor. Uma curiosidade muita antiga é esta:

Tudo o que existe é feito de matéria, mas de que é feita a matéria?
Pelos registros que temos até hoje, as respostas mais antigas obtidas pela humanidade para as questões colocadas na página anterior tiveram por base a religião e a mitologia.

No entanto, essas explicações não atendiam às necessidades práticas das sociedades da época. Não forneciam, por exemplo, o conhecimento que se fazia necessário à metalurgia e, mais tarde, à siderurgia.

Há milhares de anos, o ser humano é capaz de misturar alguns materiais e, com isso, obter outros materiais, diferentes dos animais. Um exemplo é a liga de bronze – mistura dos metais cobre e estanho, que já era produzida há 5000 anos.
Com esses avanços, outras questões surgiram:
  • Porque alguns tipos de material, ao se misturarem se transforma em outro material?
  • Como ocorrem essas transformações?
Para explicar essas e outras questões práticas, surgiu a necessidade de saber de que é feita a matéria ou de que é constituída a menor partícula de água, do ferro e de tudo o que existe.

Os escritos mais antigos que contêm explicações sobre a estrutura da matéria pertencem aos filósofos gregos do século V antes de Cristo.

Há cerca de 2500 anos, os filósofos gregos Leucipo e Demócrito indagavam sobre a estrutura fundamental da matéria. Eles afirmaram que a água, então tida como um elemento fundamental de tudo o que existe, era composta por partículas indivisíveis que receberam o nome de átomos. A palavra átomo significa, em grego, “indivisível”.

Todo e qualquer tipo de matéria existente no Universo seria constituído de átomos. Os diversos materiais teriam em sua constituição átomos diferentes, e esses átomos estariam em diferentes proporções.

Essa ideia de átomo – partícula indivisível da matéria – foi aceita sem alterações significativas por mais de   2 000 anos.

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.

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.

- Cargas elétricas e massas:
Inúmeros experimentos realizados permitiram estabelecer as propriedades das partículas do átomo quanto à sua carga elétrica e massa.

Quando à carga elétrica: considera-se a carga do próton igual a +1; a carga do elétron igual a -1, e a carga do nêutron igual a 0.

Como se sabe, cargas elétricas de mesma intensidade e de sinais contrários se neutralizam. Ou seja, a carga elétrica de um próton (positiva) anula a carga elétrica de um elétron (negativa). Qualquer átomo apresenta número de prótons e de elétrons iguais; logo, é eletricamente neutro.

Quanto a massa: tendo o valor da massa do próton como referência, afirma-se que a massa do nêutron é praticamente igual à massa do próton. Como o próton possui massa cerca de 2 mil vezes maior que a de um elétron, esta última é considerada desprezível.


- O núcleo do átomo:
Agora, vamos considerar melhor as características do núcleo atômico.
  • Número atômico:
Há muitos átomos diferentes entre si. Por exemplo, o átomo de alumínio é diferente do átomo de ouro. Qual será a principal diferença entre os tipos de átomos?

Após estudos definiu-se que o número de prótons é uma das principais características que diferenciam um átomo do outro.

Esse número é chamado de número atômico e é representado pela letra Z.

Z é a “carteira de identidade” do átomo, pois indica a qual elemento químico cada átomo pertence.
O conjunto dos átomos que possuem o mesmo número atômico (Z) é denominado elemento químico.
Portanto, a partir do conceito de elemento químico, á possível afirmar que átomos com número de prótons diferentes entre si pertencem, obrigatoriamente a elementos químicos diferentes. Vejamos:

O átomo de sódio tem 11 prótons; logo, seu número atômico é igual a 11 (Z = 11), e todos os átomos com número atômico (Z) igual a 11 pertencem ao elemento químico sódio.
  • Número de massa:
É a soma do número de prótons com o número de nêutrons. O número de massa é representado pela letra A.

Nesta expressão, temos: A = número de massa;
                                   p = número de prótons;
                                   n = número de nêutrons.
Logo, a diferença entre o número de massa e o número atômico revela o número de nêutrons.

A soma do número de prótons com o número de nêutrons, ou seja, o número de massa (A), não corresponde a toda a massa do átomo, pois também existem os elétrons. O motivo de A representar a massa do átomo é que a amassa do elétron é desprezível quando comparada com a dos prótons e nêutrons.

Átomos pertencentes ao mesmo elemento químico podem apresentar diferentes números de nêutrons. A prata, por exemplo, é encontrada na natureza com números de nêutrons distintos: 60 e 62. Se somarmos esses números com o número de prótons, que é igual a 47, teremos:

60 nêutrons + 47 prótons = 107 como número de massa.
62 nêutrons + 47 prótons = 109 como número de massa.
Por isso, somente o número atômico pode identificar a que elemento químico o átomo pertence.

Íon:

O átomo que possui p = é, ou seja, o número de prótons igual ao número de elétrons é eletricamente neutro.
  • Átomo neutro = p = é
Se o átomo tiver elétrons a mais ou a menos, então não será mais um átomo neutro. Este átomo passará a ser chamado de ÍON.
  • Íon = p ≠ é
Íon é um átomo que perde ou ganha elétrons. Ele pode ficar negativo ou positivo. Então:
Íon positivo (+) doa elétrons – íon cátion. Ex. Na+
Íon negativo (-) recebe elétrons – íon ânion. Ex. Cl-
Quando um cátion doa elétrons, ele fica positivo.
Quando um ânion ganha elétrons, ele fica negativo.

Isótopo, Isóbaro e Isótono:

Se observarmos o número atômico, número de massa e de nêutrons de diferentes átomos podemos encontrar conjuntos de átomos com outro número igual.
Os isótopos são átomos que possuem o mesmo número de prótons (p) e diferente número de massa (A).
Exemplo: o hidrogênio (H)
¹H                   ²H              ³H
¹                      ¹                ¹
hidrogênio     deutério    trítio
Z = 1             Z = 1         Z = 1
A = 1            A = 2         A = 3
Este fenômeno é muito comum na natureza. Quase todos os elementos químicos naturais são formados por mistura de isótopos.

Os isóbaros são átomos que possuem o mesmo número de massa (A) e diferente número de prótons.
Exemplo:
40K                   40Ca
19                     20
A = 40               A = 40
Z = 19               Z = 20
São átomos de elementos químicos diferentes, mas que tem o mesmo número de massa.

Os isótonos são átomos que possuem o mesmo número de nêutrons e com diferentes números de prótons e de massa. São átomos de diferentes elementos químicos.
Exemplo:
A = 37Cl                  A = 40Ca
Z = 17                     Z = 20
__________           __________
n = 20                        n = 20
Os isótonos têm propriedades químicas e físicas diferentes.

Modelos Atômicos:

Sabemos que toda as variedades de matéria são feitas de pequenas partículas chamadas átomos. Foram os filósofos gregos que lançaram a concepção de átomo como constituinte da matéria.
No entanto, foi o inglês John Dalton que, em 1808, deu um caráter cientifico á ideia de átomo., De um modo geral, a teoria atômica clássica proposta por Dalton dizia que:
  • a matéria é formada por partículas extremamente pequenas chamadas átomos;
  • os átomos são indivisíveis e indestrutíveis;
  • os átomos de um mesmo elemento são iguais, enquanto os átomos de elementos diferentes também serão diferentes;
  • na formação dos compostos químicos, os átomos se unem em proporções simples e definidas;
  • as transformações químicas consistem em combinações, separações ou rearranjos de átomos.
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Em 1897, Thomson propôs um modelo para o átomo como uma esfera carregada positivamente, na qual os elétrons estariam incrustados na sua superfície. As cargas positivas e negativas existiam em iguais quantidades, garantindo a neutralidade do átomo. O modelo ficou conhecido como "pudim de passas".
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No início do século XX, vários experimentos levaram Ernest Rutherford, físico neozelandês, a concluir que o átomo apresenta duas regiões distintas. Lembrando as conclusões de 1911:
  • núcleo: região central que concentra praticamente toda a massa do átomo. Contém os prótons (positivos) e nêutrons (carga elétrica nula);
  • eletrosfera: envolve o núcleo e contém os elétrons (negativos).
O modelo atômico de Rutherford foi complementado com um novo conceito introduzido pelo físico dinamarquês Niels Bohr:
  • “O elétrons descreve uma órbita circular ao redor do núcleo sem ganhar ou perder energia.”
Cada órbita descrita pelo elétron é denominada nível de energia ou camada de energia. Em um átomo, há várias órbitas circulares, cada uma delas com um determinado valor energético.

Outros modelos que vieram depois especificam as características das órbitas ou camadas de energia, incorporando a discussão de elétron considerado como partícula e/ou onda.

Pesquisas mais recentes, realizadas após a elaboração do modelo de Rutherford-Böhr, comprovaram que impossível determinar num mesmo instante a posição e a velocidade de um elétron. Por isso, cientistas afirmam que existe a probabilidade de os elétrons estarem em uma ou outra região da eletrosfera.
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